【摘要】：隨著社會的不斷進(jìn)步,能源與環(huán)境問題日益成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素,熱能存儲可以有效地提高能源利用效率、節(jié)約能源,在減輕能源需求及緩解環(huán)境惡化方面意義重大。相變儲能技術(shù)作為熱能存儲的重要方式,相比于傳統(tǒng)的熱能存儲方式具有儲能密度大、儲能過程溫度穩(wěn)定、儲能設(shè)備體積小等優(yōu)勢,被認(rèn)為是21世紀(jì)最具潛力的熱能存儲方式之一。高導(dǎo)熱填料能夠有效地彌補(bǔ)相變材料儲能過程中導(dǎo)熱能力差的缺點(diǎn),其填充后復(fù)合材料的導(dǎo)熱特性一直是研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。本文分別針對不同人工形狀填料填充的復(fù)合材料和短纖維填料以及人工圓柱形填料填充的復(fù)合材料的導(dǎo)熱特性分別展開研究,揭示填料的體積含量、導(dǎo)熱系數(shù)比、接觸熱阻等對復(fù)合材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律,對其影響原因進(jìn)行分析并建立起能夠預(yù)測人工填料、短纖維填料填充的復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測關(guān)聯(lián)式。主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)針對不同人工形狀填料填充的復(fù)合材料,建立起人工形狀填料填充的復(fù)合材料導(dǎo)熱數(shù)值模型,研究不同形狀填料的體積含量、導(dǎo)熱系數(shù)比、接觸熱阻對于復(fù)合材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響。結(jié)果表明:復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)隨著接觸熱阻的增大而減小,且這種減小速度逐漸降低直至趨于水平。不同形狀填料對于接觸熱阻的敏感程度不同,圓形和正方形填料受接觸熱阻的影響最大。不同形狀的填料的接觸熱阻效應(yīng)有所差異,片狀填料填充的復(fù)合材料導(dǎo)熱性能整體優(yōu)于粉末狀填料。在考慮填料的體積含量、導(dǎo)熱系數(shù)比、接觸熱阻時,小長徑比的矩形填料填充的復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)最大,圓形和正方形填料最小。在熱流方向上具有長通道的填料填充的復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)最高,這也是以后填料形狀優(yōu)化的方向。(2)針對短纖維填料以及人工圓柱形填料填充的復(fù)合材料,建立起短纖維以及人工圓柱形填料填充的復(fù)合材料導(dǎo)熱數(shù)值模型,研究填料的體積含量、導(dǎo)熱系數(shù)比、長徑比對于復(fù)合材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響。結(jié)果表明:復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)在填料的長徑比很小時隨著體積含量的增加成線性增長的趨勢,這一趨勢在長徑比增大到一定程度后變成非線性。在填料的體積含量很小時,長徑比對于復(fù)合材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響有限。在填料與基體材料間的導(dǎo)熱系數(shù)比在1~100范圍時,隨著導(dǎo)熱系數(shù)比的增加,復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)也逐漸增長。當(dāng)填料與基體材料間的導(dǎo)熱系數(shù)比達(dá)到100后,復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)保持穩(wěn)定,繼續(xù)增加填料的導(dǎo)熱系數(shù)對復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能影響不大。在填料的長徑比很小時,復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)隨著長徑比的增加緩慢。當(dāng)長徑比達(dá)到一定程度后,復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù)增長速度越來越快。(3)通過非線性回歸的方法,分別對不同人工形狀填料填充的復(fù)合材料有效導(dǎo)熱系數(shù)、短纖維以及人工圓柱形填料填充的復(fù)合材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的模擬結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合得到相應(yīng)的有效導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測關(guān)聯(lián)式,并通過文獻(xiàn)對照或者實(shí)驗(yàn)的方法對得到的導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測關(guān)聯(lián)式進(jìn)行驗(yàn)證。擬合得到的復(fù)合材料有效導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式能夠較好的預(yù)測復(fù)合材料的有效導(dǎo)熱系數(shù),并給出了相應(yīng)的有效導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測關(guān)聯(lián)式的使用范圍。
【圖文】：

的導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測關(guān)聯(lián)式：Φ (1 Φ)c f mk k k 布的導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測關(guān)聯(lián)式：1 Φ1Φmc fkk k 給出了填料填充的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)最大值和最小值，一般這兩以實(shí)現(xiàn)。Agari 在此基礎(chǔ)上對導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測關(guān)聯(lián)式加以改進(jìn)，假分布并且考慮了復(fù)合材料的結(jié)晶問題，提出了高填料含量下復(fù)雜，具體形式如下：2 1lg Φ lg (1 Φ) lg( )m p mk C k C kC1為影響結(jié)晶度和結(jié)晶尺寸的因子，C2為影響填料形成導(dǎo)熱鏈的ari 導(dǎo)熱系數(shù)預(yù)測關(guān)聯(lián)式的關(guān)鍵，也是目前難以解決的問題。Figure 1-1 Heat transfer model of composite materials

碩士學(xué)位論文充的復(fù)合材料可以分為填料和基體材料兩部分，部均勻分布，這一假設(shè)在填料的體積含量低于 20%時，填料分布較為密集，容易出現(xiàn)重疊、堆提升，但是其機(jī)械性能會受到嚴(yán)重的破壞，容易允許的。復(fù)合材料的二維導(dǎo)熱模型中，，可對不同料為例描述了填料在基體材料內(nèi)部的分布情況，料垂直于填料截面方向上的導(dǎo)熱性能。圖 2-1 所一個單元，復(fù)合材料由無數(shù)個這樣的單元組成。上邊 =0
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2557234