纤维多孔介质介观尺度结构对其真空绝热性能的影响

纤维多孔介质在绝热材料领域的应用广受关注,真空工艺是提升材料绝热性能最为有效的方法.本文研究了真空条件下介观结构对纤维多孔介质的有效导热系数的影响,改进了已有纤维随机结构生成方法,运用D3Q19格子Boltzmann方法对其有效导热系数进行求解.改进的生成方法可明显改善纤维分布,穿插率可降低至3.1％.模拟结果与实验及...     

高温真空绝热板的制备及性能研究

根据真空绝热原理提出一种可在高温环境下使用的新型高温真空绝热板(High-temperature vacuum insulation panel,HT-VIP)。在多孔碳化硅泡沫芯材表面包覆多层碳纤维布,通过化学气相渗透(Chemical vapor infiltration,CVI)热解碳的方法对外壳碳纤维体进行增密,然后采用聚合物浸渍裂解(Polymer infiltration and pyrolysis,PIP)工艺制备玻璃碳对材料进行致密化处理,最后采用低压化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)工艺沉积SiC涂层对材料进行封装,制备出一种具有耐高温、密度低、强度高、低导热以及抗热冲击的新型高温真空绝热复合材料。制备的致密碳纤维增强复合材料,材料内部为真空状态,材料密度为0.81g/cm3,抗压强度为8.75 MPa。当温度为100~900℃时,高温VIP有效热导热系数从0.20 W/mK逐渐增加到1.16 W/mK,比C/C和C/SiC复合材料低一个数量级。     

真空绝热板用复合吸气剂研究

吸气剂是真空绝热板(Vacuum insulation panel,VIP)的重要组件之一,尤其是对于玻璃纤维芯材与有机泡沫芯材不可缺少,因为这些芯材的VIP导热系数对压力变化比较敏感。本文以玻璃纤维芯材的VIP为研究背景,通过对板内残余气体成分分析,开发了一种复合型吸气剂,研究了吸气剂的化学组分、制备工艺及性能参数,利用自制系统测试了吸气剂的吸气性能,探讨了吸气剂的吸附过程与吸附机理。将该吸气剂用于玻璃纤维芯材的VIP中,并与未使用吸气剂的VIP进行对比分析,结果表明该吸气剂能够使VIP的初始导热系数更低、使用寿命更长。     

高温下阻气膜对真空绝热板使用寿命的影响

为进一步提高真空绝热板保温隔热性能、延长使用寿命、完善制作工艺,在介绍真空绝热板基本构成的基础上,对其使用寿命进行了界定;从隔气结构出发提出影响真空绝热板使用寿命的理论依据,建立了相应的数学模型,并通过高温老化实验进行验证。实验结果与理论分析基本拟合,结果表明真空绝热板在高温环境(50/70℃)中应用会加快其阻气膜的老化速度。     

真空绝热板负压膨胀与吸盘响应关系

对于市场前景广阔的气相二氧化硅和玻璃纤维芯材的真空绝热板(Vacuum insulation panel,VIP),可以通过检测其内压值来检测VIP质量。本文以负压膨胀法(即逆真空法)原理研发了内压测试仪,可以快速有效地测试VIP板内压强值,以此判别该VIP板是否合格。对测试结果与理论值进行对比发现,该测试仪精确度较高,误差可以控制在1%左右。然后,研究了不同口径大小吸盘对玻璃纤维芯材VIP内压测试结果的影响,试验证明仅小口径吸盘才能成功地测试该类VIP板内压值。最后,采用MATLAB线性拟合模块研究了两种VIP板内部压强与导热系数的关系式,可以从理论上更好地指导VIP板的高质量生产。     

基于多孔介质的发汗冷却特性数值研究

针对航空航天领域日益严峻的热防护需求,采用发汗冷却对受气动加热以及高温燃气侵蚀的热端部件进行热防护的技术方案受到广泛关注.本研究发展了适用于高超声速条件下的多孔介质发汗冷却数值分析方法,对相变发汗冷却数值分析方法进行验证及修正,进而获得具有较高准确度的多孔介质发汗冷却数值计算方法.对相变发汗冷却与外流场进行一体化耦合分...     

真空绝热板技术的研究现状及发展趋势

首先概述了真空绝热板(Vacuum insulation panel,VIP)芯材、阻隔膜和吸气剂的研究现状,分析了不同芯材、阻隔膜和吸气剂对VIP的绝热性能和使用寿命的影响,并基于VIP的应用要求提出了适用于建筑用VIP的最佳结构,即多层金属(或氧化物)树脂复合阻隔膜包覆超混杂复合芯材和碳基氧化物复合吸气剂的VIP。该VIP不仅具有低热桥、阻气阻氧性能好的优点,还具备耐压、耐折、回弹性低、抗刺穿和耐老化的优良特性,充分发挥了纤维型VIP和颗粒型VIP的优点,同时完美结合了纳米涂层与树脂膜的优势,克服了颗粒型VIP易溃散、纤维型VIP易回弹、金属镀层缺陷大和树脂膜易刺穿的缺点。此外,碳基氧化物复合吸气剂的抗热辐射性能良好,可进一步提高VIP的绝热能力。最后指出研究和开发高性能、低成本的VIP将是未来研究工作的发展方向。     

覆盖多孔介质的圆柱减阻特性和机理研究

多孔材料由于其独特的孔隙结构,可用于声学降噪以及流动控制领域。首先,采用大涡模拟（Large eddy simulation,LES）方法,开展了亚临界雷诺数条件下有、无覆盖多孔介质的圆柱绕流数值计算;其次,对比了两种不同工况的升、阻力系数大小,分析多孔介质的减阻控制效果;最后,结合气动力以及流场结构变化,揭示出多孔介质的减阻控制机理。研究结果表明：雷诺数为5.6×10⁴,圆柱表面后缘处铺设位置角为270°的多孔介质时,减阻效果可达到8.53%。由于多孔介质表面具有渗透性,一方面可提高多孔-流体交界面处的滑移速度,稳定圆柱表面的分离剪切层,降低涡脱落频率;另一方面,流体穿过多孔介质可产生类似微射流的作用效果,增强分离区圆柱表面的压力,降低圆柱上下游的压力差,从而显著减小圆柱表面的总阻力。     

SOFC多孔电极有效导热系数的实验和模型研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）内部流动传热和化学反应复杂,容易产生热不平衡区。获取高精度的多孔电极有效导热系数对于建立多物理场耦合数值分析模型和电池热管理具有重要的意义。基于稳态法设计并搭建了多孔材料有效导热系统实验平台和测量系统,在372.1~932.4 K温度范围内详细测量了多孔电极实验样件温度分布,通过多孔材料内传热理论分析,基于现有EMT和ME1数学模型,利用比例因子t构造了温度修正的SOFC多孔电极综合有效导热系数的计算模型。同时通过对比孔隙率为0.2349~0.4178的3个实验样件表面温度的计算值和实验测量值,验证了该有效导热系数模型的有效性和高精度。     

装有多孔介质的封闭腔体中热驱动换热的数值研究

以涡轮叶片超级冷却技术为研究背景,用数值计算的方法,模拟了离心力场下装有多孔介质的封闭腔体中的热驱动换热现象。计算结果表明,在封闭腔体中加入大孔隙率多孔介质后确实能起到强化换热的效果,采用的固体介质的导热性越好,封闭腔体中流体的热驱动能力越强,换热效果越好。而且采用导热性比较好的固体介质时,在大孔隙率范围内,随着孔隙率的减少,封闭腔体中流体的热驱动能力和换热均得到增强。     

航空级超细玻璃纤维棉毡的制备及隔音隔热性能研究

航空级超细玻璃纤维是一种无机质纤维,具有体积密度小、热导率彽、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀以及化学性能稳定等优点,是大型客机保温隔音的关键材料。本文通过火焰喷吹法制备出航空级超细玻璃纤维,并涂覆酚醛树脂黏结剂,在获得优异憎水性能的同时还具有优异的阻燃性能。然后采用扫描电镜（Scanning electron microscope,SEM）、光学显微 镜、导热分析仪、驻波管以及接触角测试仪分别对棉毡的结构、声学性能以及憎水性能进行测试,结果表明：纤维直径在1.2~3.2 μm之间呈正态分布,棉毡的接触角为142°,憎水性能高 达98.9%,阻燃性能优异且无滴落现象;棉毡隔音隔热性能优良,随着棉毡的容重增加,棉毡的导热系数降低,隔声量随之增加;层状结构的设计以及纤维直径的超细化有利于提高棉毡的保温隔音性能。     

纳米隔热材料透-反射光谱测量及辐射物性反演

基于辐射传递求解的改进二流近似和全局智能优化的遗传算法,结合材料的法向-半球反射率和透过率,构建了纳米隔热材料吸收系数和散射系数的辨识模型。采用文献中报道的两种玻璃的辐射物性参数数据数值验证了辨识方法的可靠性。实验测量了纳米隔热材料法向-半球透过率和反射率数据,辨识获得材料在0.4~7.0 μm波段的吸收系数和散射系数。研究表明：(1)构建的辨识方法能准确辨识材料的吸收和散射系数;(2)在0.4~7.0 μm内,材料的吸收系数介于70~3 900 m^-1,散射系数在180~3 000 m^-1之间,不同波长下数值差异大,呈现强烈的光谱选择性;(3)在2.5 μm以下材料内散射所占份额较大,在2.5 μm以上吸收明显占优,整体上呈现出强吸收、弱散射特征。     

基于BP网络的热工过程模型辨识方法

主要研究了人工神经网络在辨识火电厂热工过程模型中的应用，利用Visual C^ 语言构造BP神经网络,提出了把BP网络权值转换为传递函数的方法，针对火电厂常见的热工过程，不用人为加入特殊的激励信号，只利用现场生产中自然存在的扰动信号进行辨识试验，试验结果准确可靠。     

考虑高阶位移模式的层板热稳定有限元分析

本文用高阶理论对层板的热稳定进行了有限元分析,算例表明文中方法是精确的。文中给出了层板热稳定的数值结果,并讨论了铺层方向、铺层数量、边界条件、板的长宽比、材料的纵横弹性常数比以及温度分布等对失稳特性的影响,由此得出了一些有用的结论。     

钛合金蜂窝壁板隔热性能试验研究

针对钛合金蜂窝夹层结构的隔热性能进行试验研究。试验中研究了在300 ℃稳态条件下,蜂窝芯格尺寸、芯格高度和芯格壁厚等参数对隔热性能的影响规律;分析了各几何参数对隔热性能的敏感度;测试了不同温度条件下钛合金蜂窝夹层结构壁板的等效导热系数。试验结果表明：增大蜂窝芯格尺寸和芯格高度,减少芯格壁厚均有利于提高蜂窝壁板的隔热效果;不同几何参量对钛合金蜂窝夹层结构隔热效果的影响敏感程度从大到小依次为：芯体高度、芯格尺寸和芯体壁厚;钛合金蜂窝壁板的等效导热系数随温度的升高而增大,相同温度下钛合金蜂窝壁板的等效导热系数约为钛合金材料的3%~5%。     

绝热层制备工艺的环境影响分析

聚氨酯泡沫绝热层被广泛应用在建筑、家电、汽车和航天等领域,绝热层制备工艺对环境有着重要的影响,因此评价绝热层制备工艺的环境影响有着十分重要的意义。本文采用生命周期评价(Life cycle assessment,LCA)中的ReCiPe方法对绝热层制备工艺的环境影响进行了评价。结果表明,绝热层制备工艺对海洋生态毒性的环境影响最大,其次是人类毒性、淡水生态毒性、淡水富营养化和化石耗竭;油漆、电能、聚氨酯组合剂以及聚脲组合剂是对环境影响贡献较大的清单物质,且环境影响结果对油漆和电能的变化最为敏感;喷漆过程、聚氨酯喷涂过程和聚脲喷涂过程环境影响显著,占比超过了总环境影响的70%。降低绝热层制备工艺环境影响的关键因素有:在设计阶段考虑聚氨酯废料的回收,避免聚氨酯和聚脲材料的浪费,选用较为清洁的粉末型漆料,或者提高电能利用率、提高清洁能源的比例。