硬硅钙石型微孔硅酸钙绝热材料的有效导热系数研究

《硬硅钙石型微孔硅酸钙绝热材料的有效导热系数研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中国一「程热物理学会传热传质学第}一届学术会议编号:053041硬硅钙石型微孔硅MIZII}绝热材料的有效导热系数研究，魏高升张欣欣于帆北京科技大学热能工程系，北京，100083Tel:010-62333874,E-mail:gaoshengw@126.com摘要:根据硬硅钙石型微孔硅酸钙绝热材料的微观结构特点，建立了描述材料内气同祸合呀热的单元体传热模型.采用暂态热带法对硬硅钙石试样在300K-970K温度内，0.04p二人气Fk真空度内的er热系数进行了测量。通过采用傅立叶变换红外光聆仪(FTIR)测量薄试样的光谱透射率，得到了硬洲钙石绝热材料的光谱

2、衰减系数。模型计算值与实验结果吻合得很好.关键词:硬硅钙石，绝热材料，有效导热系数，暂态热带法1引言硬硅钙石型(6CaO*6SiO,-H20)微孔硅酸钙是一种新型绝热材料，具有体积密度小，导热系数低、抗压和抗折强度高、施I方便、可重复再利用等优良性能。由J几其优越的绝热性和环境友好性，近年来得到各国学者和7矿企业的高度重视[1,21最近的研究表明，如果将硬硅钙石与具有纳米级孔隙结构的气凝胶复合，有望得到具有超低导热能力的纳米孔超级绝热材料[31。本文基于面接触空心立方体的单元体结构，建立了描述硬硅钙石内气固祸合导热的单元体传热模型。通过采用傅立叶变换红外

3、光谱仪(FTIR)测量薄试样的光谱透射率，得到了硬硅钙石绝热材料的光谱衰减系数。采用暂态热带法，对硬硅钙石在不同温度和压力下的有效导热系数进行了测量。2理论模型2.1面接触空心立方体结构及单元体导热模型硬硅钙石型硅酸钙是由半径和长度分一而{了娜Ia/2别约为儿百和数千纳米的硬硅钙石纤维状退兰三户厂薰需劣一1/2品体相互交织形成的空心球团聚体堆积而成的fl,2)根据其结构特(幻面接触空心立方体结构(b)1/8计算单元体征，可将其看作是由边图1而接触空心立方体模型及其1}算单兀体长为a,壁厚为h的空’国家自然科学基金资助项目(No.50276003)心立方体

4、在空间周期性地排列而组成的，空心立方体之间依靠截面积为cxc,长度为(1-a)的方形柱体连接，如图1(a)所示。考虑到固体壁是由纤维品体交织而成的，其中存在孔隙，Ml此定义壳壁孔隙率为。‘。这一三维结构的1/8单元体如图I(b)所示。则该单元体的孔隙率为:(D=I一(I一。)[(I一(I一Ya)，一3Y2)Y}+3Yoy2-l(1)这里Y.=all，Ya=2hla，)。=cla。为得到有效导热系数的分析表达式，假设单元体内为一维导热，热流方向如图I(b)所示。则通过单元体内的热流可通过并联热组原则得到，存在以下两种情况:a当0

5、)和图2(a)所示，热流平行地穿过尺寸为(1)cII112i,_qD}h101/12}112诬d211'IFf}1rrQ1}11F-IV}1U2(1-a)/2xl/2X1/2,(11)hxl/2x/2,(川)(a)当0c>a-2h时(a-2h-c)/2x1/2x1/2及(IV)c/2x1/2xl/2的四个相互平行的长图2单元体平面示意图方体，则单元体的气固祸合导热系数可表示为:kc=(I一Y=)k,F,+Yjnk,AZ+Y.(I一Y。一Y,)k,;+YpY,k,,(2)这里，k=,i,k,:e2,k,xa,k,.,4分别为上述

6、四个长方体的等效导热系数，其表达式根据最小热阻原则得到，为别为:YaYk,kc,k,R,+(1一Y,Y,)kx(3)(1一Y.Y,)k,+kgrjcYakskrnk,R2=+(I一yjk(a>(1一Yo)气+kY}Yo0一Yb)kek_YoYhkgk=yK=,,=—+(1一7.)k,(5)(I一Y=Yb)k,,+k,Y,Y,(I一Y})k,+kxY,k,<=~Yo生-Y,-Y,)kxk,y,Yhkgk,=()一Y}yh)k,*,+k,y=yh(I一y,)k,、十kgyo(6)十一二-Y=)k,k,=+/Y,k,kw(I一Yj<)k,U+气Yly,k,wr

7、<(]一Yh)+(卜/。十y=Yh)ka式中，气为气相的导热系数，k,为空心立方体纤维壳e的有效导热系数·将式(3)一(6)代入(2)式有k。=浮寻空羊势+血上卫上应+22or.(1一r。)1一LI一“)万。1一(l一a)rt，八1一(1一a)2。/。(0c>a一Zh时，类似地，热流平行地穿过尺寸为(l)(l-a)/2只1/2、1/2，(I)佃一c)/2‘1/2“1/2，(111)[h一(a一c冲]xl/Zxl/2及(IV)(a一Zh)/2火

8、l/Zxl/2的四个相互平行的长方体，如图2(b)所示。同样采用上述分析方法可得