二氧化硅氣凝膠納米孔隙絕熱材料氣相導(dǎo)熱規(guī)律研究.pdf

1、氣凝膠納米孔超級絕熱材料基于其獨(dú)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(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”的熱物性測量試驗(yàn)臺，并設(shè)計(jì)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(yàn)測量了具有雙

2、孔分布特性的顆粒狀及粉末狀SiO2氣凝膠的熱導(dǎo)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?dú)獾葴匚?脫附曲線以及中孔孔徑分布曲線。分別運(yùn)用BET理論和BJH模型來計(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)，對氣體分子平均自由程及氣

3、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SiO2氣凝膠整體有效熱導(dǎo)率的計(jì)算模型，并與實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析。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

4、密度對于限制納米孔中的氣相熱導(dǎo)率具有重要作用;當(dāng)p＜104 Pa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)p＞106 Pa時(shí)，納米孔對氣體分子自由運(yùn)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(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)所對應(yīng)的溫度值越高;當(dāng)溫度低于400 K時(shí)，模型預(yù)測結(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)測結(jié)