第30卷第7期北京科技大学学报Vol.30No.72008年7月JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijingJul.2008描述微纳米多孔复合绝热材料的单元体传热模型魏高升1)张欣欣2)于帆2)1)华北电力大学能源与动力工程学院,电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,北京1022062)北京科技大学机械工程学院,北京100083摘要根据硬硅钙石-气凝胶复合绝热材料的微观结构特点,建立了描述材料内气固耦合导热的三维单元体传热模型.通过模型计算对硬硅钙石型硅酸钙、气凝胶及硬硅钙石-气凝胶复合绝热材料的导热系数进行了对比研究.结果表明:硬硅钙石型硅酸钙密度是影响复合绝热材料有效导热系数的关键因素,而气凝胶密度的影响不大;在高温下,复合绝热材料的导热系数要明显低于硬硅钙石型硅酸钙及二氧化硅气凝胶的导热系数.关键词有效导热系数;纳米孔绝热材料;硬硅钙石型;硅酸钙;气凝胶;多孔介质分类号TB332;TK121Unitcellmodelformicro,nano2porouscompositeinsulationmaterialWEIGaosheng1),ZHANGXinxin2),YUFan2)1)SchoolofEnergyandPowerEngineering,KeyLaboratoryoftheMinistryofEducationofChinaforConditionMonitoringandControlofPowerPlantEquipment,NorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing102206,China2)SchoolofMechanicalEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijing,Beijing100083,ChinaABSTRACTBasedonthemicrostructurefeaturesofxonotlite2aerogelcompositeinsulationmaterial,athreedimensionalunitcellmodelwasdevelopedforthecoupledheattransferofgasandsolidinthematerial.Theeffectivethermalconductivitiesofxonotlite2typecalciumsilicate,aerogelandxonotlite2aerogelcompositeinsulationmaterialwerecomparedbymodelcalculation.Theresultsshowthatthedensityofxonotlite2typecalciumsilicatehasgreatinfluenceontheeffectivethermalconductivityofxonotlite2aerogelcompositeinsulationmaterial,butthedensityofaerogelhaslittleinfluence.Theeffectivethermalconductivityofxonotlite2aerogelcompositeinsulationmaterialisapparentlylowerthanthoseofxonotlite2typecalciumsilicateandaerogelatanelevatedtemperature.KEYWORDSeffectivethermalconductivity;nano2porousinsulator;xonotlite2type;calciumsilicate;aerogel;porousmedia气凝胶是具有独特的开放性纳米级多孔结构的有优良绝热性能的复合型绝热材料,硬硅钙石-气非晶体材料,具有密度低(最小可达3kg·m-3)、导凝胶复合绝热材料就是其中的一种.将气凝胶与超热系数小、比表面积高(200～1000m2·g-1)、折射率轻硬硅钙石型硅酸钙进行复合可望得到既具有优良低等特征.室温常压下粉末气凝胶的总导热系数小绝热性能又具有一定强度的纳米孔超级绝热材于0102W·m-1·K-1,块状气凝胶的总导热系数要料[3-5].研究该类材料中的传热机理,对于硬硅钙小于01014W·m-1·K-1,远低于无对流空气的导热石-气凝胶复合绝热材料的开发和设计具有重要的系数,是典型的纳米孔超级绝热材料,应用前景广指导意义.笔者在前期工作中分别对硬硅钙石型硅阔[1-2];但多数气凝胶强度较低、脆性大,