隔热内管对中深层地热井同轴换热器换热性能的影响

中深层地热井同轴换热器作为地下换热系统的重要组成部分,其性能优劣直接决定了地热能开发效率和取热效果。通过现场试验和数值模拟,研究了隔热内管与中深层地热井同轴换热器换热性能的关系并分析了内管隔热长度和隔热方案对同轴换热器出水温度和取热功率的影响。结果表明,将导热系数为0.06W/(m·K)的真空气凝胶隔热钢管作为内管时,同轴换热器短期取热功率为1506.83kW。对于3500m深的地热井,内管隔热性能要求随井深增加而降低,0~1400m段的隔热性能对整体换热效果影响较大,增大管内流量可减小内管有效隔热长度。

膨胀型钢结构防火涂层隔热性能的研究进展

隔热性能的准确量化是防火涂层厚度设计的关键。膨胀型钢结构防火涂层的隔热性能在高温下受升温速率的影响,投入使用后其隔热性能会发生退化,这些特点给膨胀型钢结构防火涂层的厚度设计提出了挑战。总结了膨胀型钢结构防火涂层隔热性能的定量表征方法,分析了隔热性能的影响因素以及这些因素的作用机理和规律,提出了膨胀型钢结构防火涂层厚度设计涉及的关键科学问题及解决方法。

数据驱动的中温隔热陶瓷管件结构优化设计及性能评估

随着中温区电加热的电子产品和家电用品不断涌现,低成本的高效保温隔热材料研究日益成为热点。如何确保管路内部快速升温并避免外表温度大幅波动,有效提高能源利用率,是保温隔热材料领域的挑战。据此,本研究以低熔点玻璃助烧结的镁橄榄石、莫来石、珍珠岩和磷酸锌等复合物陶瓷为对象,从数据驱动的壁内多孔结构隔热管件优化设计出发,开展陶瓷隔热管件三维打印制造,通过显微结构和力学性能分析,并围绕管件的导热、隔热影响因素评估,系统考察了该类新型隔热管件的理化、力学和隔热性能及影响关系。结果表明,通过对沿管壁环绕的矩形大孔高度调控(400~1 200μm)、管腔内热源区的管壁倍增(1.2 mm×2 mm)以及有机微球造孔剂引入(~9%),同时通过烧结温度控制(700~750℃),可以显著改善热流出口区的温度水平(~20℃),并显著优于不锈钢真空隔热管的出口温度。研究结果表明,增材制造复合陶瓷管件具有优良的综合性能以及较低的原料成本,使得多孔陶瓷隔热管件在中温隔热领域具有广阔的应用前景。

“结构-隔热”一体化墙体粮食侧压力下力学性能影响因素分析

“结构-隔热”一体化墙体是一种新型粮食平房仓构件.为研究墙体参数对其在粮食荷载作用下的力学性能影响,通过有限元模拟分析,探究了连接件的直径、间距、墙体厚度及保温板厚度对墙体挠度、应力的影响.结果表明:在常用范围内,连接件直径及墙体厚度对“结构-隔热”一体化墙体的挠度和应力影响较为显著,连接件的间距及保温板的厚度影响较小.墙体挠度随连接件直径的增大而减小,但易出现应力集中、突变现象.墙体挠度随墙厚度的增大而减小,且内外叶墙单独受力,内叶墙在一定范围内越厚使连接件扭曲越小,对结构越有利.研究成果为“结构-隔热”一体化墙体在实际工程中的设计及优化提供参考.

寒区隧道防冻保温层隔热作用机理及其厚度影响因素研究

针对寒冷地区公路隧道防冻保温层表面铺设,共设置了21组计算工况,通过对年周期下隧道防冻保温层、衬砌结构和围岩沿径向温度场变化以及各工况所需的防冻保温层厚度进行数值模拟计算,研究隧道防冻保温层隔热作用机理及其所需厚度的影响因素。结果表明:防冻保温层隔热作用显著,主要体现在使隧道衬砌结构和围岩年温度振幅降低上,同时年平均温度也有一定升高;随着防冻保温层铺设厚度增大,隧道衬砌结构和围岩年平均温度和年温度振幅分别呈指数函数升高和降低,相应的年最低温度也呈指数函数升高,防冻保温层厚度越大,隔热效果越好,但是隔热效率不断降低;围岩导热系数越大,导温系数越小,防冻保温层隔热效果越显著;防冻保温层所需厚度随围岩导热系数和围岩初始温度升高呈指数函数减小,随围岩导温系数升高呈对数函数增加,随年平均气温和年温度振幅升高分别呈线性减小和增加,防冻保温层厚度应综合考虑以上各因素进行计算确定。

夏热冬冷地区居住建筑辐射型反射隔热涂料节能设计方法研究

辐射型反射隔热涂料在夏热冬冷地区居住建筑中的应用案例越来越多,其节能设计方法备受关注。等效热阻法是目前反射隔热涂料热工设计的标准方法,但相关文献研究指出,涂覆于非透明材料上的隔热涂料应采用太阳光直接反射比作为隔热评价指标,不宜用等效热阻来评价。通过上海某6层住宅建筑探讨了夏热冬冷地区居住建筑外墙采用辐射型反射隔热涂料的节能效果及其传热系数、太阳辐射吸收系数和表面发射率之间的关系,对比分析了采用参数直接计算与等效热阻法计算能耗结果,结果表明:1)辐射型反射隔热涂料隔热机理与反射隔热涂料差异明显;2)辐射型反射隔热涂料节能效果不适宜采用等效热阻法进行节能效果评价;3)辐射型反射隔热涂料墙体冬季保温热阻设计应充分考虑其对墙体温度的负面影响。

聚丙烯/玻璃纤维复合泡沫的制备及隔声隔热性能

以二缩三丙二醇二丙烯酸酯(TPGDA)和苯乙烯(St)为单体,过氧化二异丙苯(DCP)为引发剂,玻璃纤维(GF)为填料,通过熔融共混法和模压发泡法制备了聚丙烯(PP)/GF复合泡沫,利用PP分子上熔融接枝形成的TPGDA-St共聚物长链支化结构作为相容剂,促进GF在PP基体中的分散,通过GF与TPGDA-St共聚物长链支化结构的协同作用,有效改善PP熔体和复合泡沫的性能。研究了支化结构相容剂和填料用量对PP熔体强度、热稳定性、结晶性能以及复合泡沫微观形貌、隔热性能、声学性能、力学性能的影响。结果表明,TPGDA-St共聚物长链支化结构相容剂能够有效促进GF在PP基体中的分散,强化界面相互作用,形成较为完善的填料网络,显著提升了PP的熔体强度、发泡性能和结晶性能。当GF用量为10份时,PP/GF复合泡沫的泡孔均匀、形状规则、压缩性能良好,具备优异的隔声性能和隔热性能,平均声音传输损耗达到59.7 dB,相较于纯PP泡沫提高了84.8%,导热系数低至0.055 W/(m·K),相较于纯PP泡沫降低了65.6%。

超薄透明芳纶纳米纤维气凝胶膜的制备及隔热性能

为实现废弃芳纶高品质资源化利用,结合浸没沉淀相转化和冷冻干燥法,利用废弃芳纶成功制备了柔性、透明且隔热的芳纶纳米纤维(ANFs)超薄气凝胶膜。优化了ANFs气凝胶膜成型工艺,并借助FESEM、BET、FTIR、UV-Vis、TG及FLIR对所制ANFs薄膜的微观形貌、化学结构、透光性及热学性能进行分析。结果表明:ANFs被成功剥离,平均直径为18.32 nm;所制ANFs气凝胶膜成型良好,具有三维网络结构,其比表面积和孔隙率分别达52.73 m^(2)/g和92.43%;ANFs气凝胶膜具有超高的透明性和防紫外性(紫外透过率接近0%),在500~780 nm范围内透过率均大于70%,最高达90.70%;此外,所制ANFs气凝胶膜热稳定性良好,具有优异的隔热性能和柔性,四层薄膜隔热温差达28℃。该超薄透明ANFs气凝胶膜制备工艺简单且成本低,具有透光、防紫外及隔热特性,在防护膜领域具有广阔的应用前景。

PET复合纤维的制备及其隔热性能

为改善聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维的保温隔热性能,使用熔融纺丝工艺制备具有保温隔热性能的PET/二氧化硅气凝胶(SA)/气相SiO2(FS)复合纤维,并用NaOH溶液对纤维进行碱处理,以在纤维表面形成孔隙;采用SEM、XRD、TG、DSC和导热系数仪等表征技术对复合纤维进行了表征,探究了碱处理时间对纤维表面形貌、拉伸强度、导热系数等物化性质的影响。结果表明:碱处理之后的PET/SA/FS复合纤维表面出现孔隙,断裂强度降低24.5%;热导率从纯PET纤维的0.0894 W/(m·K)最低降低到PET/SA/FS复合纤维的0.0400 W/(m·K),降低了55.3%,从而显著提高了纤维的保温隔热性能。

高温环境下烧蚀热防护结构隔热性能测试方法

目的建立高精度的烧蚀热防护结构隔热性能测试方法。方法分析烧蚀热防护结构地面热试验特点,设计烧蚀热防护结构隔热性能试验方案,提出考虑地面热损失的高精度热载荷模拟方法。采用自研模块化石英灯加热器作为加热装置,设计可重复使用夹具封装试验件和热流计,建立烧蚀热防护结构隔热性能测试装置。结果成功完成了典型烧蚀热防护结构隔热性能考核试验,获得了结构在瞬态和稳态热流条件下的背温数据,试验装置运行稳定可靠,可有效消除热边界效应,保证热流长时测控。试验结果验证了试验边界条件模拟的可重复性、热场均匀性以及良好的控制精度。结论有效解决了烧蚀热防护结构受热后产生明火、浓烟而导致的高温环境模拟难题,为烧蚀热防护结构材料筛选及结构定尺寸设计提供了高精度测试方法。

天津地区住宅建筑屋面通风隔热效果实测研究

为了解通风隔热屋面在北方寒冷地区的夏季降温效果,分别对天津某一小区内一栋通风隔热屋面住宅与一栋常规平屋面住宅的屋面温度及对应顶层的自然室温进行对比测试。结果显示,测量期间,相比常规屋面,建筑通风隔热屋面建筑屋面温度平均降低约14.3℃,屋面温度低于对应顶层自然室温时间比例由59.5%提高到81.7%,对应顶层自然室温平均降低0.58℃,表明通风隔热层在北方寒冷地区应用具有可行性。

超深井控温钻井隔热涂层参数影响机制研究

为揭示隔热涂层对超深井井筒温度场的影响规律,针对隔热涂层与钻杆的导热特点,采用传热热阻形式计算钻杆的综合传热系数,构建了考虑钻杆内隔热涂层影响的超深井井筒–地层瞬态传热模型,并采用有限差分法对模型进行离散,利用高斯–赛德尔算法进行迭代求解。通过理论分析和现场数据验证了模型的准确性。研究发现,钻杆内隔热涂层的导热系数对井底循环温度影响显著,随着导热系数减小,井筒环空温度迅速降低,出口温度升高;隔热涂层的厚度和长度对井筒温度也有重要影响,隔热涂层厚度越大,井底循环温度越低。这些发现为超深井钻井过程中井筒温度的调控和隔热钻杆参数的优选提供了重要理论依据。

低品位蓝晶石制备锂离子电池窑炉用莫来石轻质隔热材料

为实现对低品位蓝晶石的综合利用,以低品位蓝晶石、α-Al_(2)O_(3)微粉和黏土为主要原料,在10 MPa下机压成型,分别经1450和1500℃保温3 h热处理,通过燃尽物法制备了莫来石轻质隔热材料。研究了黏土加入量(加入质量分数分别为5%、10%、15%、20%)和热处理温度(1450、1500℃)对试样体积密度、显气孔率、常温耐压强度、热导率以及抗锂离子电池正极材料侵蚀性能和显微结构的影响。结果表明:黏土的引入促进了试样的致密化和莫来石化反应,提高了试样体积密度、热导率和强度,添加20%(w)黏土的试样经1450℃烧后物理性能最佳,其体积密度为0.88 g·cm^(-3),常温耐压强度为21.0 MPa,热导率为0.25 W·(m·K)^(-1);当热处理温度为1450℃,黏土加入量为10%(w)时,试样具有较好的抗锂离子电池正极材料侵蚀性能。

(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的制备与表征

利用磁控溅射技术制备由金属(Ag,Cu)膜、介质层TiO_(2)膜组成的双层汽车玻璃隔热膜样品。利用单因素分析法考察了溅射时间、溅射功率和Ar溅射流量三个因素对(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜透光隔热性能的影响。实验结果表明,在在本底真空度3×10^(-3) Pa,溅射气压2.1 Pa条件下,靶基距均为70 mm时,金属(Ag,Cu)膜溅射时间18 s,溅射功率80 W,Ar溅射流量20 sccm;介质层TiO_(2)膜溅射时间50 min,溅射功率115 W,溅射流量25 sccm时,(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的透光隔热性能最佳。

一种基于Al_(2)O_(3)/SiC气凝胶的热防护系统隔热性能研究

飞行器再入大气层时,高速气流的冲刷作用会在其表面产生极高热流密度和压力,这种双重载荷可能对飞行器的结构材料造成严重的热损伤,甚至导致飞行事故。针对该问题,文章设计了以Al_(2)O_(3)/SiC复合气凝胶作为隔热层的轻质三明治结构热防护系统,并通过氧−乙炔烧蚀试验对典型高温条件下该热防护系统的隔热性能进行测试,结果显示:热防护系统的线烧蚀率和质量烧蚀率随隔热层厚度的增加而逐渐减小,当系统厚度为14 mm时,线烧蚀率和质量烧蚀率分别为0.0019 mm·s^(-1)和0.0031 g·s^(-1),且烧蚀形貌整体性较好,说明热防护系统具有优异的隔热及力学性能。同时,通过有限元仿真方法对热防护系统进行热力耦合分析,对烧蚀试验结果进行了验证。

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。

内埋可变导热管建筑顶面隔热层节能分析

为减少室内空调能耗,文中对目前广泛使用的在建筑顶面之上铺制隔热层的建筑节能方法做进一步优化。文中以北京地区某建筑为例进行计算分析发现,隔热层的高热阻在夜间不利于建筑顶层白天积累的热量向外界排散。为在夏季夜间减小隔热层热阻,加速建筑顶层白天积累热量的排散,提出一种内埋可变导热管的建筑顶面隔热层,即在建筑顶面隔热层内间隔一定距离埋制可变导热管。夏季白天工况,可变导热管不启动,为高热阻状态;夏季夜间工况,可变导热管传热能力强,减小了隔热层热阻,加快了夜间建筑顶层结构热量的向外排散,计算结果表明,按照间隔0.3m铺制可变导热管的隔热层比铺制普通隔热层的空调制冷量下降15.1%;冬季工况热管传热能力非常差,隔热层保持了高热阻状态,避免了室内热量损耗。这种方法节能效果明显,可为建筑节能研究工作提供参考。

隔热材料布局方式对280 Ah磷酸铁锂电池热失控传播抑制效果的影响

锂离子电池的热失控传播可能带来火灾甚至爆炸风险,这已成为阻止其进一步广泛应用的迫切问题。在本研究中,使用了玻纤气凝胶和陶瓷纤维毡来抑制电池的热失控传播,探索了隔热材料的种类及厚度对抑制效果的影响。进一步设计了单块阻隔和间隔阻隔两种模式,前者表示每隔一块电池放置一片隔热材料,后者表示每隔两块电池放置一片隔热材料。研究结果显示,在单块阻隔模组中,2 mm和1 mm厚度的玻纤气凝胶都能有效阻止热失控传播,受保护电池的前后表面温升分别为193.6℃、86.1℃以及222.6℃、86.8℃;而2 mm厚度的陶瓷纤维毡则只能延缓热失控传播的速度,无法完全阻止。在间隔阻隔模组中,使用2 mm玻纤气凝胶进行阻隔时,受保护电池的前后表面温升分别为168.3℃、56℃,这说明在遭受滥用条件时,间隔阻隔模组对电池的保护效果更加优异。本方案在一定程度上缓解了隔热材料使用及模组能量密度之间的矛盾,对锂离子电池模组的安全设计具有重要的理论指导意义。

柔性隔热毡高温拉伸作用下的热力响应

飞行器在超高速飞行时表面温度高达几千甚至上万摄氏度,因而需要通过对其表面进行热防护设计来保护其内部人员和设备。为了适应小型化和低发射成本的要求,热防护材料不仅要具有较好的隔热性能,还应具有较低的密度。柔性隔热毡因具有轻质、隔热能力强、高温下性能稳定等特点,可以对飞行器内部的结构和仪器设备起到良好的热防护作用。开展柔性隔热毡热力联合作用下的数值模拟并通过实验进行验证,分析隔热毡内部的热传递规律。

聚合物基隔热泡沫材料的制备及其研究进展

以聚合物为基体的多孔材料即聚合物泡沫材料具有比强度高、隔热优良、质量轻、隔音性能好、性价比高等优势。简述了聚合物基隔热泡沫材料的制备方法的发展历史。对聚合物泡沫材料的导热机理进行了归纳,汇总了近些年聚合物基隔热泡沫材料的相关研究,概述了聚合物基泡沫材料结构与导热性能之间的关系。分析了目前常用隔热泡沫材料制备方法的优缺点,指出超临界流体发泡技术由于环保、无毒等优点被广泛应用在隔热聚合物泡沫材料的制备中,且可通过调整温度、压力和外场等对泡孔的尺寸、发泡倍率等进行调控。