【摘要】：氣凝膠納米孔超級絕熱材料基于其獨特的性能在航天、太陽能熱發(fā)電、相變儲能、吸附催化、建筑節(jié)能、環(huán)境保護等諸多領域都擁有巨大的應用前景,而氣相導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驗驗證相結合的研究方法,對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率的影響因素、變化規(guī)律進行研究。論文搭建了基于“瞬態(tài)熱帶法”的熱物性測量試驗臺,并設計了一套真空加熱爐系統(tǒng),以便提供測量所需的壓力環(huán)境及溫度環(huán)境。試驗測量了具有雙孔分布特性的顆粒狀及粉末狀SiO2氣凝膠的熱導率,測量的壓力范圍為1 Pa-大氣壓力,溫度范圍為室溫-900 K。采用全自動比表面及孔隙度分析儀測得樣品的氮氣等溫吸／脫附曲線以及中孔孔徑分布曲線。分別運用BET理論和BJH模型來計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率模型為基礎,考慮材料的微觀結構特點,采用納米小球堆積構成的桿狀立方陣列結構,對氣體分子平均自由程及氣相熱導率的影響因素、影響機理及變化規(guī)律進行了詳細的分析�；诜勰頢iO2氣凝膠的顯微結構特征,將其簡化為具有納米孔結構的球體在空間周期性的排列結構。分別針對顆粒內(nèi)部的納米孔以及顆粒間堆積形成的大孔,采用不同的熱導率計算模型,同時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率的計算模型,并與實驗測得的數(shù)據(jù)進行了對比分析。結果顯示,比表面積和密度是表征納米多孔材料的兩個基本參數(shù),具有更高的比表面積以及更大的密度對于限制納米孔中的氣相熱導率具有重要作用；當p104Pa時,氣體分子平均自由程不再隨壓力的變化而變化,氣相熱導率趨近于0。當p106 Pa時,納米孔對氣體分子自由運動的限制作用可以忽略,氣體分子平均自由程以及氣相熱導率近似等于自由空間內(nèi)的值。隨著溫度的不斷升高,存在氣相熱導率的最大值,且壓力越大,該最大值點所對應的溫度值越高；當溫度低于400 K時,模型預測結果與實驗值吻合較好,但由于高溫下輻射傳熱的貢獻增大,導致模型的預測結果偏低。存在堆積密度的最佳值,使得整體有效熱導率最低,且最佳密度隨環(huán)境溫度的升高而變大。
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM21

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本文編號：2532471