论文部分内容阅读
我国是一个能源消耗大国,随着全球不可再生能源日益匮乏,对于能耗较高的钢铁、水泥、玻璃、陶瓷、电力等行业的工业窑炉而言,在窑炉上使用高效的隔热保温材料是节约现有能源、提高能源利用效率、降低能耗最直接有效的途径。微孔粉体隔热材料具有微粉与纤维复合堆积而成的多孔结构,经真空封装后制成的真空隔热材料具有更加优良的隔热保温性能,是一种具极具应用潜力的隔热材料。本文以SiO2/Al2O3微孔粉体为基体,以Zr O2纤维为增强纤维、TiO2粉为遮光剂,采用干法成型工艺进行混合、压制成型,然后经由铝箔真空封装制成微孔粉体真空隔热材料。并深入探讨了芯材密度、TiO2添加量和真空度对SiO2/Al2O3复合微孔粉体真空隔热材料性能的影响;以及温度对微孔粉体真空隔热材料导热系数的影响。此外,本文还搭建高温试验炉对实验制备的SiO2/Al2O3复合微孔粉体真空隔热材料的隔热性能进行评估,并利用COMSOL软件对试验炉的稳态传热进行仿真分析,对微孔粉体真空隔热材料的效果进一步分析。得到的主要结论如下:(1)不同密度的复合微孔粉体隔热材料真空封装后其导热系数的变化程度不同。真空封装后隔热材料导热系数的降低程度随着密度的增加先增加后减小,芯材密度为0.62g/cm3时真空封装对隔热材料导热系数的影响最为明显,导热系数从0.063W/m·K降低为0.054W/m·K。(2)TiO2添加量对微孔粉体隔热材料真空封装前后导热系数的影响表明:TiO2添加量为5wt%时真空封装对试样的导热导热系数影响程度最大,从封装前隔热材料的导热系数为0.060W/m·K降低到封装后的0.045W/m·K,降低程度为25.0%;随着TiO2含量从5%增加到15%,真空封装对试样导热系数的影响程度越来越小,由25.0%降至13.3%。(3)真空度对微孔粉体真空隔热材料导热系数的影响表明:随着真空度的提升,试样的导热系数呈现逐渐降低后趋于平缓的趋势,真空封装合适的真空度为1.5k Pa。(4)温度对微孔粉体隔热材料真空封装前后导热系数的影响表明:200°C时真空封装对试样的导热系数影响最大,降低程度为25.0%,但是在400°C和600°C时封装的真空结构已经受到破坏,试样的导热系数只是略微降低了5%左右。(5)隔热材料在高温试验炉中的应用对比可知:隔热材料为微孔粉体真空隔热材料时高温试验炉的冷面温度只有128°C,冷面散热量仅为53W;而同等条件下硅酸铝隔热纤维为隔热层时冷面温度为272°C,散热量为80W。结果表明微孔粉体真空隔热材料的隔热效果更为显著。通过COMSOL软件对高温试验炉的传热进行仿真分析,研究了复合微孔粉体真空隔热材料对高温试验炉温度场分布的影响,验证了微孔粉体真空隔热材料优良的保温隔热效果。