气凝胶中遮光剂的辐射特性计算及优化设计.pdfVIP

气凝胶中遮光剂的辐射特性计算及优化设计 于海童 刘 东 段远源 王晓东 (1 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室，二氧化碳资源化利用与减排技术北京市重点实验室，北京 100084) (2 华北电力大学新能源与可再生能源北京市重点实验室，北京 102206) 文 摘 以TiO微米颗粒为例，计算了不同形状遮光剂颗粒的光学特性，表征形状、尺寸对颗粒光学特性 的影响，并考虑实际遮光剂颗粒的粒径分布，计算了不同形状颗粒的平均光学特性。为满足工程需要，针对球 形遮光剂，给出了粒径服从对数正态分布律时使材料高温下辐射热导率最小的遮光剂参数优化设计，由此可使 1300K下遮光气凝胶的辐射热导率降低至纯气凝胶的 1／10左右。 关键词 气凝胶 ，遮光剂 ，T矩阵，辐射传热 中图分类号 ：TB32 DOI：10．3969／j．issn．1007-2330．2014．01．008 RadiativePropertiesCalculation andOptimizationofOpacifier ParticlesinAerogel YU Haitong LIU Dong DUAN Yuanyuan WANG Xiaodong2 (1 KeyLaboratoryforTherm~ScienceandPowerEngineeringofMOE，BeijingKeyLaboratoryforCO2 UtilizationandReductionTechnology，TsinghuaUniversity，Beijing 100084) (2 StateKeyLaboratoryofAlternateElectricalPowerSystemWithRenewableEneryg Sources，NoahChinaElectric PowerUniversity，Beijing 102206) Abstract Thiswork，usingTiO2microparticleswithdifferentgeometriesasanexample，modelsopacifieroptical parameters’dependenceontheirshapesandsizes，andcomputestheiraveragepropertiesaccordingtotheactualsize distribution．Inconsiderationofindustrialapplications，thisworkdiscussestheoptimizationofopacifierparametersto minimizehightemperatureradiativetransferforsphericalparticlewith alog-normalsizedistribution，achievingan opacifiedaerogel’Sradiativeconductivityaslow as1／10thevalueofpureaerogels． Keywords Aerogel，Opacifier，T—matrix，Radiativetransfer 0 引言 ZrO2等 一 (图1)。 气凝胶是人类已知的密度最小、热导率最低的固 体材料 j，其常温热导率低于20mW／(m·K)，作为 轻质、高性能隔热材料，在航空航天、能源动力、建筑 工业等领域有极为重要的应用前景 J。因纯气凝 胶本身阻挡 1～8 m波段红外热辐射能力差，而在 600～1300K的高温下，辐射传热的绝大部分能量集 中在这一波段，故辐射传热量会随温度升高而显著增 加；为满足高温环境下的隔热需要，在气凝胶中添加 对红外光有强散射、吸收能力的遮光剂颗粒，合成气 (a) 块状SiC遮光剂 凝胶复合材料；常用遮光剂种类包括炭