气凝胶是已知密度和热导率最低的材料,要利用纤维的掺杂来增强强度,遮光剂的掺杂来阻止高温辐射,制备成气凝胶-纤维-遮光剂隔热复合材料。但由于材料的复杂构型,本文改进了计算氧化铝气凝胶-氧化铝纤维-遮光剂复合材料的传热理论模型,为材料设计提供理论依据。本文通过理论机理对氧化铝气凝胶-氧化铝纤维-遮光剂复合隔热材料的传热进行研究,主要内容包括四部分:基于氧化铝气凝胶二次颗粒堆积的近真实结构,建立了不仅考虑氧化铝气凝胶颗粒的纳米尺度效应,且考虑温度和颗粒内部结构影响的导热理论模型;选取了获得遮光剂、氧化铝纤维和氧化铝气凝胶光学特性的求解模型。根据所要研究材料的复合折射系数、尺寸等参数,采用该套模型计算辐射特性;基于氧化铝气凝胶复合隔热材料各热导率传热机理模型,包括氧化铝气凝胶材料的纳米尺度、氧化铝纤维、遮光剂的微米尺度和气体的传热模型,建立了复合隔热材料整体隔热性能的构效关系模型;研究分析了复合材料辐射特性和整体热导率受纤维和遮光剂体积含量、倾斜角度和尺寸等参数的影响,指导材料的设计。综上,本文针对研究对象进行了传热机理理论研究和隔热性能验证,建立了解析法模型,为材料的设计提供有效的理论支撑。主要结论如下:本文改进的气固耦合模型预测的气凝胶理论有效气相热导率与实验结果吻合得很好。同时复合材料整体热导率的理论预测数值与实验数据随温度和压力变化情况相一致,这也表明了理论模型在预测氧化铝气凝胶复合绝缘材料传热方面的有效性;随着遮光剂、纤维体积分数的增加,抑制了辐射传热,但增加了导热,总热导率先降低后增加。获得对应于总热导率最低的添加剂最佳掺杂体积分数。对于氧化铝气凝胶-氧化铝纤维-遮光剂复合材料,遮光剂最佳掺杂体积分数大约为5%,氧化铝纤维最佳掺杂体积分数大约为20%;氧化铝纤维直径和遮光剂粒径显著影响隔热性能。氧化铝纤维直径和遮光剂粒径越小,材料隔热性能越好。考虑到材料强度,直径不能太小;遮光剂铺展在纤维表面上形成复合材料的制备方法比纤维遮光剂随机分布所得到的平均消光系数更高,可以使材料的隔热性能更好。复合材料的制备可尝试使用该方法。