什么是热膨胀系数（CTE）？

热膨胀系数 (α) 是温度每变化一度，物体长度的相对变化量。单位：µm/(m·°C) 或 10⁻⁶/°C。例如：钢的 α ≈ 12 µm/(m·°C) 表示 1 米长的钢棒温度每升高 1°C，长度增加 12 µm。.

如何计算约束构件中的热应力？

当膨胀完全受到限制时：σ = E × α × ΔT。对于 ΔT = 100°C 的钢：σ = 200,000 × 12e-6 × 100 = 240 MPa — 接近屈服应力！

什么是体积膨胀？

对于各向同性材料，体积热膨胀系数 ≈ 3 × 线热膨胀系数。体积变化：ΔV = V₀ × 3α × ΔT。这对于储罐、管道和封闭流体系统非常重要。.

如何确定管道膨胀回路的尺寸？

环路长度 L = √(3 × D × Δ / Sₐ × E)，其中 D = 管道外径，Δ = 膨胀量，Sₐ = 许用应力。经验法则：对于钢管，L ≈ 6.2 × √(D × Δ)。.

热膨胀系数会随温度变化吗？

是的。热膨胀系数通常会随温度略微升高。此处给出的数值为一定温度范围（通常为 20–100°C）内的平均值。对于低温或高温应用，请使用实际温度范围对应的具体数据。.

免费工程工具

热膨胀计算器

计算 20 多种材料的线膨胀和体积膨胀。锚固点之间的管道膨胀、膨胀环尺寸以及约束时的热应力 (σ = E·α·ΔT)。.

线性与体积20多种材料热应力管道膨胀

材料

CTE α （×10⁻⁶ /°C）

原始长度 (毫米)

温度变化 ΔT （摄氏度）

原卷（立方厘米——可选，表示体积）

弹性模量 E （GPa——用于应力计算）

快速预设

扩张结果

线性膨胀 ΔL

—

膨胀量（毫米）

—

膨胀量（单位：微米）

—

扩张（单位：百万）

—

新长度

—

应变 ε

—

热应力（如果受到约束）

—

热力（每平方厘米面积）

—

体积膨胀 ΔV

—

膨胀环（钢管，经验法则）

—

线性展开

其中 α 为热膨胀系数（CTE），单位为 1/°C，L₀ 为原始长度，ΔT 为温度变化。.

体积膨胀

对于各向同性材料，体积热膨胀系数约为线热膨胀系数的 3 倍。.

热应力（约束构件）

当膨胀完全受阻时（例如，管道被固定在两个刚性锚点之间），由此产生的应力可能非常高。加热时为压应力，冷却时为拉应力。.

扩展回路尺寸（经验法则）

其中 D 为管道外径（mm），Δ 为膨胀量（mm）。由此可得出钢管所需的环路长度。对于其他材料，需按 √(E_steel/E_material) 进行调整。.

实例

例如——6米碳钢管，温差ΔT = 80°C

鉴于 L₀ = 6000 mm，α = 12 × 10⁻⁶ /°C，ΔT = 80°C，E = 200 GPa

ΔL = 12e-6 × 6000 × 80 = 5.76毫米

约束条件下的热应力：σ = 200,000 × 12e-6 × 80 = 192兆帕

膨胀环（DN100/外径114毫米）：L ≈ 6.2 × √(114 × 5.76) ≈ 159 毫米 ≈ 160 毫米

材料 CTE 数据库

材料	α (×10⁻⁶ /°C)	E（GPa）	说明
碳钢	12.0	200	SA-516，P265GH
低合金钢	12.5	200	16Mo3，SA-387
铬钼钢（2.25Cr）	12.0	205	SA-335 P22
304不锈钢	17.3	193	1.4301，18Cr-8Ni
316不锈钢	16.0	193	1.4401，16Cr-10Ni-2Mo
321不锈钢	17.0	193	1.4541，钛稳定化
复式公寓 2205	13.0	200	1.4462
6061铝合金	23.6	69	T6 温度
铜	17.0	117	纯净的，退火的
黄铜（CuZn30）	20.0	110	弹壳
青铜（CuSn8）	18.0	110	磷青铜
钛2级	8.6	103	商业纯
镍 200	13.3	207	纯镍
Inconel 625	12.8	207	镍铬钼
Inconel 718	13.0	211	镍铬铁
灰铸铁	10.5	110	GG25
球墨铸铁	11.0	170	GGG40
具体的	12.0	30	因混合物而异
玻璃（钠钙玻璃）	9.0	72	窗玻璃
聚四氟乙烯（特氟龙）	120.0	0.5	极高的慢性创伤性脑病
高密度聚乙烯	150.0	1.0	聚乙烯
PVC	80.0	3.0	硬质PVC
因瓦36	1.2	145	超低热膨胀系数合金

💡 注意： CTE值是20–100°C范围内的平均值。对于高温或低温应用，请使用材料标准中的具体数据。.

热膨胀计算器——线性、体积和应力

出版方： 尼古拉-谢尔科文科 在 15 2026 年 2 月 5 2026 年 3 月