隔热材料导热系数的数值模拟预测.pdf

维普资讯 第6卷第2期 热 科 学 与 技 术 Vo1．6No．2 2007年 6月 JournalofThermalScienceandTechnology Jun．2007 文章编号 ：1671—8097(2007)02—0136—05 隔热材料导热系数的数值模拟预测 白敏 丽 ， 薛 莹 莹 ， 吕继 组 ， 牛 玲 (1．大连理工大学 能源与动力学院，辽宁 大连 116023； 2．沈阳航空工业学院 飞行器动力与能源工程学院，辽宁 沈阳 110136) 摘要：对氧化锆空心球隔热材料进行合理的简化，用数值模拟方法计算氧化锆空心球隔热材料导热系数，并 分析空心球半径、温度、发射率等对导热系数的影响。数值模拟结果表明，减小空心球半径，降低空心球表面发 射率，抽真空等都有助于降低隔热材料导热系数。数值模拟与实验测量结果 良好吻合，用数值模拟计算隔热材 料导热系数是一个行之有效的方法 。 关键词：隔热材料；空心球；导热系数预测；数值模拟 中图分类号 ：TD877 文献标识码 ：A 0 引 言 途径。 1 计算物理和数学模型 隔热材料大都是多孔介质，多孔介质内部传 热机理非常复杂，涉及 固相和流相的热传导以及 氧化锆空心球隔热材料可简化为半径为 R、 它们之间的对流换热 ，而且在较高温度下，固体骨 壳厚为 h的空心球壳在空间周期性地排列所组成 架表面之间的辐射换热也不容忽视 ，其表现 出来 的结构 ，各空心球 以点相互接触 ，为了减少计算 的综合传热的表观效果通常用有效导热系数来描 量 ，从中抽取如图 1虚线所示单元体结构进行分 述 。有效导热系数是衡量隔热材料隔热性能的一 析 。 个主要参数，常用的方法有实验测量和理论模型 预测。 随着 电子计算机的迅速发展、推广和普及 以 及计算方法的进步，数值模拟方法的应用范围、规 模、解题速度和精确度都有很大的进展 ，而且节省 人力物力 ，成为求解复杂传热问题的有效手段 ，越 来越受到科技工作者的青睐 。针对多孔材料导热 系数的预测 ，BakkerE1]使用有限元法计算 了多孔 ^ 材料的导热系数 ，并探讨 了二维模拟结果与三维 图1 几何模型 模拟结果之间的联系；梁基照[2等用商业软件 Fig．1 Geometricalmodel Ansys对中空微球填充 PP复合材料的导热系数 氧化锆空心球 隔热材料 内传热过程包括球 进行了数值模拟分析，并研究了填充量对导热系 壳的导热，球内气体的导热、自然对流和辐射以及 数的影响。 球外气体的导热、自然对流和辐射，当热量从热表 本文用 Star—CD软件 ，对氧化锆空心球状隔 面经过隔热材料时，在冷表面与环境空气进行 自 热材料的导热系数进行数值模拟计算，分析气孔 然对流换热，将各部分的传热数学描述为 率、气孔尺寸、辐射、对流等对导热系数的影响，为 连续方程 ： 隔热材料 的导热系数预测提 出一个行之有效 的 收稿 日期 ：2006—11—3O； 修 回日期 ：2007—01—12． 基金项 目：国家 自然科学基金资助