纳米隔热材料在板坯加热炉水梁中的应用研究

针对新型纳米绝热保温材料在高温板坯加热炉的应用,开展了传统水梁包扎方式与新型纳米隔热包扎方式的对比研究。通过数值仿真分析对不同方案隔热效果及温度分布进行了预测,并搭建水冷实验系统对采用不同包扎方式的水梁散热量进行测试分析。测试结果表明随着炉温逐步升高,纤维隔热材料的导热系数快速上升,常规纤维隔热水梁散热快速增加,而纳米隔热材料的导热系数增加较小,故此纳米隔热水梁的散热增加较为缓慢,两种方案散热量的差距随着炉温升高而逐渐增大。在此基础上开展了工程应用,应用效果与数值仿真及实验研究数据吻合良好。工程应用对比结果表明,纳米隔热水梁相对传统水梁包扎方案可实现水梁区域能耗降低25%,具有较好的经济和生态效益。

建筑工程中的新型纳米隔热材料研究

纳米隔热材料在建筑工程中的应用,不仅能使建筑结构更加稳定,还可以使建筑物整体质量得到保障。为此,必须加强对纳米隔热材料的研究,结合具体情况选择合适的纳米隔热材料应用到建筑工程中。文章对纳米隔热材料在建筑工程中的应用进行了分析和研究,希望对促进我国建筑工程事业的发展起到积极作用。

新型气凝胶纳米隔热材料在水泥生产线的应用实践

采用新型纳米隔热气凝胶毡、气凝胶板在5000t/d水泥生产线三次风管区域进行示范应用。通过总结气凝胶纳米隔热材料的制备及性能,对比使用气凝胶材料前后水泥窑三次风管设备表面温度变化,以及气凝胶材料与普通隔热材料在施工方案、隔热层厚度、隔热性能方面的差异,阐明了气凝胶纳米隔热材料在更薄铺设条件下,能够展现出更优的隔热性能,可有效降低水泥窑设备壳体表面温度及散热量,为水泥行业节能降耗提供了新的路径。

建筑工程中的新型纳米隔热材料研究

建筑隔热在能源节约和环境保护方面具有重要意义,寻找一种具有优异隔热性能且体积小巧的新型材料成为研究的热点。新型纳米隔热材料由于其独特的尺寸效应和界面效应,在隔热领域展现出了广阔的应用前景。文章旨在探讨新型纳米隔热材料,分析其经济与环境效益,通过研究希望为建筑节能和可持续发展提供新的思路和解决方案。

多层反射纳米隔热材料的制备及性能研究

制备了超薄纳米隔热材料和高反射金属箔,并组合成多层反射纳米隔热材料。结果表明:制备的超薄纳米隔热材料表面平整、厚度小于0.5 mm,材料的孔和粒径为纳米尺度;制备的金属膜结构紧密,厚度满足设计要求,在中心波长附近平均反射率高于95%。典型多层反射纳米隔热材料室温热导率为16 mW/(m.K)。

纳米隔热材料的热导率变化规律

为认识和掌握纳米隔热材料的热导率变化规律,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源、炭黑为遮光剂、石英纤维为增强体,采用溶胶-凝胶工艺结合超临界干燥技术制备了纳米隔热材料,并采用热导率测试仪、N_2吸附-脱附、SEM、激光粒度仪对材料进行了表征。测试结果表明:未添加炭黑的材料常压热导率随表观密度的变化以203 kg/m^3为分界点,分界点之前随表观密度的增大线性降低,分界点之后则随表观密度的增大线性升高,并且后一阶段较前一阶段变化快。孔隙率相同时,常压热导率随炭黑含量的增加先降低后稍有升高,极限真空热导率逐渐降低,而常压条件下的气相热导率增大。在半对数坐标系中,气相热导率随环境气压的下降而降低,并且依据降低速率可以划分为三个阶段,101.325～30 kPa之间下降最快,且变化值约为6 mW/(m·K);30～0.1 kPa之间下降较快,且变化值约为2 mW/(m·K);0.1～0.01 kPa之间下降最慢,且基本可以忽略不计。材料常压热导率最低值为16.62 mW/(m·K),添加5wt%的炭黑后可以进一步降低至14.50 mW/(m·K)。

纳米隔热材料热辐射特性的理论计算

高温下纳米隔热材料内热辐射的影响将显著增强,其热辐射特性对热辐射传热有很大影响。为了认识高温纳米隔热材料的热辐射特性,采用Mie理论建立了掺杂纤维增韧剂和遮光剂的纳米隔热材料热辐射特性理论计算方法,编写了纳米隔热材料热辐射特性计算程序,对某纳米隔热材料的热辐射特性进行了理论研究,得到了光谱衰减系数、光谱散射反照率以及全光谱平均辐射特性参数及散射相函数。理论模拟结果表明:在3～9.5μm波长范围内,纳米隔热材料对热辐射具有强烈的衰减作用,对3～7μm的热辐射呈现强烈的散射特征,对7～9.5μm的热辐射,随波长增大散射特征逐渐减弱,对9.5μm的热辐射呈现较强的吸收特征。在300～1 300 K,该纳米隔热材料全光谱平均衰减系数>5×104 m-1,平均散射反照率>0.96,具有较强的前向散射特征,这些特征来源于遮光剂粒子,增韧剂影响很小。

纳米隔热材料在舰船上的应用前景

概述了舰船隔热保温材料的种类及优缺点,特别介绍了具有广阔应用前景的纳米隔热材料及其性能特点,并通过分析国外纳米隔热材料在舰船上的应用现状及国内研究基础,展望了纳米隔热材料在国内舰船上的应用前景。

湿热、盐雾和霉菌对氧化铝纳米隔热材料的性能影响

以氧化铝纳米隔热材料为研究对象,开展了湿热、盐雾和霉菌对材料的性能影响研究。结果表明:湿热环境下,密度为0.45 g/cm3的材料室温下热导率由0.031 W/(m·K)增加到0.047 W/(m·K);盐雾环境下,热导率由0.031 W/(m·K)显著增加到0.136 W/(m·K);霉菌环境下,热导率基本保持不变为0.031 W/(m·K)。分析了材料表面与上述环境的相互作用,发展了材料表面防潮技术。经防潮后的氧化铝纳米隔热材料疏水性显著提高,接触角均超过90°。再经贮存环境试验考核,发现材料基本不受湿热、盐雾和霉菌的影响。

纤维型纳米隔热材料的研制

以纳米填料改性环氧树脂为基体,空心微珠和有机纤维为隔热填料,采用湿法缠绕工艺制备了纳米隔热材料.结果表明,F12型纳米隔热材料的隔热性能最佳,其热导率(20～150℃)为0.23～0.28 W/(m·K),且随着温度的升高而增加.此外,隔热材料在150℃下加热100s后,背壁温度不超过50℃.

纳米隔热材料透-反射光谱测量及辐射物性反演

基于辐射传递求解的改进二流近似和全局智能优化的遗传算法,结合材料的法向-半球反射率和透过率,构建了纳米隔热材料吸收系数和散射系数的辨识模型。采用文献中报道的两种玻璃的辐射物性参数数据数值验证了辨识方法的可靠性。实验测量了纳米隔热材料法向-半球透过率和反射率数据,辨识获得材料在0.4~7.0μm波段的吸收系数和散射系数。研究表明:(1)构建的辨识方法能准确辨识材料的吸收和散射系数;(2)在0.4~7.0μm内,材料的吸收系数介于70~3900 m^-1,散射系数在180~3000 m^-1之间,不同波长下数值差异大,呈现强烈的光谱选择性;(3)在2.5μm以下材料内散射所占份额较大,在2.5μm以上吸收明显占优,整体上呈现出强吸收、弱散射特征。

轻质刚性纳米隔热材料的制备与性能

针对高马赫数飞行器局部位置对刚性隔热材料的迫切需求,开展了轻质刚性纳米孔隔热材料的制备和性能研究。通过纤维分散、模压成型和纳米颗粒复合技术,成功制备出力学性能优良的刚性纳米孔隔热材料。研究了材料组成与力学性能、隔热性能和微观结构的关系。结果表明,采用刚性骨架增强的纳米孔隔热材料是相同密度下纤维毡增强隔热材料压缩强度的两倍;温度越高,隔热材料的压缩强度变化就越大。

可焓变纳米隔热材料的数值模拟和试验研究

在纳米隔热材料中增加相变或热解吸热的可焓变组分,可以显著增加纳米隔热材料的吸热能力,提升飞行器热防护结构的隔热时长。针对纳米隔热材料的孔隙内焓变量以及产物动态扩散速率难以准确测量的问题,开展了基于分子动力学的纳米孔隙内焓变与传输过程的仿真计算与样件测试,分析纳米孔隙的尺度对焓变过程的影响。结果显示,小孔径(小于4nm)的孔隙会对显著影响相变产物的聚集态和产物扩散行为,提升相变产物由固态/液态到气态的相变点和对水蒸气的阻碍作用。同时纳米隔热材料的热导率与石英灯背温测试结果显示,存在可焓变组分的最佳粒径,使隔热性能达到最优,为进一步提高纳米隔热材料的隔热性能提供了一种思路和方法。

基于物理模型的纳米隔热材料导热系数预测方法

为了提高纳米隔热材料的导热系数预测能力,文章提出一种基于稳态法和非稳态法结合的物理模型下纳米隔热材料导热系数预测方法。根据导热传热热流密度的大小进行物理模型下纳米隔热材料的导热特性分析,采用DRP-4型导热系数测定仪稳态条件下的热流密度和边缘绝热系数,利用稳压电源加热主加热器进行纳米隔热材料导热系数的动态跟踪测试,当稳定导热已经建立后,根据测试结果采用稳态法和非稳态法进行导热系数的联合预测。测试结果表明,采用该方法进行纳米隔热材料导热系数预测的准确度较高,可靠性较好。

纳米隔热材料和微晶陶瓷板在烟室及烟室缩口改造中的应用

在烧成系统提产降耗的优化改造中,烟室缩口在不结皮的情况下已经限制了系统的提产降耗,再加上结皮,缩口通风面积更显不足。另外,烟室和烟室缩口原有的隔热材料性能不好,外壳表面温度高,存在较高的散热损失。针对此情况,EB水泥公司在2500 t/d生产线烧成系统的烟室及烟室缩口的耐火衬里的最热面采用了一种抗结皮微晶陶瓷板来解决结皮甚至堵塞问题,在冷面采用了一种新型纳米隔热材料来解决烟室和烟室缩口外壳表面散热过多的问题和耐火衬里过厚的问题。改造为烧成系统稳定实现日产熟料3300 t、吨熟料标煤耗降低5 kg以上创造了条件。

低导热耐火砖及纳米隔热材料在水泥生产中的应用

分析对比了常规耐火砖与低导热耐火砖的理化指标,介绍了纳米隔热材料在预分解系统的应用情况。实践表明,低导热耐火砖导热系数低、强度高、重量轻,可显著减少烧成系统的热损失,减轻回转窑的运转负荷,节省电能消耗;纳米隔热材料在实际使用中的保温隔热性能明显优于普通硅酸钙板。

新型纳米隔热材料在4500 t/d水泥生产线上的应用

介绍了在C4、C5、C6、分解炉、烟室、三次风管、窑头罩部位采用新型的纳米级微孔隔热材料的施工方案及使用效果,使用结果显示,采用纳米级微孔隔热材料可以有效降低设备外壳温度,减少热损失。鉴于水泥磨滑履易出现高温,在此部位也采用了纳米级微孔隔热材料,运行中避免了水泥磨滑履部位的高温现象。纳米级微孔隔热材料将是水泥窑烧成系统隔热节能的一个发展方向。

纳米隔热材料的孔隙结构特征与气体热传输特性

为研究纳米隔热材料孔隙结构内部的气体热传输特性,采用溶胶—凝胶工艺结合超临界干燥技术,制备了一系列具有不同孔隙结构特征的样品,通过热导率、氮气吸-脱附和真密度测试,全面、准确获取了其孔隙结构信息,并专门、系统研究了孔隙结构特征与气体热传输特性之间的关系.研究结果表明:与气相贡献热导率相对应,材料具有双尺度孔隙结构特征,并且当大孔隙尺度不及小孔隙的10倍时,可进一步等效为单尺度孔隙.考虑气固耦合传热的本征气相贡献热导率随孔隙尺度的增大而升高,与气相热导率变化类似且成一定的比例关系,孔隙尺度小于200 nm和大于500 nm时的比例系数分别为2. 0和1. 5,200~500 nm时则为2. 0~1. 5.当大、小孔隙尺度的比值不超过10时,或者这一比值为100~1000且大孔隙含量低于10%时,气相贡献热导率随环境气压的降低依次呈现快速下降、缓慢下降和无变化三个阶段;当这一比值超过3000时,即使大孔隙含量很低(不超过10%),气相贡献热导率也会依次呈现快速下降、缓慢下降、快速下降和无变化四个阶段.

液体介质处理对纳米隔热材料细观结构的影响

为研究液体介质处理对纳米隔热材料细观结构的影响,并掌握材料结构对毛细管力的承受性,将纳米隔热材料分别在无水乙醇和去离子水中进行了浸泡和常温常压干燥处理。采用热导率测试结合SEM、N2吸附-脱附、光学显微镜等对材料处理前后的细观结构进行了表征,并以Kaganer双孔模型对气相热导率随环境气压的变化进行了描述。研究结果表明,材料固体骨架颗粒尺度和孔隙结构均不受无水乙醇处理的影响;去离子水处理后的材料固体骨架颗粒尺度虽未改变,但颗粒之间的接触面积有所增大,并且孔隙结构发生了两极分化,一部分变大,另一部分变小;处理前以及无水乙醇处理后,材料的孔隙结构均可以等效为70nm和300nm两种尺度的典型孔隙,占比分别约为81%和19%,而去离子水处理后的材料孔隙结构需要等效为30nm和60μm两种尺度的典型孔隙,占比分别约为58%和42%。

纳米超级隔热材料及其最新研究进展

从分析纳米隔热材料的传热机理入手,指出微米/亚微米孔隙结构特征是决定其是否具有"超级隔热"性能的关键因素。以常温常压下热导率0.02 W/m.K为目标,利用理论计算方法获得了纳米超级隔热材料大孔孔隙尺寸及其所占体积分数的最大容限,并采用SiO2纳米隔热材料的测试结果进行了验证。以满足1 000℃以上使用要求作为目标,制备了1 200℃下结构稳定性良好的SiO2-Al2O3复合纳米超级隔热材料,采用自行研制的超低热导率测试样机对不同温度和压力条件下的热导率进行测试,并与石英灯加热法测评试样热导率的实验结果进行了对比。最后提出了本领域存在的其它难题,展望了纳米超级隔热材料的未来发展潜力。