外文翻译二氧化硅纤维增强气凝胶复合保温材料的辐射和传热特性

1、Radiativepropertiesandheattransfercharacteristicsoffiber-loadedsilicaaerogelcompositesforthermalinsulation二氧化硅纤维增强气凝胶复合保温材料的辐射和传热特性摘要：在传热与辐射模型中采用修正反常衍射理论对二氧化硅纤维增强气凝胶复合材料中的辐射特性和传热特性进行了研究，该随机的二维纤维分布来自对一实际材料结构的模拟。有限体积法用于解决双通量辐射模型和稳态能量方程，计算复合材料的热导效应。数值结果为材料最佳参数设计提供理论指导，如纤维的倾斜角、直径和长径比，结果表明纤维消光系数随纤维长径比减小而

2、增大，或随纤维倾斜角的增大而变大。纤维增强气凝胶的有效热导率可通过减小纤维长径比和倾斜角，适当增加纤维体积分数而降低，直径为4-6pm的二氧化硅纤维是高温下最佳的保温的最佳选择。绪论：二氧化硅气凝胶作为超热绝缘体具有很强的优势主要是由于它在低于0.02W/mK的环境条件下具有低热导系数，然而，二氧化硅热凝胶用于超热绝缘体仍存在两个问题，一方面，由于气凝胶基体是由结合较松散的无定型二氧化硅纳米粒子形成的联锁长链构成的，所以为脆性结构；另一方面，较高温度下，热辐射显著增加，这是由于波长为28时，SiOz气凝胶具有低消光系数。毛细纤维常被加入到气凝胶中，强化二氧化硅气凝胶。选择合适的纤维能够通过增加

3、散射和吸收而使红外辐射大幅降低。基于纤维增强气凝胶结构热导模型用于预测和了解复合材料的绝热性能。热传导模型通常分三类。第一类热导效应模型是基于固体（ks）、气体（kg）和辐射（kr）的热导率的简单叠加：Keff=ks+kg+kr,当孔径小于1mm勺时候，对流换热可以忽略不计；第二类中用到辐射系数（kr）、一种固体化合物和气体化合物的导热系数（kc）,Keff=kc+kr,合并后的固体和气体的导热系数kc是基于对真实材料结构的周期性简化或结合一个串并联热阻实验而得到；曾庆红等人用电阻模拟实验了固体与气体结合的热导率kc,用纳米球周期性立方点阵来代表气凝胶；第三类方法是在复合实际结构的基础上，采用

4、数值计算的方法。尽管第三种方法更耗时，且无法给出分析结果，但相比于其他两种方法，它可以给出更加精确预测。消光系数用来表示散射和吸收，是热辐射模型中的重要参数，纤维的光学性能、尺寸和取向决定通过复合材料的辐射量，因此，纤维的小光系数取决于材料类型和形态，消光系数可以通过分析模型的类型和形态，或者通过以下两种实验方法获得。一种方法是通过使用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）,运用Beer定律计算消光系数；另一种方法是测量和预测纤维样品的有效热导率，根据最小二乘拟合估计消光系数。但是，通过实验确定的消光系数与不同组成和结构的材料并不十分接近。纤维直径为几微米，与红外波长相当，因此，米氏理论常被用来计算

5、单纤维的消光能力，但是，经典米氏理论用于圆柱体计算时，由于不均匀的球形颗粒，使得其存在计算复杂，结果不确定且耗时较长等局限性。范德华特斯引入一个合适的近似米氏理论作为一种反常的衍射理论（ADT,从而在允许的精度范围内计算球面、非球面及气缸颗粒物的消光能力，基于纤维的几何和光学特性，ADTfg更直接的给出辐射特性的物理解释，并得到更明确的数学公式。通过纤维强化气凝胶的热导模型包括通过纤维和气凝胶骨架的固体传导，孔隙中的气体传导和介质的热辐射。纤维强化气凝胶热导率较低，主要是由于：（1）具有较高的孔隙率，较小的纤维接触面，且整个气凝胶骨架内的固体传导路径很长；（2）纳米孔中的气体平均自由程和分子碰

6、撞受到限制，从而降低了气体的热传导；(3)纤维具有大的消光系数，减低了热辐射。大多数研究简化了纤维的气象和形态来计算固体热传导，简化经验模型基于纤维母材的热传导kf,和纤维质量分数f,常用来计算通过纤维的固体热传导：心=/司。然而，由于非均匀的纤维分布对纤维传导有很大的影响，因此，这些经验模型不适用于分析不同的纤维分布。本论文介绍了辐射特性和二维热传导模型，研究了有效热导率与纤维增强气凝胶的实际构成和形貌之间的基本关系。基于几何和光学特性，修正的ADT模型可以用来计算纤维辐射特性，纤维与实际纤维的特性相似，以一些合适的几何参数随机分布在二氧化硅气凝胶基体中，有限元体积法以双通量辐射法和稳态能量

7、方程为基础，常与热传导和热辐射模型结合，量化的计算纤维增强气凝胶复合材料的有效热导率。2、分析2.1对象描述如图1(a)所示，纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料与纯二氧化硅气凝胶相比质量较大，且透明度更低。图1(b)所示为纤维增强气凝胶复合材料沿切割平面A-A的垂直于厚度方向被切成小块，用于扫描电镜SEMB察。图2所示为纤维之间相互连接的方式，以及A-A平面的纵横交错，纤维很少垂直于A-A面分布。纤维在A-A面交叉，在B-B和C-C面都与A-A切割面交叉，在B-B面和C-C面的分布形态相同，在B-B面和C-C面几乎与热通量方向垂直，因此无论是B-B面还是C-C面都能反映热传导的主要特性。对B-B面

8、划分网格，用于建立热传导模型。3viiiHib*tHu、CnidKillA-rnkLKni,%*/.HculRuiAlllilhllitz*ilier-lii：ukxlMicam即Iiimi聃ttU甘Ffiiptc*dutnrk.r士，1,FitMrE'Icddvdiila4au&dcomposiie$;|皿umpHphsograp“；(1)tuui.i匕plinth制idanrdiruiesysimi.图1.纤维增强二样回归气凝胶复合材料:(a)样品照片；(b)切割平面和坐标系统JWpn-FQ2.TwjSEMphoifKofthefibc-ltuJcdfilic*jjtcu*compcsittintheAA*bigtilan息|图2.纤维增强二氧化硅气凝胶复合材料在A-A切割面的扫描图像Hk，1.Ccwidmate到前tnand2*DmeshnlortheB-Btutu啤pbne(thewMtri<cJsdiviIn?PbeisdiHid