气凝胶初级粒子导热系数的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟融化-淬火工艺制备非晶态SiO2材料和SiO2气凝胶初级粒子单元。基于非平衡分子动力学(Non-equilibrium molecular dynamics,NEMD)理论计算体态材料和初级粒子单元的导热系数,计算过程考虑了冷热源引起的尺度效应。结果表明,计算得到的体态材料导热系数与文献计算结果吻合良好。对于初级粒子单元,在粒径2～6 nm范围内,粒子直径使得粒子单元导热系数出现了尺度效应,但是影响相对较小。粒子间界面直径对粒子单元导热系数影响很大,当粒子直径为3 nm时,界面直径从0.89 nm增加到2.49 nm,粒子单元导热系数增大了171.61%,粒子界面处的温度阶跃,表明存在明显的界面热阻效应;且界面直径越小,界面热阻越大。     

微孔硅酸钙的有效导热系数和最佳使用密度

利用等效热阻模型,考虑辐射传热影响,对硬硅钙石型微孔硅酸钙绝热材料的有效导热系数进行了预测,给出了计算公式,探讨了不同使用温度下微孔硅酸钙绝热材料的最佳使用密度.分析表明,模型计算值与实验值吻合好,有效导热系数预测模型可精确预测其绝热性能并指导绝热设计施工.     

基于Lattice-Boltzmann方法的SiO2多孔绝热材料传热分析

采用四参数随机生成法构造了SiO2多孔绝热材料微观结构,引入二维九速度不可压格子多相Lattice-Boltzmann热模型,该模型能够方便的计算具有复杂边界的多孔材料微尺度传热问题,给出了从结构构造模拟到具体的Lattice-Boltzmann传热分析的程序实现流程,进行了完整的二维多孔绝热材料导热过程的数值分析。结果表明Knudsen数小于10-1时,相同孔隙率下孔径越大,有效导热系数越低。随着孔隙率的减小,有效导热系数明显增加,增加气相导热比重是增强该绝热材料绝热性能的有效途径。骨架结构对SiO2多孔绝热材料有效导热系数的影响显著。     

管道多层隔热系统的传热分析及优化设计

采用能量平衡方程和P1阶微分近似法建立了由超细玻璃纤维和反射屏组成的管道多层隔热系统稳态传热的数学模型。利用该模型分析了反射屏层数、反射屏发射率、反射屏位置、温度等因素对系统隔热性能的影响。分析结果表明,系统的隔热性能随着反射屏层数的增加而提高,但是提高幅度逐渐减小,存在一个最佳的反射屏层数;反射屏的发射率强烈地影响系统的隔热性能,采用低发射率的反射屏对于提高系统隔热性能有着重要作用;反射屏位置对系统隔热性能有较大影响,将反射屏靠近高温面布置能获得更好的隔热效果。     

红外遮光剂选材的理论研究

SiO_2气凝胶纳米孔材料导热系数极低,代替传统绝热材料可以降低绝热层厚度,节约能源。高温时SiO_2气凝胶绝热性能下降,可以添加矿物粒子遮蔽辐射传热,提高其高温时的绝热性能。文中采用Mie散射理论建立起了遮光气凝胶热辐射特性和辐射热导率的定量理论模型,分析了遮光剂光学参数,粒子尺度对辐射传热的影响,对比了SiC、B_4C、BN、TiO_2遮光剂的遮光效果。结果表明,遮光剂的折射率对辐射传热的影响较大,折射率越大,对辐射传热的衰减效果越好。在研究的材料中,遮光效果最好的是B_4C,其次依次是BN、Si C和TiO_2。特定温度下,存在最优粒径使得遮光气凝胶的辐射热导率最小,最优粒径随着温度升高而变小,对于文中计算的遮光剂,300 K时最优粒径约为1.4μm,700 K时约为0.8μm。分析结果对于指导遮光剂的选材,提高材料的性能,降低制备成本具有工程应用价值。     

船舶管道多层隔热结构的传热机理分析和实验研究

采用能量平衡方程和P-1阶微分近似建立了船舶管道系统多层隔热结构的稳态传热模型.讨论了在船舶管道系统上采用多层隔热结构的可行性,并进行了相应的实验验证.结果表明,在硅酸铝纤维隔热材料层间添加金属铝箔纤维布能提高材料的隔热性能,且随着使用温度升高,提升幅度增大.对于中低温的管道系统,因隔热效果提升有限,不推荐采用多层隔热结构.     

硅薄膜导热系数微尺度效应的临界尺寸

基于灰介质假设及拟合的色散关系,采用蒙特卡洛方法对微纳米硅薄膜内的声子热输运特性进行了模拟.将3μm厚的硅薄膜导热系数的计算结果与文献结果进行了对比,二者吻合较好.分析了厚度对薄膜内温度场及导热系数的影响.结果表明,当厚度小于某一尺度时,薄膜导热系数会随着厚度的减小而降低,呈现尺度效应;薄膜内温度场也不再是线性分布,而是在边界处呈现阶跃特性,且随着厚度减小,温度阶跃增大.基于该方法求得了100~400 K温度区间内,硅薄膜法向导热系数出现明显尺度效应的临界尺寸.计算发现,随着温度的升高,临界尺寸变化范围很大,平均温度为100 K时,临界尺寸约为50μm,平均温度为400 K时,临界尺寸约为2.5μm,前后相差了一个数量级.     

铝箔对绝热层绝热性能影响的实验研究

为了研究包裹铝箔对管道绝热层绝热性能的影响,设计并搭建了管道绝热层绝热性能测试平台,测试了相同热面温度情况下,包裹铝箔纤维布前后冷面温度的变化,并进行了计算分析。实验发现:在绝热层表面包裹铝箔面朝里的铝箔纤维布后,冷面温度随环境温度升高了2℃,但散热量基本不变;在绝热层表面包裹铝箔亮面朝外的铝箔纤维布后,冷面温度升高了近20℃,散热量减少了约9%。据此,提出了铝箔金属绝热材料的使用方法及建议。     

基于分形理论超轻中空二次粒子纤维壁的有效导热系数计算方法

利用分形理论描述硬硅钙石超轻中空二次粒子纤维壁的微尺度空间结构,建立了分形单元体导热模型,采用等效电阻方法,推导出了超轻中空二次粒子纤维壁的有效导热系数计算公式,同时探讨了温度、孔隙率、分形维数等因素对材料有效导热系数的影响规律。     

基于熵权法的液压液污染度模糊综合评价

针对目前液压液颗粒污染度评价标准评价结果代码个数多,不能结合系统对不同尺寸颗粒敏感程度信息等问题,提出应用熵权模糊综合评价模型进行液压液污染度评价。利用熵权法将系统对不同尺寸颗粒敏感程度信息和数据本身所蕴藏的信息量转化为不同尺寸颗粒的权值,并采用模糊综合评价模型汇总各尺寸颗粒的污染度情况和权值,以“正常”、“警告”、“异常”的形式输出最终评价结果。利用该方法评价了某特种船舶某型甲板液压设备液压介质的污染度,评价结果证明该方法可行且直观明了,更重要的是结合了具体系统对不同尺寸颗粒敏感程度信息,评价结果更加科学准确。