基于分形理論的陶瓷隔(蓄)熱多孔材料傳熱特性研究與應用.pdf

1、近年來，陶瓷隔熱以及蓄熱材料是在工業(yè)窯爐上應用較為廣泛的一種新型節(jié)能材料。它具有廉價、耐高溫、抗熱沖擊等優(yōu)點。為掌握其熱性能變化規(guī)律，本文提出了一種新的研究方法：根據耐火纖維材料和陶瓷蓄熱體這兩種隔(蓄)熱多孔材料具有復雜微空間結構的物理特性，采用分形理論對它們的傳熱特性進行研究。 本文根據耐火纖維材料微空間結構特點，利用分形理論，以分形維數和纖維體積分率為表征微空間結構的主要參數，對耐火纖維材料微空間結構進行描述。并用等效熱阻

2、法建立了高溫條件下耐火纖維材料的導熱模型，導出了其有效導熱系數的分形計算式。將耐火纖維材料導熱計算結果和一維穩(wěn)態(tài)平板法測定的實驗值進行比較，兩者基本一致，最大相對誤差小于15％。這表明了基于分形理論描述的耐火纖維材料有效導熱系數的計算式具有較高的表達精度。計算結果表明：在纖維體積分率一定時，其有效導熱系數隨溫度的升高而升高，且是絕對溫度的三次方函數；在溫度不變時，其有效導熱系數會隨著纖維體積分率和分形維數的增加而增加，且增加幅度越來越大

3、。 陶瓷蓄熱體是蓄熱式熱交換器中的關鍵部件。本文選取陶瓷球蓄熱體作為研究對象，它具有多孔介質材料的物理特性，傳熱的內部空間結構類似于耐火纖維材料。本文應用分形理論對陶瓷球蓄熱體進行空間結構描述，進而在耐火纖維材料導熱分形模型的基礎上推導出蓄熱體綜合傳熱系數的分形計算式。并且利用該式對不同材質和幾何結構參數的陶瓷球蓄熱體進行傳熱系數的計算和比較，得到結論：正排列方式下的陶瓷球蓄熱體的傳熱系數要遠大于三角形排列方式的陶瓷球蓄熱體：而

4、且，陶瓷球直徑越大，蓄熱體的傳熱系數反而越小。另外結合蓄熱體的材料特性計算分析得出了陶瓷球直徑為10mm，材質取用Si3N4，正排列方式的陶瓷球蓄熱體，其傳熱系數最優(yōu)的結論。在此基礎上，將蓄熱體綜合傳熱系數的分形計算式引入蓄熱式換熱器的設計中，建立了一套較為簡便和完善的換向型蓄熱式換熱器的設計方案。 本文提出了將分形理論應用于陶瓷隔(蓄)熱多孔材料的傳熱特性研究的新方法，從而推導出了耐火纖維材料有效導熱系數的分形計算式以及蓄熱體