納米復(fù)合隔熱材料導(dǎo)熱機(jī)理與特性研究.pdf

1、納米復(fù)合隔熱材料是以納米隔熱材料為基體,添加柱狀纖維和球形遮光劑構(gòu)成的。掌握納米復(fù)合隔熱材料的傳熱機(jī)制和特性,預(yù)測相關(guān)因素對材料傳熱性能的影響,可以為納米復(fù)合隔熱材料的熱設(shè)計和應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考。
　　為了研究分析納米顆粒的導(dǎo)熱特性,分別采用格子波爾茲曼法(LBM)和蒙特卡洛法(MCM)數(shù)值模擬了納米材料內(nèi)的聲子熱輸運(yùn)。通過對比分析兩種方法的計算結(jié)果、數(shù)值收斂性以及計算效率,進(jìn)一步明確了LBM用于模擬聲子熱輸運(yùn)時的計算優(yōu)勢和適

2、用范圍。為了了解納米材料界面散射作用,采用LBM研究了界面分別為鏡散射、漫散射和鏡-漫散射時對納米材料內(nèi)聲子熱輸運(yùn)的影響。
　　為了全面了解二氧化硅納米顆粒的導(dǎo)熱特性,采用LBM研究了一維薄膜納米材料導(dǎo)熱特性的尺度效應(yīng),獲得了尺度效應(yīng)對二氧化硅薄膜內(nèi)溫度分布及導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律。通過對正方形二氧化硅納米材料內(nèi)聲子熱輸運(yùn)的模擬,得到了垂直和平行熱流傳遞方向的邊界散射對納米材料導(dǎo)熱的影響規(guī)律和范圍。
　　針對二氧化硅氣凝膠納米隔

3、熱材料微觀結(jié)構(gòu),建立了三維球臺形納米顆粒結(jié)構(gòu)模型,采用LBM編制了此類三維球臺形納米顆粒內(nèi)聲子熱輸運(yùn)程序。以此為手段,獲得了軸向和球臺缺口尺寸對納米顆粒導(dǎo)熱特性的影響規(guī)律。在保持聲子平均自由程不變的前提下,采用聲子運(yùn)動論表達(dá)式計算了不同溫度下二氧化硅聲子熱輸運(yùn)相關(guān)參數(shù),模擬得到溫度對二氧化硅納米顆粒導(dǎo)熱特性的影響。在各種參數(shù)下,做大量數(shù)值模擬,采用多元線性回歸法對數(shù)值模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,獲得了反映球臺幾何參數(shù)和溫度影響的納米顆粒導(dǎo)熱系數(shù)的

4、表達(dá)式。
　　以納米顆粒導(dǎo)熱系數(shù)擬合公式計算結(jié)果為依據(jù),在考慮氣凝膠納米固體顆粒間接觸界面熱阻和顆粒尺寸非均勻分布的前提下,建立氣凝膠納米隔熱材料氣固耦合導(dǎo)熱單元結(jié)構(gòu)模型,并推導(dǎo)得出納米隔熱材料氣固耦合有效導(dǎo)熱系數(shù)的計算表達(dá)式。采用基于分子運(yùn)動論的孔隙內(nèi)氣體導(dǎo)熱系數(shù)表達(dá)式,分析了氣體導(dǎo)熱的尺度效應(yīng)?；谟行?dǎo)熱系數(shù)計算關(guān)系式,獲得了密度、孔隙率、固體顆粒尺寸非均勻分布以及氣體壓力等因素對氣凝膠納米隔熱材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的影響。

5、>　　以氣凝膠納米隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)的計算方法為基礎(chǔ),通過將現(xiàn)有兩組分復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)計算理論模型進(jìn)行合并,推導(dǎo)得到氣凝膠基體中添加柱狀和球形顆粒的復(fù)合材料導(dǎo)熱系數(shù)理論計算模型。通過實驗測量氣凝膠納米隔熱材料及添加纖維和遮光劑的氣凝膠納米復(fù)合材料兩組樣品的導(dǎo)熱系數(shù),驗證了計算模型的可靠性。進(jìn)而開展對氣凝膠納米復(fù)合材料導(dǎo)熱特性的研究,獲得了氣凝膠納米復(fù)合材料中添加相體積份額、溫度以及壓力等對隔熱材料導(dǎo)熱特性的影響規(guī)律。
　　通過本文研