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(méi)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(diǎn)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(duì)材料絕熱性能的影響。研究結(jié)果不僅具有一定的理論價(jià)值,還可以用來(lái)指導(dǎo)多孔絕熱材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)。研究結(jié)果表明:對(duì)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(mǎn)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?yàn)?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(zhǎng)度越長(zhǎng),孔隙的絕熱性能越好;孔隙在垂直于熱流方向上的長(zhǎng)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(zhǎng)度對(duì)材料的絕熱性能影響不大�？紫兜倪B通性對(duì)材料絕熱性的影響受孔... 

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各種多孔材料的類(lèi)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(guān)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(chēng)為絕對(duì)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(duì)極硬的多孔材料而言，孔隙率并不受壓密作用的影響。對(duì)于石棉板等多孔材料，壓密作用對(duì)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?yàn)槟承┛紫兜男螤罹哂懈飨虍愋�，�?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(lèi)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(shí)，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(lèi)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(duì)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(shì)，并存在最佳容重。與最低導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)應(yīng)的密度值稱(chēng)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(shí)，氣體（空氣）對(duì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)中起決定性作用，固體對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響程度不明顯。當(dāng)孔隙率低時(shí)，固體對(duì)材料的導(dǎo)熱性起決定性作用，而氣體（空氣）對(duì)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(lái)，多孔材料吸引了越來(lái)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(lái)預(yù)測(cè)導(dǎo)熱系數(shù)。采用動(dòng)力學(xué)方法對(duì)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(duì)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(shí)，氣體在對(duì)流過(guò)程中引起的熱傳遞可以忽略不計(jì)。減小孔隙的尺寸可以降低孔內(nèi)的對(duì)流換熱[72-74]。1.2.2多孔絕熱材料的導(dǎo)熱模型在對(duì)多孔材料絕熱性能的探究過(guò)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(guò)采用有效導(dǎo)熱系數(shù)法，對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，采用理論模型或者經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式分析和預(yù)測(cè)多孔材料的絕熱性能，這是研究多孔材料熱傳導(dǎo)的常見(jiàn)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(guò)每一層。該模型計(jì)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(jì)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(shí)從上到下流經(jīng)不同的組分[78]。該模型計(jì)算有效導(dǎo)熱系數(shù)的公式為:（1-2）

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