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机织保温材料的孔隙结构对其热传递性能影响的研究

吴海军  
【摘要】: 保温材料是指对热流具有显著阻抗性的、导热系数小的材料或材料复合体,可以看作是纤维和孔隙两种结构构成的,从产品的物质功能来分析,保温材料通常是作为一种有孔的功能性材料而得到广泛使用,所以孔隙结构应该是保温材料有非常重要使用价值的指标,也是研究保温材料热传递性能的关键所在。由于机织保温材料的疏松、多孔等特点,必然存在热量传递的通道及纤维间呈三维分布的孔隙结构,这些孔隙或孔洞在保温材料内部的分布特征,与机织保温材料的各种性能密切相关,如机织保温材料的传热、通透性能和渗透性能等。研究机织保温材料的孔隙结构对热传递性能的影响,不仅能丰富热传递理论,而且为推动节能工程的实施、实现保温材料的最佳设计以及为保温材料的工艺改进提供强有力的依据。因此对于保温材料热传递性能的研究具有十分重要的意义。 本课题是研究静、动态测试条件下保温材料的纱线间孔径平均值、孔隙率以及分形维数等对其热传递性能的影响。研究的主要内容包括以下几个方面:(1)采用美国PMI公司的孔径仪测量保温材料的平均流体孔径、孔径分布、最小孔径、最大孔径、纱线间孔径平均值等;采用介质饱和法测定了机织保温材料的孔隙率;基于图像处理技术对表征机织保温材料内部结构复杂程度的分形维数求解; (2)通过自行研制的热传递测试装置与织物保温性能测试仪对保温材料进行热传递性能的测试,对两种测试方法所得的测试结果进行相关性分析,得到热传递性能随纱线间孔径平均值、孔隙率以及分形维数变化的规律;(3)对比分析热传递测试装置与织物保温测试仪测试特点的差异,验证热传递测试装置的正确性与适用性。 通过分析,得出结论:(1)机织保温材料中的孔隙分布并不是均匀的,孔隙大小各有差异,但总体规律是十分相似的。其孔径分布规律是:织物的孔径尺寸由小到大,在较宽范围内呈左偏不对称分布;大孔所占比重较小,但在实际流体的透过中贡献较大;小孔的分布集中,占全部孔径数量的比重较大。(2)动态情况下的热传递测试指标升温速率差、导热系数以及隔热率分别与纱线间孔径平均值呈线性关系,纱线间孔径平均值与温度动态响应时间、孔隙率与隔热率以及分形维数与隔热率呈抛物线关系;静态情况下CLO值、保温率与纱线间孔径平均值呈线性关系,孔隙率与CLO值也呈线性关系,而纱线间孔径平均值与传热系数以及分形维数与克罗值呈抛物线关系; (3)热传递性能测试装置符合设计的要求,在理论上和实际上是可行的,与静态保温性能测试仪相比具有优越性。虽然静、动态条件下的测试不具有可比性,但两种测试方法提出的评价指标有其共同之处,对两种测试方法进行分析比较,将有助于全面认识与了解孔隙结构对热传递性能的影响。 论文最后对课题今后的发展方向进行了展望。


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