در تحقیقات مربوط به حفاظت از انرژی ساختمان مدرن و مواد عایق با کارایی بالا ، Airgel به دلیل عملکرد عایق حرارتی عالی خود ، توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است .}} به عنوان یکی از مواد جامد با کمترین رسانایی حرارتی که تاکنون شناخته شده است ، پتانسیل کاربرد بسیار خوبی در هوافضا ، حفاظت از انرژی آن ، حمل و نقل بهتر از انرژی ، حمل و نقل زنجیره ای سرد و سایر زمینه ها را نشان داده است. به ویژه برای مطالعه رابطه ذاتی بین ضخامت عایق آن ، هدایت حرارتی و اثر عایق. این مقاله در مورد خصوصیات حرارتی تابلوهای عایق هوا و تجزیه و تحلیل تغییرات عایق تحت ضخامت های مختلف و شرایط هدایت حرارتی ، به منظور ارائه پشتیبانی نظری و مرجع عملی برای طراحی مواد و برنامه های مهندسی {5 {5
محتوا
2. مبنای نظری: تعریف پارامترهای کلیدی
3. رابطه بین ضخامت و اثر عایق حرارتی
{0}} اثر هدایت حرارتی بر اثر عایق حرارتی
5. اثر هم افزایی ضخامت و هدایت حرارتی
6. سایر عوامل تأثیرگذار در برنامه های عملی
پانل های عایق Airgel به دلیل خاصیت مواد منحصر به فرد خود ، در فن آوری عایق مدرن توجه زیادی را به خود جلب کرده اند {{0} ساختار منافذ سبک وزن و سبک آنها ، به آئروژل ها هدایت حرارتی بسیار کم می دهد ، و آنها را به یکی از بهترین مواد عایق حرارتی شناخته شده می کند. زمینه هایی مانند حفاظت از انرژی ساختمان ، عایق تجهیزات صنعتی و هوافضا. با بهبود مستمر حفظ انرژی و نیازهای کاهش انتشار ، چگونگی به حداکثر رساندن مزایای عایق حرارتی پانل های هوایی به یکی از مشکلات اصلی در طراحی مهندسی.}}}}
به طور خاص ، اثر عایق حرارتی آئروژل ها تحت تأثیر ضخامت و هدایت حرارتی مواد قرار می گیرد: افزایش ضخامت معمولاً عملکرد عایق حرارتی را بهبود می بخشد ، در حالی که هدایت حرارتی مواد به طور مستقیم کارآیی هدایت گرما را تعیین می کند {0} درک عمیق از رابطه بین ضخامت عایق ، هدایت عایق حرارتی و عایق حرارتی اثر عایق حرارتی است. مصرف انرژی و بهبود عملکرد سیستم .
2. مبنای نظری: تعریف پارامترهای کلیدی
ضخامت عایق (δ)
ضخامت عایق به ضخامت فیزیکی صفحه عایق Airgel ، که معمولاً در میلی متر بیان می شود (میلی متر) .} اصلی کار این است که افزایش ضخامت می تواند به طور مؤثر مسیر انتقال گرما را گسترش دهد ، از این طریق باعث افزایش مقاومت حرارتی مواد شود ، و سرعت جریان گرما را کاهش می دهد و باعث افزایش اثر عایق حرارتی کلی {1 می شود.
هدایت حرارتی (λ)
هدایت حرارتی یک مقدار فیزیکی است که توانایی یک ماده برای انجام گرما را توصیف می کند ، و واحد وات در هر متر در هر کلوین است (w/(m · k))) {{0} مواد ایرژل دارای رسانایی حرارتی بسیار کم هستند ، به طور معمول از عایق. 015 تا 0 · 0.} 02 4 هرچه هدایت حرارتی کوچکتر باشد ، توانایی مواد در جلوگیری از هدایت گرما و عملکرد عایق حرارتی بهتر خواهد بود.
اثر عایق حرارتی (مقدار R یا مقاومت حرارتی)
اثر عایق حرارتی معمولاً با مقاومت حرارتی r اندازه گیری می شود ، که به عنوان نسبت ضخامت مواد به هدایت حرارتی تعریف می شود ، یعنی R {{0} δ / λ .} r مقدار r نشان دهنده توانایی در برابر انتقال جریان گرما {{2} 3} بهتر است برنامه های مهندسی ، طراحی منطقی ضخامت ورق های ایرل و انتخاب مواد با هدایت حرارتی کم ، کلید بهبود مقاومت حرارتی و دستیابی به اهداف صرفه جویی در مصرف انرژی {5 {5}
3. رابطه بین ضخامت و اثر عایق حرارتی
ضخامت صفحه Airgel با اثر عایق حرارتی آن . مطابق با تعریف اساسی مقاومت حرارتی ، همبستگی مثبت دارد ، مقدار مقاومت حرارتی R متناسب با ضخامت δ است ، یعنی R=} δ/λ. در تئوری ، با افزایش ضخامت ، مقاومت حرارتی به صورت خطی افزایش می یابد ، و عملکرد عایق حرارتی به طور متناوب افزایش می یابد . با این حال ، در کاربردهای مهندسی واقعی ، این رابطه ویژگی های خاص غیرخطی را نشان می دهد . به طور خاص ، پس از ضخامت مقاومت در برابر میزان پایین آمدن میزان ترم در حال افزایش است. اثر حاشیه ای به نظر می رسد ، یعنی پس از بیش از ضخامت بحرانی ، ضخیم شدن بیشتر فقط در اثر عایق حرارتی بهبود محدودی خواهد داشت ، در حالی
داده های تجربی همچنین از این نمای پشتیبانی می کنند. m² · k/w. از لحاظ تئوریکی ، عملکرد دو برابر شده است ، اما بهبود واقعی اثر عایق حرارتی اغلب تحت تأثیر عواملی مانند اتصالات ، فناوری نصب و پل های حرارتی لبه قرار می گیرد و کاملاً به خطی ایده آل نمی رسد.
علاوه بر این ، تابلوهای ایرژل نیز براساس محدودیت های فضا و عوامل هزینه در کاربردهای عملی محدود می شوند. در عین حال ، هزینه مواد هوایی زیاد است ، و ضخیم شدن بیش از حد منجر به کاهش بازده سرمایه گذاری می شود.} بنابراین ، این یک نکته مهم در طراحی مهندسی برای انتخاب منطقی ضخامت تخته Airgel است و هر دو اثر عایق حرارتی و اقتصاد. را در نظر می گیرد.
{0}} اثر هدایت حرارتی بر اثر عایق حرارتی
هدایت حرارتی (λ) پارامتر فیزیکی اصلی برای اندازه گیری ظرفیت انتقال حرارت از مواد هوا . به عنوان یک خاصیت ذاتی از مواد ، مستقیماً راندمان عایق حرارتی را در شرایط ضخامت واحد تعیین می کند {{1} regenction هدایت حرارتی ، گرمای کمتری از طریق ماده} {{{infulation {pather the the Thermation {pather تأثیر تعیین کننده ای در اثر عایق حرارتی کلی صفحه Airgel. دارد
به عنوان نمونه ، دو هدایت حرارتی معمولی را انجام دهید: هنگامی که ضخامت تخته Airgel 20 میلی متر است ، اگر λ= 0.020 w/(m · k) ، مقاومت حرارتی r=1.0 m² · k/w ؛ و اگر λ= 0.030 w/(m · k) ، مقدار r به حدود 0 . 67 m² · k/w کاهش می یابد ، و ظرفیت عایق حرارتی در حدود 33 ٪ .} می تواند مشاهده شود که حتی اگر هدایت حرارتی فقط با استفاده از ترمال تأثیر بگذارد ، تأثیر آن بر روی ترمال تأثیر می گذارد.
به منظور بهبود بیشتر اثر عایق حرارتی Airgel ، یک جهت اصلی تحقیقات مواد کاهش هدایت حرارتی آن با بهینه سازی نانوساختار. به عنوان مثال ، با تنظیم تخلخل ، بهینه سازی ساختار رابط گاز جامد ، و تقویت هیدروفوبیت و پایداری مواد ، مسیر هدایت گرما می تواند به طور مؤثر کاهش یابد و از طریق آن کاهش می یابد و از این طریق کاهش می یابد و گاز می تواند به طور موقت کاهش یابد و از طریق آن کاهش می یابد و از این طریق کاهش می یابد و گاز می تواند کاهش یابد. ارزش . این پیشرفت های ریزساختاری به مسیر فنی اصلی برای توسعه مواد هوایی با کارایی بالا تبدیل شده اند و از اهمیت زیادی برای ترویج کاربرد گسترده آنها در پروژه های صرفه جویی در مصرف انرژی {5.} از اهمیت زیادی برخوردار هستند.
5. اثر هم افزایی ضخامت و هدایت حرارتی
در طراحی عایق حرارتی تابلوهای هوایی ، ضخامت (δ) و هدایت حرارتی (λ) در انزوا کار نمی کنند ، اما به طور مشترک عملکرد عایق حرارتی نهایی را تعیین می کنند (مقدار r). یک اثر هم افزایی قابل توجهی بین این دو وجود دارد ، یعنی مواد هدایت حرارتی کم می توانند یکسان یا حتی حتی بهتر از ضخامت حرارتی در یک عایق حرارتی بهتر باشند.
به عنوان مثال ، هنگامی که مقاومت حرارتی هدف R ≈ 0 {5} 33 m² · k/w است ، اگر یک تخته هوایی با هدایت حرارتی 0. 025 W/(M · K) استفاده شود ، ضخامت مورد نیاز حدود 8.3mm است. اگر یک ماده با هدایت حرارتی پایین تر ، مانند λ= 0.015 w/(m · k) انتخاب شود ، فقط برای دستیابی به همان مقدار R به ضخامت 5 میلی متر نیاز است. این مقایسه به وضوح نشان می دهد که مواد با ارزش کم λ دارای مزایای طبیعی در صرفه جویی در فضای و کاهش وزن هستند و به ویژه برای سناریوهایی با عملکرد بالا و نیازهای سبک وزن مانند ساختمانهای سبز ، حمل و نقل ریلی و هوافضا مناسب هستند.
بنابراین ، در انتخاب واقعی مهندسی ، توصیه می شود مطابق منطق زیر بهینه سازی کنید: ابتدا مقدار R هدف را بر اساس الزامات عایق پروژه تعیین کنید. سپس برای دستیابی به مقاومت حرارتی بالاتر در یک فضای محدود ، به مواد هوایی با هدایت حرارتی پایین تر اولویت دهید. سرانجام ، ضخامت را بر اساس بودجه ، فضا و امکان سنجی ساخت و ساز برای دستیابی به بهترین تعادل بین عملکرد ، هزینه و کاربرد عملی {{0} تنظیم و بهینه سازی کنید
6. سایر عوامل تأثیرگذار در برنامه های عملی
اگرچه پانل های Airgel از نظر تئوری عملکرد عایق حرارتی عالی دارند ، اما اثر عایق حرارتی آنها نیز تحت تأثیر یک سری از عوامل خارجی در کاربرد واقعی قرار می گیرد ، که باید در طراحی مهندسی و ساخت و ساز به طور جامع مورد توجه قرار گیرد.
1. تأثیر شرایط محیطی
هدایت حرارتی (λ) از Airgel در محیط های مختلف ثابت نیست . به ویژه ، تغییرات دما و رطوبت تأثیر قابل توجهی در عملکرد خود دارد {1} مطالعات نشان داده است که مواد ایرگل دارای درجه مشخصی از هیگروسکوپی هستند. وقتی که می تواند ماهواره ای را افزایش دهد و یا یک محیط را به وجود می آورد ، یک محیط طولانی است که باعث می شود یک محیط طولانی مدت یک محیط را در یک محیط طولانی مدت ایجاد کند. در نتیجه افزایش مقدار λ ، در نتیجه تضعیف اثر عایق حرارتی. بنابراین ، هنگام استفاده از پانل های هوا در یک محیط مرطوب یا باز ، از یک لایه پوشش ضد آب یا از هوای آبگریز پیشرفته استفاده می شود تا از ثبات عملکرد آن استفاده شود.}}}}}}}}}}}}}}
2. تأثیر فرآیند نصب
اگرچه پانل های هواپیما عملکرد بسیار خوبی دارند ، اگر ساخت و ساز نادرست باشد ، به ویژه هنگامی که پل های حرارتی در مفاصل پانل ها رخ می دهد (مانند انتقال حرارت از شکاف ها و فیکس ها) ، ممکن است باعث شود که مقدار زیادی گرما از ناحیه ضعیف منتقل شود ، از این طریق به طور جزئی از مزیت عایق حرارتی خود استفاده می کند. تداوم مقاومت در برابر حرارتی کلی و به حداکثر رساندن عملکرد مواد .
ملاحظات اقتصادی3.
هزینه تولید مواد هواپیمایی با کارایی بالا نسبتاً زیاد است ، به خصوص برای محصولاتی که دارای هدایت حرارتی بسیار کم هستند (λ کمتر از یا برابر با 0. 015 w/(m · k)) ، که به طور قابل توجهی گران تر از هزینه های عایق سنتی است. بنابراین ، در تصمیم گیری در مورد پروژه ، از جمله برنامه های کاربردی ، از جمله آن می توان به عنوان کارآزمایی از جمله ، یک ارزیابی را از آن استفاده کرد. زندگی ، برای تعیین مزایای جامع اقتصادی آن. برای پروژه هایی که نیاز به صرفه جویی در مصرف انرژی دارند ، فضای محدود یا الزامات کیفیت دقیق ، تابلوهای ایرژل ممکن است هزینه بالاتری داشته باشند ، اما بازده طولانی مدت صرفه جویی در مصرف انرژی ممکن است سودمندتر باشد.
عملکرد عایق حرارتی هیئت عایق Airgel با ضخامت آن (δ) و هدایت حرارتی (λ) تعیین می شود ، که بر مقاومت حرارتی کلی از طریق فرمول تأثیر می گذارد. اگرچه افزایش ضخامت می تواند اثر عایق حرارتی را بهبود بخشد ، اما محدودیت های فضا و هزینه وجود دارد. مواد کم λ می توانند با ضخامت کمتری به عملکرد عالی برسند ، بنابراین در کاربردهای عملی ، بهینه سازی هماهنگ برای دستیابی به تعادل بین عملکرد و اقتصاد {{2}
در آینده ، تحقیقات در مورد مواد هوایی بر کاهش بیشتر هدایت حرارتی متمرکز خواهد شد ، مانند بهبود عملکرد با تنظیم نانوساختارها و تقویت آبگریز استفاده می شود. در همان زمان ، طراحی ساختار کامپوزیت همچنین به یک تمرکز توسعه برای کاهش نیازهای ضخامت تبدیل می شود و راندمان کلی را با استفاده از انرژی رشد می کند. ساخت ، صنعت ، حمل و نقل هوایی و سایر زمینه ها .