多孔材料的絕熱性能受孔隙形狀、氣體含量、孔隙連通性、孔隙分布狀態(tài)以及氣體和固體導(dǎo)熱系數(shù)的影響。先前的研究主要集中于氣體含量和兩相導(dǎo)熱系數(shù)上,并沒有系統(tǒng)地研究孔隙形狀和連通性的協(xié)同作用。本論文重點研究孔隙形狀和孔隙連通性的協(xié)同作用以及孔隙的各向異性、分布和尺寸對材料絕熱性能的影響。研究結(jié)果不僅具有一定的理論價值,還可以用來指導(dǎo)多孔絕熱材料的優(yōu)化設(shè)計。研究結(jié)果表明:對所有形狀的孔,多孔絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)都隨氣體含量的增加而減小。在二維模型中,含有不同形狀孔隙的多孔絕熱材料其絕熱性能滿足下述順序:I形>T形>三角形>方形>球形>菱形>橢圓>矩形;在三維模型中,含有不同形狀孔隙的材料其絕熱性能的順序為:I形>T形>菱形>正方體>球體>圓柱形。不論是在三維模型還是二維模型中I形和T形是降低多孔絕熱材料導(dǎo)熱性能最佳的孔隙形狀�？紫对诖怪庇跓崃鞣较虻拈L度越長,孔隙的絕熱性能越好;孔隙在垂直于熱流方向上的長度是決定不同形狀孔隙絕熱性能的關(guān)鍵性因素,而孔隙在熱流方向上的長度對材料的絕熱性能影響不大�？紫兜倪B通性對材料絕熱性的影響受孔... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

各種多孔材料的類型

多孔絕熱材料的性能優(yōu)化研究-2-圖1.2多孔材料的微觀結(jié)構(gòu)1.1.2多孔材料的性質(zhì)多孔材料的性能受下述因素的影響：（1）孔隙率。單位體積的多孔材料中所有孔隙的總體積與多孔材料的體積之比稱為絕對孔隙率[11-14]。多孔材料的孔隙率受到壓密作用的影響[15-18]。增加外部壓力將減少多孔材料的總體積，壓密則可以顯著降低孔隙率。對極硬的多孔材料而言，孔隙率并不受壓密作用的影響。對于石棉板等多孔材料，壓密作用對其孔隙率的影響也比較小[19-21]。（2）熱流方向。在一些多孔材料中，因為某些孔隙的形狀具有各向異性，導(dǎo)致不同的熱流方向?qū)Χ嗫撞牧系慕^熱性能影響程度不同。例如，像木材纖維類的多孔材料，在熱流的方向與纖維的方向垂直的情況下，熱阻大，則導(dǎo)熱系數(shù)小，絕緣性良好。當(dāng)熱流方向與纖維方向平行時，熱阻低，絕緣性能差。[22-24]。（3）容重。具有較低的堆積密度和較高孔隙率的材料，這類多孔材料具有更好的絕熱性[25]。減少容重可以提高絕熱性能。通常對于密度較小的材料，導(dǎo)熱系數(shù)隨密度的增加，呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，并存在最佳容重。與最低導(dǎo)熱系數(shù)相對應(yīng)的密度值稱為最佳密度[26-28]。（4）氣、固體導(dǎo)熱系數(shù)。由不同物質(zhì)組成的材料其導(dǎo)熱系數(shù)不同。當(dāng)孔隙率高時，氣體（空氣）對材料的導(dǎo)熱系數(shù)中起決定性作用，固體對導(dǎo)熱系數(shù)的影響程度不明顯。當(dāng)孔隙率低時，固體對材料的導(dǎo)熱性起決定性作用，而氣體（空氣）對材料的導(dǎo)熱性影響較校1.1.3多孔材料的研究進(jìn)展近年來，多孔材料吸引了越來越多研究者的注意。Huang[30]等人利用金屬納米多孔材料的二維方形孔隙來預(yù)測導(dǎo)熱系數(shù)。采用動力學(xué)方法對金屬納米多孔材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了模擬，探究了孔隙率、納米孔徑、納米孔分布對其導(dǎo)熱系數(shù)的影響。它表明：在低孔隙率（φ

蘭州交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-徑小于4mm時，氣體在對流過程中引起的熱傳遞可以忽略不計。減小孔隙的尺寸可以降低孔內(nèi)的對流換熱[72-74]。1.2.2多孔絕熱材料的導(dǎo)熱模型在對多孔材料絕熱性能的探究過程中發(fā)現(xiàn)，材料的絕熱性除了受固體骨架和孔內(nèi)流體的導(dǎo)熱系數(shù)影響外，還受到孔尺寸大孝形狀和空間分布情況等因素的影響[75-76]。通過采用有效導(dǎo)熱系數(shù)法，對材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，采用理論模型或者經(jīng)驗關(guān)系式分析和預(yù)測多孔材料的絕熱性能，這是研究多孔材料熱傳導(dǎo)的常見方法。使用的模型含有：Seriesmodel、Parallelmodel、Maxwell-Eucken、Lewis-Nielsen、EMT模型等等。Seriesmodel是串聯(lián)模型，它主要應(yīng)用于以層狀結(jié)構(gòu)疊加而成的非勻質(zhì)材料，熱流方向從上到下依次經(jīng)過每一層。該模型計算有效導(dǎo)熱系數(shù)的公式為：（1-1）其中，Kc是絕熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，K1是基體的導(dǎo)熱系數(shù)，K2是氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，V2是多孔絕熱材料中孔隙的體積分?jǐn)?shù)[77]。如圖1.3是串聯(lián)模型的示意圖。hh圖1.3串聯(lián)模型的示意圖圖1.4并聯(lián)模型的示意圖Parallelmodel是并聯(lián)模型，該模型經(jīng)常用于計算非均質(zhì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)。它與Seriesmodel的不同之處在于并聯(lián)模型中，熱流方向同時從上到下流經(jīng)不同的組分[78]。該模型計算有效導(dǎo)熱系數(shù)的公式為:（1-2）

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本文編號：3257849