真空绝热板热工性能的研究(2)

2010-01-01 律宝莹天津商业大学机械工程学院

　　由以上统计结果知, 该材料导热系数随温度正比例增长, 但在普通温度应用范围内, 始终处于10^{- 3} 数量级, 以板内平均温度25℃ 测试点为例, 导热系数实测值仅为0.0044 W/m·℃, 绝热性能相当出色, 按传热学概念分类, 已经属于高级保温材料。仅就绝热性能而言, 其保温效果相当于同厚度常规保温材料( 如聚苯乙烯硬质塑料,导热系数0.031W /m·℃) 近10 倍。但是也必须指出, 通过对实验数据的分析, 有多个因素直接影响该材料的性能表现, 具体包括:

　　(1) 真空度的影响: 由图2 数据知, 非真空对比组因芯材中含有常压空气, 对流散热影响显著, 导致绝热性能明显变劣, 各测试点同比真空条件下表观导热系数平均增加约4.3 倍, 其线性回归后的λ- t 关系式为:

λ= 0.0002t+ 0.0198

　　性能已与常规保温材料无异。由此数据结合前面对真空绝热板绝热原理的分析可知, 能否长期有效保持板内高真空度是决定材料性能表现的关键因素; 这就要求厂家在产品生产过程中对真空度控制要给予格外重视, 另外也对该类材料施工及使用场合提出了要求, 任何有可能破坏板内真空度的因素, 如破坏性安装, 使用中应力冲击等都可能造成板内真空度下降进而严重降低材料保温效果。

　　(2) 边界热桥效应的影响: 实际试件因受制造工艺的限制, 周边存在较宽的覆膜封边(见图1),且因材质较软, 实测周边平整度误差在1~7 mm 左右, 造成在施工中试件间很难严密对接; 相对于沿板材平面法向的低导热系数而言, 沿板材侧边通过铝复合膜的直接导热及与空气的对流传热将会造成明显的热桥效应, 最终工程绝热效果很可能会低于实验室测试值。以下是单块试件加热面维持50℃、室温20℃工况下, 与空气接触侧外表面沿边长方向温度分布的测试数据:

　　可见, 板面温度分布因受热桥效应影响呈现明显不均匀性, 靠近侧边处温度明显低于中心区域。为了获得板面温度分布的直观概念,我们还针对试件实际工况及周边理想绝热工况下表面温度分布进行了计算机模拟对比, 结果如图4 。

外表面沿边长方向温度分布测试数据实际工况与周边理想绝热工况表面温度分布计算机模拟结果对比

图3 外表面沿边长方向温度分布测试数据　　图4 实际工况与周边理想绝热工况表面温度分布计算机模拟结果对比

　　模拟结果与实测数据相吻合, 均显示沿材料侧边区域较板面中心区域存在较大的温度降度,经计算, 实际外表面加权平均温度为25.53℃, 而理想工况下为27.58℃。即在同样使用条件下, 单位面积散热量将较理想工况增加9.1% 。因此, 改进材料的周边塑封及平整度控制技术将对充分发挥其绝热性能起到至关重要的作用。