外文翻譯二氧化硅纖維增強氣凝膠復合保溫材料的輻射和傳熱特性

1、Radiativepropertiesandheattransfercharacteristicsoffiber-loadedsilicaaerogelcompositesforthermalinsulation二氧化硅纖維增強氣凝膠復合保溫材料的輻射和傳熱特性摘要：在傳熱與輻射模型中采用修正反常衍射理論對二氧化硅纖維增強氣凝膠復合材料中的輻射特性和傳熱特性進行了研究，該隨機的二維纖維分布來自對一實際材料結構的模擬。有限體積法用于解決雙通量輻射模型和穩(wěn)態(tài)能量方程，計算復合材料的熱導效應。數值結果為材料最佳參數設計提供理論指導，如纖維的傾斜角、直徑和長徑比，結果表明纖維消光系數隨纖維長徑比減小而

2、增大，或隨纖維傾斜角的增大而變大。纖維增強氣凝膠的有效熱導率可通過減小纖維長徑比和傾斜角，適當增加纖維體積分數而降低，直徑為4-6pm的二氧化硅纖維是高溫下最佳的保溫的最佳選擇。緒論：二氧化硅氣凝膠作為超熱絕緣體具有很強的優(yōu)勢主要是由于它在低于0.02W/mK的環(huán)境條件下具有低熱導系數，然而，二氧化硅熱凝膠用于超熱絕緣體仍存在兩個問題，一方面，由于氣凝膠基體是由結合較松散的無定型二氧化硅納米粒子形成的聯(lián)鎖長鏈構成的，所以為脆性結構；另一方面，較高溫度下，熱輻射顯著增加，這是由于波長為28時，SiOz氣凝膠具有低消光系數。毛細纖維常被加入到氣凝膠中，強化二氧化硅氣凝膠。選擇合適的纖維能夠通過增加

3、散射和吸收而使紅外輻射大幅降低?；诶w維增強氣凝膠結構熱導模型用于預測和了解復合材料的絕熱性能。熱傳導模型通常分三類。第一類熱導效應模型是基于固體（ks）、氣體（kg）和輻射（kr）的熱導率的簡單疊加：Keff=ks+kg+kr,當孔徑小于1mm勺時候，對流換熱可以忽略不計；第二類中用到輻射系數（kr）、一種固體化合物和氣體化合物的導熱系數（kc）,Keff=kc+kr,合并后的固體和氣體的導熱系數kc是基于對真實材料結構的周期性簡化或結合一個串并聯(lián)熱阻實驗而得到；曾慶紅等人用電阻模擬實驗了固體與氣體結合的熱導率kc,用納米球周期性立方點陣來代表氣凝膠；第三類方法是在復合實際結構的基礎上，采用

4、數值計算的方法。盡管第三種方法更耗時，且無法給出分析結果，但相比于其他兩種方法，它可以給出更加精確預測。消光系數用來表示散射和吸收，是熱輻射模型中的重要參數，纖維的光學性能、尺寸和取向決定通過復合材料的輻射量，因此，纖維的小光系數取決于材料類型和形態(tài)，消光系數可以通過分析模型的類型和形態(tài)，或者通過以下兩種實驗方法獲得。一種方法是通過使用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）,運用Beer定律計算消光系數；另一種方法是測量和預測纖維樣品的有效熱導率，根據最小二乘擬合估計消光系數。但是，通過實驗確定的消光系數與不同組成和結構的材料并不十分接近。纖維直徑為幾微米，與紅外波長相當，因此，米氏理論常被用來計算

5、單纖維的消光能力，但是，經典米氏理論用于圓柱體計算時，由于不均勻的球形顆粒，使得其存在計算復雜，結果不確定且耗時較長等局限性。范德華特斯引入一個合適的近似米氏理論作為一種反常的衍射理論（ADT,從而在允許的精度范圍內計算球面、非球面及氣缸顆粒物的消光能力，基于纖維的幾何和光學特性，ADTfg更直接的給出輻射特性的物理解釋，并得到更明確的數學公式。通過纖維強化氣凝膠的熱導模型包括通過纖維和氣凝膠骨架的固體傳導，孔隙中的氣體傳導和介質的熱輻射。纖維強化氣凝膠熱導率較低，主要是由于：（1）具有較高的孔隙率，較小的纖維接觸面，且整個氣凝膠骨架內的固體傳導路徑很長；（2）納米孔中的氣體平均自由程和分子碰

6、撞受到限制，從而降低了氣體的熱傳導；(3)纖維具有大的消光系數，減低了熱輻射。大多數研究簡化了纖維的氣象和形態(tài)來計算固體熱傳導，簡化經驗模型基于纖維母材的熱傳導kf,和纖維質量分數f,常用來計算通過纖維的固體熱傳導：心=/司。然而，由于非均勻的纖維分布對纖維傳導有很大的影響，因此，這些經驗模型不適用于分析不同的纖維分布。本論文介紹了輻射特性和二維熱傳導模型，研究了有效熱導率與纖維增強氣凝膠的實際構成和形貌之間的基本關系?；趲缀魏凸鈱W特性，修正的ADT模型可以用來計算纖維輻射特性，纖維與實際纖維的特性相似，以一些合適的幾何參數隨機分布在二氧化硅氣凝膠基體中，有限元體積法以雙通量輻射法和穩(wěn)態(tài)能量

7、方程為基礎，常與熱傳導和熱輻射模型結合，量化的計算纖維增強氣凝膠復合材料的有效熱導率。2、分析2.1對象描述如圖1(a)所示，纖維增強二氧化硅氣凝膠復合材料與純二氧化硅氣凝膠相比質量較大，且透明度更低。圖1(b)所示為纖維增強氣凝膠復合材料沿切割平面A-A的垂直于厚度方向被切成小塊，用于掃描電鏡SEMB察。圖2所示為纖維之間相互連接的方式，以及A-A平面的縱橫交錯，纖維很少垂直于A-A面分布。纖維在A-A面交叉，在B-B和C-C面都與A-A切割面交叉，在B-B面和C-C面的分布形態(tài)相同，在B-B面和C-C面幾乎與熱通量方向垂直，因此無論是B-B面還是C-C面都能反映熱傳導的主要特性。對B-B面

8、劃分網格，用于建立熱傳導模型。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.圖1.纖維增強二樣回歸氣凝膠復合材料:(a)樣品照片；(b)切割平面和坐標系統(tǒng)JWpn-FQ2.TwjSEMphoifKofthefibc-ltuJcdfilic*jjtcu*compcsittintheAA*bigtilan息|圖2.纖維增強二氧化硅氣凝膠復合材料在A-A切割面的掃描圖像Hk，1.Ccwidmate到前tnand2*DmeshnlortheB-Btutu啤pbne(thewMtri<cJsdiviIn?PbeisdiHid