【摘要】：氣凝膠納米孔超級(jí)絕熱材料基于其獨(dú)特的性能在航天、太陽(yáng)能熱發(fā)電、相變儲(chǔ)能、吸附催化、建筑節(jié)能、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域都擁有巨大的應(yīng)用前景,而氣相導(dǎo)熱是該類材料的主要傳熱方式之一。本文采用理論分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的研究方法,對(duì)納米尺度受限空間內(nèi)氣體分子平均自由程以及氣相熱導(dǎo)率的影響因素、變化規(guī)律進(jìn)行研究。論文搭建了基于“瞬態(tài)熱帶法”的熱物性測(cè)量試驗(yàn)臺(tái),并設(shè)計(jì)了一套真空加熱爐系統(tǒng),以便提供測(cè)量所需的壓力環(huán)境及溫度環(huán)境。試驗(yàn)測(cè)量了具有雙孔分布特性的顆粒狀及粉末狀SiO2氣凝膠的熱導(dǎo)率,測(cè)量的壓力范圍為1 Pa-大氣壓力,溫度范圍為室溫-900 K。采用全自動(dòng)比表面及孔隙度分析儀測(cè)得樣品的氮?dú)獾葴匚摳角�以及中孔孔徑分布曲線。分別運(yùn)用BET理論和BJH模型來(lái)計(jì)算樣品的比表面積和平均中孔直徑。以Zeng等提出的納米孔隙受限空間內(nèi)氣體分子平均自由程和氣相熱導(dǎo)率模型為基礎(chǔ),考慮材料的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用納米小球堆積構(gòu)成的桿狀立方陣列結(jié)構(gòu),對(duì)氣體分子平均自由程及氣相熱導(dǎo)率的影響因素、影響機(jī)理及變化規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的分析�；诜勰頢iO2氣凝膠的顯微結(jié)構(gòu)特征,將其簡(jiǎn)化為具有納米孔結(jié)構(gòu)的球體在空間周期性的排列結(jié)構(gòu)。分別針對(duì)顆粒內(nèi)部的納米孔以及顆粒間堆積形成的大孔,采用不同的熱導(dǎo)率計(jì)算模型,同時(shí)考慮不同傳熱形式間的耦合,建立了具有雙孔分布特性的Si02氣凝膠整體有效熱導(dǎo)率的計(jì)算模型,并與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果顯示,比表面積和密度是表征納米多孔材料的兩個(gè)基本參數(shù),具有更高的比表面積以及更大的密度對(duì)于限制納米孔中的氣相熱導(dǎo)率具有重要作用；當(dāng)p104Pa時(shí),氣體分子平均自由程不再隨壓力的變化而變化,氣相熱導(dǎo)率趨近于0。當(dāng)p106 Pa時(shí),納米孔對(duì)氣體分子自由運(yùn)動(dòng)的限制作用可以忽略,氣體分子平均自由程以及氣相熱導(dǎo)率近似等于自由空間內(nèi)的值。隨著溫度的不斷升高,存在氣相熱導(dǎo)率的最大值,且壓力越大,該最大值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的溫度值越高；當(dāng)溫度低于400 K時(shí),模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值吻合較好,但由于高溫下輻射傳熱的貢獻(xiàn)增大,導(dǎo)致模型的預(yù)測(cè)結(jié)果偏低。存在堆積密度的最佳值,使得整體有效熱導(dǎo)率最低,且最佳密度隨環(huán)境溫度的升高而變大。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM21

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