建筑气凝胶复合采光玻璃的热工分析及热炸裂研究

摘要

普通单层玻璃在建筑中的应用起到了采光、通风和扩大视野的作用，但保温性能较差，双层玻璃的出现有效地解决了保温性能较差的问题，尤其是气凝胶复合采光玻璃这种保温、隔热性能好、传热系数小、隔音效果好的玻璃的出现，既弥补了单层玻璃隔热差、散热快的缺点，还能将双层玻璃的保温隔热的优势利用，具有良好的保温隔热以及防结露性能。但是气凝胶复合采光玻璃在发生火灾时存在破裂、脱落的危险性，会加速火灾蔓延并威胁人员逃生。因此气凝胶复合采光玻璃在火灾环境下的破裂、脱落行为以及应力分布情况的研究是建筑火灾安全的重要课题之一。
　　本文主要是从玻璃热工性能对比分析开始，然后采用了试验的方法从三种安装方式下的气凝胶复合采光玻璃热炸裂行为和四种不同气凝胶夹层厚度下的气凝胶复合采光玻璃热炸裂行为这两个方面重点研究了气凝胶复合采光玻璃的破裂行为规律，最后用ABAQUS数值模拟分析，主要做如下工作:
　　(1)首先分析气凝胶的传热形式，对比分析气凝胶复合采光玻璃与中空玻璃的热工性能。
　　(2)做四边遮蔽、左右遮蔽及上下遮蔽三种不同工况和8A、12A、16A、20A四种不同气凝胶厚度下的玻璃在受热情况下的炸裂试验，得到玻璃表面温度变化情况、玻璃的首次炸裂时间、炸裂时的温度、开裂位置和脱落情况。
　　(3)得到相关数据分析可以知道，同一气凝胶中间厚度情况下，四边遮蔽工况下的气凝胶复合采光玻璃最先炸裂，其次是左右遮蔽工况，尽管四边遮蔽最容易开裂，但是四边遮蔽工况是脱落比例低于另外两种安装方式，能够减少火势的蔓延，所以在具体安装时应根据具体情况来进行最优的选择。在8A、12A、16A、20A四种不同厚度的玻璃试验情况来看，中间厚度越大背火面越难开裂，脱落面积也越少。
　　(4)用ABAQUS有限元模拟软件对两种约束情况和两种不同中间层厚度进行数值模拟，来佐证试验中有关不同遮蔽情况和厚度对玻璃发生破坏的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 传热及热炸裂理论研究

1．2．2 热炸裂试验研究

1．3 气凝胶复合采光玻璃及其应用

1．3．1 气凝胶材料

1．3．2 气凝胶复合采光玻璃

1．3．3 气凝胶复合采光玻璃的工程应用

1．4 本文主要研究内容

第二章 气凝胶复合采光玻璃的热工性能研究

2．1 气凝胶传热分析

2．1．1 气凝胶热传导方式

2．1．2 降低气凝胶热传导率的方法

2．2 气凝胶复合采光玻璃与中空玻璃热工对比分析

2．2．1 玻璃放置方式对传热系数的影响

2．2．2 气凝胶复合采光玻璃与中空玻璃热工参数比较

2．3 节能分析

2．4 本章小结

第三章 气凝胶复合采光玻璃热炸裂试验

3．1 引言

3．2 试验方案

3．2．1 试验装置

3．2．2 试验材料

3．2．3 试验设计

3．2．4 试验操作步骤

3．3 玻璃温度随时间变化的规律分析

3．3．1 四边遮蔽情况玻璃表面温度分布

3．3．2 左右遮蔽情况玻璃表面温度分布

3．3．3 上下遮蔽情况玻璃表面温度分布

3．3．4 试验结果分析

3．4 玻璃首次破裂时间及首次破裂温度

3．4．1 三种遮蔽情况玻璃首次破裂时间、温度

3．4．2 四种不同厚度情况玻璃首次破裂时间、温度

3．4．3 试验结果分析

3．5 气凝胶复合采光玻璃的开裂、脱落

3．5．1 不同遮蔽情况的破裂分析

3．5．2 不同遮蔽情况气凝胶复合采光玻璃的脱落情况

3．5．3 试验结果分析

3．6 气凝胶复合采光玻璃气凝胶层的破坏情况

3．6．1 气凝胶颗粒情况

3．6．2 固定塑料板情况

3．7 对比分析与讨论

3．8 本章小结

第四章 有限元模拟分析

4．1 有限元模型的建立

4．1．1 单元格划分以及边界条件

4．1．2 材料属性参数的设置

4．2 数值模拟分析

4．2．1 应变分布

4．2．2 最大主应力

4．2．3 位移分析

4．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢