一种真空绝热板叠层纤维芯材的传热模型及其应用

技术特征：
1.一种真空绝热板叠层纤维芯材的传热模型，其特征在于：所述传热模型分析方法步骤为：一、利用扫描电镜对纤维芯材微观结构进行探测，分别获取玻纤叠层纤维芯材和离心棉叠层纤维芯材的微观结构特点，为利用计算机对两种叠层纤维芯材的结构重构提供依据，利用数显千分尺量取纤维的直径、长度等参数；利用天平称取纤维芯材的质量，并量取纤维芯材的体积，计算出芯材的纤维体积分数，为后面展开相关参数对有效热导率的影响提供相关信息；二、根据两种不同的纤维芯材内部的孔隙分布情况，采用理论推导的方法求解两种芯材内部的孔隙尺度的计算公式，根据纤维芯材内部的孔隙尺度范围，确立适用于纤维芯材内部气相热导率的公式；三、玻纤叠层纤维芯材热导率计算分析，根据玻纤叠层纤维芯材的微观结构特点，利用计算机对玻纤芯材多孔随机结构进行构建，生成不同的纤维层，基于傅里叶定律、分子运动论等相关理论，得到玻纤叠层纤维芯材有效热导率计算方法，研究温度、压强、纤维的体积分数和直径等参数对有效热导率的影响，计算不同温度、压强、纤维直径下的最佳纤维体积分数和最小热导率；四、离心棉叠层纤维芯材热导率计算分析，根据离心棉叠层纤维芯材的微观结构特点，利用计算机对离心棉芯材的多孑l随机结构进行构建，生成不同的纤维层，基于傅里叶定律等相关理论，得到离心棉叠层纤维芯材有效热导率计算方法，研究温度、压强、纤维的直径、长度、体积分数及单层纤维层厚度等参数对有效热导率的影响，并计算不同工况下的最佳纤维体积分数和最小热导率，为生产实践提供参考。2.根据权利要求1所述的真空绝热板叠层纤维芯材的传热模型，其特征在于：所述纤维芯材的体积分数为玻纤叠层纤维芯材的平均直径为6微米，离心棉叠层纤维芯材的平均直径为4.5微米。玻纤的平均长度为12mm，离心棉的长度约为5mm。3.根据权利要求1所述的真空绝热板叠层纤维芯材的传热模型，其特征在于：所述步骤三中，玻纤叠层纤维芯材的气相热导率模型为：式中，iv为纤维体积分数；y为气体的比热容比，流体为单原子分子时取1.66，流体为双原子分子时取1.4，流体为多原子分子时取1.29；c为流体的定容比热容，j/(m，.k)仅为相容系数，对于简单非极性气体通常取1。4.根据权利要求3所述的真空绝热板叠层纤维芯材的传热模型，其特征在于：所述玻纤叠层纤维芯材的气固耦合热导率为：
式中，r为纤维半径，m为气相热导率，w/(m
·
k)；ar为纤维基体的热导率，w/(m
·
k1，是温度丁的函数。5.根据权利要求1所述的真空绝热板叠层纤维芯材的传热模型，其特征在于：所述步骤四中，离心棉叠层纤维芯材的气固耦合热导率为：6.根据权利要求1所述的真空绝热板叠层纤维芯材的传热模型的应用，其特征在于：一、利用扫描电镜对玻纤叠层纤维芯材和离心棉叠层纤维芯材进行表征，发现在同一层纤维内，玻纤叠层纤维芯材在垂直于厚度方向的平面内随机分布，离心棉叠层纤维芯材无论在纤维层厚度方向还是垂直于纤维层厚度方向都具有随机性；二、两种叠层纤维芯材的有效热导率先是随着压强的降低急剧降低，当压强降至loopa时，有效热导率开始变得平缓，这是由于随着压强的降低，气体分子数量减少，分子间单位时间内的平均碰撞频率减少，另外分子的热运动速率并不随压强改变，所以分子的平均自由程增大，芯材的孑l隙尺度并不随压强改变，此时会对气体分子的热运动限制作用增强，使气相热导率减小导致有效热导率减小，当压强继续减小时，气体的分子平均自由程继续增大，大到和芯材的孑l隙尺度相当时，气体分子的自由运动会被严重束缚，因而气相导热非常小，此时主要靠固相导热与辐射传热，故虽然压强继续减小，但有效热导率几乎保持不变；三、两种叠层纤维芯材的有效热导率随温度升高呈现递增趋势，这是由于芯材中纤维的体积分数较低，辐射传热在总体传热中占据主导地位，温度升高，辐射热导率增大，导致有效热导率增大；四、两种叠层纤维芯材的有效热导率随纤维体积分数增大，先逐渐减小，后逐渐增大，存在最佳体积分数使得芯材具有最小的热导率，这是由于纤维体积分数较低时，纤维对辐射的遮蔽作用小，辐射热导率占据有效热导率的主导地位，随纤维体积分数增大，纤维多孔材料的密度增大，纤维对辐射的遮蔽作用增大，辐射热量在传递过程中的衰减作用增强，使得辐射热导率减小，导致有效热导率减小；随着纤维体积分数的继续增大，固相导热逐渐占据主导地位，所以有效热导率又会随着体积分数的增大而增大；五、两种叠层纤维芯材的有效热导率随纤维直径增大逐渐增大，主要因为纤维体积分数不变的情况下，纤维直径增大，孔隙尺度增大，对气体分子的限制作用减小，使得气相热导率增大，从而整体有效热导率增大；六、离心棉叠层纤维芯材的有效热导率随纤维长度增大而减小，原因是纤维直径不变时，纤维长度变长，热量沿纤维传递过程中克服的纤维热阻增大，导致整体有效热导率降低；七、叠离心棉层纤维芯材的有效热导率随单层纤维层厚度增大而增大，原因是纤维层厚度变大，纤维与热流方向的平均夹角变小，由于热流量与纤维分布方向相同时热导率最大，所以有效热导率随着纤维与热量方向夹角的减小增大；八、温度、压强、纤维直径、纤维长度、纤维体积分数、单层纤维层厚度不同时，芯材的最佳纤维体积分数不同，对应的最小热导率不同，应根据具体的芯材参数及真空绝热板应用
的具体条件，选择不同的纤维体积分数生产真空绝热板芯材，以获得最低的热导率。

技术总结
本发明提供一种真空绝热板叠层纤维芯材的传热模型及其应用，一、利用扫描电镜对纤维芯材微观结构进行探测，分别获取玻纤叠层纤维芯材和离心棉叠层纤维芯材的微观结构特点，为利用计算机对两种叠层纤维芯材的结构重构提供依据；利用天平称取纤维芯材的质量，为后面展开相关参数对有效热导率的影响提供相关信息；二、根据两种不同的纤维芯材内部的孔隙分布情况，采用理论推导的方法求解两种芯材内部的孔隙尺度的计算公式，确立适用于纤维芯材内部气相热导率的公式，综合考虑纤维直径、纤维体积分数以及纤维的分布状态等因素的影响，采用理论推导的方法，根据叠层纤维芯材的孔径尺寸为微米量级的特点，给出了应用于此孔隙尺寸中的气相热导率模型。中的气相热导率模型。中的气相热导率模型。


技术研发人员：周武中 杜源 邱鑫 陈灯
受保护的技术使用者：重庆文理学院
技术研发日：2022.01.25
技术公布日：2022/4/22