真空平板玻璃传热性能及支撑应力研究

【摘要】：努力寻找优良的透光保温材料一直是设施农业科技工作者的重要课题。真空玻璃作为二十一世纪新型透光保温材料以其优良的抗老化性能、保温性能、可见光透过和红外光反射性能而独占鳌头。对真空平板玻璃开展系统的研究,是使其在未来的设施农业领域发挥巨大作用的关键。 本文对真空平板玻璃的传热性能作了系统的、详实的理论研究和实验研究,对真空平板玻璃特有的支撑结构进行了支撑应力场研究,同时,成功地制造了实验研究所必须的真空玻璃试样,为真空平板玻璃的设计、制造以及产业化打下了坚实的基础。 (1) 本文对真空玻璃的传热机理进行深入分析,根据自由分子状态的稀薄气体导热理论,Low-E(低发射率)膜发射传热理论和玻璃固体导热与辐射传热偶合理论,建立Low-E膜真空玻璃传热数学模型。 (2) 用非灰谱带模型确切地模拟Low-E真空玻璃与外界热源在辐射换热中的物理过程。模型充分考虑了Low-E真空玻璃表面反射率以及透射率对辐射传热的影响作用。得出Low-E膜对真空玻璃的热阻贡献很大的结论。 (3)利用吸收—发射介质的传热过程,得出了真空玻璃的玻璃层的非线性微分积分传热控制方程,利用指数核近拟法,将方程无因次化和线性化,把难以求解的传热方程简化成一个二阶线性微分方程,采用中心差分法进一步简化线性方程组求解。 (4) 对镀膜真空玻璃这一特殊结构的传热途径作了详细分析,并建立了热平衡方程,通过对热平衡方程的求解,得到了传热量和传热系数的计算方法,通过对传热途径和传热量组成因子分析得出真空玻璃将Low-E膜镀在外部比镀在内部优越的结论。 (5) 通过在线真空热箱试验,得到普通真空玻璃、内面镀膜真空玻璃、外面镀膜真空玻璃三个状态的真空度—传热系数曲线,并且得出了从低真空度到高真空度传热系数逐步明显减少的结果,当真空压强下降到3.13×10~(-1)Pa进入到自由分子导热状态以后,其真空压强的下降对传热系数的减少并不明显,这说明真空玻璃的真空腔只要保持在3.13×10~(-1)Pa以下即可达到预想的绝热效果。 (6) 对真空玻璃实际工作环境进行了模拟,得出了真空玻璃外部风速对传热系数的影响很为明显的结论,这对于温室覆盖材料测试标准中环境参数的制定提供了依据。 (7) 成功制造了本文的真空玻璃样品,这一制造过程攻克了真空玻璃支撑工艺难关,这亦是制造真空玻璃的关键工艺。对制造真空玻璃的整个工艺进行了探索和总结,并对其封头工艺和支撑柱摆放工艺作了创造性地改进。 (8) 用结点法建立真空玻璃应力分布数学模型。 (9) 用有限元方法分析已建立的数学模型,得出整块真空玻璃的支撑应力分布。 (10) 用ANSYS软件分析整块真空玻璃的应力应变场,得出了精确的应力分布彩图,直观地表达了真空玻璃重要特征部位的应力分布,并得出理论计算与软件分析基本一致的结果。

【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TQ171