1、本文主要研究隔熱纖維結(jié)構(gòu)在高溫情況下的絕熱特性。建立了纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部固體導(dǎo)熱,氣體導(dǎo)熱,對(duì)流換熱以及輻射換熱四種效應(yīng)耦合作用的數(shù)理模型；對(duì)纖維結(jié)構(gòu)等效導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行了數(shù)值研究,得到了各種狀態(tài)參數(shù),物性參數(shù)以及結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)對(duì)等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律；實(shí)驗(yàn)測(cè)量了高溫情況下常用隔熱纖維材料的比熱,等效導(dǎo)熱系數(shù),熱擴(kuò)散系數(shù)等物性,將測(cè)量得到的等效導(dǎo)熱系數(shù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,并進(jìn)行了相應(yīng)的誤差分析；結(jié)合實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果,對(duì)各種隔熱纖維復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)

2、化手段進(jìn)行分析,以進(jìn)一步指導(dǎo)工程應(yīng)用。
　　 本文所建立的二維無(wú)搭接全平行模型的計(jì)算結(jié)果較測(cè)量結(jié)果,在較低溫度時(shí)會(huì)偏小,這主要是由于低溫情況下,導(dǎo)熱對(duì)于傳熱的貢獻(xiàn)較大,而無(wú)搭接全平行的結(jié)構(gòu)正是人為的弱化了導(dǎo)熱；在較高溫度時(shí)會(huì)偏大,這是由于高溫情況下,輻射對(duì)于傳熱的貢獻(xiàn)較大,而無(wú)搭接全平行的結(jié)構(gòu)過(guò)大的間隙人為強(qiáng)化了輻射傳熱。三維模型則在這些方面對(duì)二維模型進(jìn)行了修正,綜合考慮二維模型和三維模型的計(jì)算結(jié)果可以得到更為接近實(shí)驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果

3、；在結(jié)構(gòu)密度以及壓力一定的條件下,纖維結(jié)構(gòu)的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著結(jié)構(gòu)平均溫度的升高而增大,且在高溫區(qū)域呈現(xiàn)明顯的非線性變化趨勢(shì)；纖維結(jié)構(gòu)等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著結(jié)構(gòu)內(nèi)部氣體壓力的增大而增大,且增大的程度不均勻,低壓時(shí)增大的幅度更大;在結(jié)構(gòu)表觀密度,氣體壓力條件,平均溫度一定的情況下,一定厚度纖維結(jié)構(gòu)的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫差的增大而增大；在纖維結(jié)構(gòu)極為疏松的情況下(纖維結(jié)構(gòu)固體比小于0.07),纖維結(jié)構(gòu)的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著結(jié)構(gòu)表觀密度的增大而減??；纖維結(jié)

4、構(gòu)的等效導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨著纖維母材導(dǎo)熱率的增大而增大,而且這種影響在低溫區(qū)更為顯著,高溫區(qū)的影響則很微弱；隨著溫度的升高,輻射換熱在整個(gè)傳熱效應(yīng)中貢獻(xiàn)逐漸增大,當(dāng)溫度大于1100K時(shí),輻射換熱成為纖維結(jié)構(gòu)中最主要的傳熱方式。
　　 激光閃射測(cè)法所要求的樣品尺寸較小,測(cè)量溫度范圍寬廣,可測(cè)量絕大部分材料的導(dǎo)熱系數(shù),而且,測(cè)量時(shí)間大大縮短,能夠得到確定溫度點(diǎn)的熱物性參數(shù),并實(shí)現(xiàn)不直接接觸實(shí)驗(yàn)樣品測(cè)量,這樣,避免了實(shí)驗(yàn)器件對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾

5、,減小了實(shí)驗(yàn)誤差,較傳統(tǒng)測(cè)量方法提高了實(shí)驗(yàn)的精度。本文運(yùn)用激光閃射導(dǎo)熱儀直接測(cè)量了隔熱纖維結(jié)構(gòu)熱擴(kuò)散系數(shù)、比熱隨溫度的變化特性,從而間接得到隔熱纖維結(jié)構(gòu)的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度、表觀密度變化及壓力的變化情況。結(jié)果如下:纖維材料等效導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而逐漸變大,且呈現(xiàn)明顯的非線性；纖維結(jié)構(gòu)極為疏松的情況下(纖維結(jié)構(gòu)固體比小于0.07),纖維樣品的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著結(jié)構(gòu)表觀密度的增大而減小；纖維樣品的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著其所處環(huán)境壓力的增大而增大,

6、而且增大的程度并不均勻,在800℃時(shí),氣壓由0.067Pa增大到0.5atm時(shí),等效導(dǎo)熱系數(shù)增大了約30％,氣壓由0.5atm增大到1atm時(shí),等效導(dǎo)熱系數(shù)僅增大了約4％；實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與數(shù)值計(jì)算值具有較好的吻合性,偏差小于6％,進(jìn)一步驗(yàn)證了本文數(shù)值方法的合理性。
　　 在數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,分別就改善隔熱纖維內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu),納米復(fù)合材料涂層技術(shù),多層纖維結(jié)構(gòu)及層間隔熱屏技術(shù)對(duì)隔熱纖維結(jié)構(gòu)高溫絕熱特性的優(yōu)化效果進(jìn)行了分析,研究發(fā)現(xiàn)

7、:纖維結(jié)構(gòu)等效導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)隨著空間夾角的增大而減小。大空間夾角加強(qiáng)了纖維間的相互遮擋從而弱化了纖維與纖維之間的輻射傳熱,阻止了熱輻射由高溫區(qū)向低溫區(qū)的透射,而高溫下輻射傳熱是主要的傳熱途徑,從而弱化傳熱；一定表觀密度的纖維結(jié)構(gòu),等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著纖維平均直徑增大而增大,在隔熱纖維的生產(chǎn)當(dāng)中,通過(guò)純化纖維,進(jìn)一步減小纖維的平均直徑可有效提高隔熱纖維在高溫情況下的絕熱性能；纖維結(jié)構(gòu)的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著纖維表面發(fā)射率的增大而增大,而且這種趨勢(shì)隨著溫