气体稀薄及扩散效应对气凝胶隔热材料传热的影响研究.pdf

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn气体稀薄及扩散效应对气凝胶隔热材料传#热的影响研究112111*唐桂华，卢银彬，毕成，郭江峰，刘蔚，马原5（1.西安交通大学能源与动力工程学院，西安，710049；2.西安特种设备检验检测院，西安，710065）摘要：纳米多孔气凝胶广泛应用于隔热领域，目前对这种多孔隔热材料的研究主要局限于热导率。在非稳态传热过程中，当多孔材料的高温侧受热，材料孔隙中的气体受热膨胀向冷端扩散，加强热量从高温端向低温端的传递，提高材料背温，从而恶化材料隔热性能。本文通10过在非稳态传热方程中添加源项法研究孔隙中气体扩散对多孔隔热材料非稳态传热

2、的影响，数值模拟研究了渗透率（材料固有渗透率和稀薄气体在材料中的表观渗透率）对非稳态传热的影响，建立渗透率影响多孔隔热材料背温关联式。研究结果表明气体在高渗透率材料孔隙中能更加自由地传递，提高材料背温，最终恶化材料隔热性能。密度较大的材料对应较小的渗透率，限制气体在多孔材料中的扩散，对提高材料的隔热性能具有积极作用。工程上应选15用大密度、低渗透率的多孔材料作为保温隔热材料，研究成果为纳米多孔隔热材料的工程优化设计提供了理论指导。关键词：多孔材料；稀薄效应；扩散效应；非稳态传热；努森数中图分类号：TK124Effectsofgasrarefactionanddiffusioninae

3、rogel20insulationontransientheattransfer112111TANGGuihua,LUYinbing,BICheng,GUOJiangfeng,LIUWei,MAYuan(1.SchoolofEnergyandPowerEngineering,Xi'anJiaotongUniversity,Xi'an,710049;2.Xi'anSpecialEquipmentInspectionInstitute,Xi'an,710065)Abstract:Nano-porousaerogelmaterialshavebeenusedwidelyinhightemp

4、eratureinsulationfield.25Mostinvestigationonporousinsulationmaterialsislimitedtoeffectivethermalconductivityofmaterials.Gasinhightemperaturesideexpandsanddiffusestolowtemperatureside,enhancesheattransfer,increasesbacktemperatureofmaterialsandmakesheatinsulationperformanceworse.Theeffectofgasdif

5、fusiononheattransferperformanceofnanoporousinsulationmaterialsisnumericallystudiedbyaddingasourceterminone-dimensionaltransientheatconductionequation.Investigationsofintrinsic30permeabilityandgasapparentpermeabilityontransientheatconductionareimplemented.Amodelrelatingthepermeabilityisestablish

6、edtopredictthebacktemperatureofporousmedia.Gasmovesfasterinmaterialswithlargepermeabilitywhichcausesthebacktemperatureincrease,andmakesheatinsulationperformanceofmaterialsworse.Inaddition,large-densitymaterialswithlowpermeabilitydecreasethevelocityofgasdiffusion,andimproveheatinsulatingperforma

7、nce.Nano-porousaerogel35insulationmaterialswithlargedensityandsmallparticlesizecanbeemployedinengineering.Thepresentstudyprovidesguidancefordesignofporousinsulationmaterials.Keywords:porousmedia;rarefactioneffect;diffusioneffect;t