玻化微珠保温砂浆导热系数模型研究

摘要

玻化微珠保温砂浆具有优越的保温性能和较好的物理力学性能，因而在建筑节能领域的应用日趋广泛。工程应用上衡量玻化微珠保温砂浆的主要技术性能指标是导热系数。因此，本文针对玻化微珠保温砂浆导热系数开展研究，建立理论模型、进行理论计算，并进行了实验验证。
　　首先，本研究运用均匀化方法建立了玻化微珠保温砂浆单元胞体，根据横向热阻的不同将单元胞体划分成两种热阻网络，基于最小热阻力法则推导了两种热阻网络等效导热系数计算公式。通过计算发现单元体热阻网络的划分方式对等效导热系数的计算结果有很大的影响。
　　然后，应用ANSYS有限元软件模拟了导热系数测量方法——防护热板法，得到了单元体精确导热系数值。用ANSYS有限元软件模拟玻化微珠保温砂浆二维单元胞体的热传导过程，从得到的二维单元温度云图和热流矢量图分析了两种热阻网络模型计算值与有限元模拟值偏差来源，并对热阻网络模型进行了改进，将改进后的热阻网络模型计算值与有限元模拟值及实验值对比，结果均显示改进后的热阻网络模型比原来的两种热阻网络模型计算精度更高。
　　第三，用正交试验的方差分析，分析了除玻化微珠外其他组分掺量对玻化微珠保温砂浆导热系数的影响，得到了各因素对玻化微珠保温砂浆导热系数大小的影响顺序为发泡剂用量＞粉煤灰取代水泥量＞可再分散性乳胶粉用量的结论。
　　最后，考虑到孔隙对导热系数影响较大，本研究针对加入引气剂或发泡剂的玻化微珠保温砂浆提出了一种以改进的热阻网络模型为基础的新模型。新模型忽略其他组分掺量的影响，增加孔隙率为一变量，将玻化微珠保温砂浆看成是由孔隙、玻化微珠、水泥基体组成的三元体系。经实验验证，当模型的孔隙率含量在10％以内时，采用新模型计算的导热系数误差可控制在5％以内。

目录

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 保温隔热材料的国内外发展现状

1．1．1 国外保温材料的发展概况

1．1．2 国内保温材料的发展概况

1．2 复合材料的传热机理

1．2．1 传热学基本定律——傅立叶定律

1．2．2 复合材料传热机理

1．2．3 玻化微珠保温砂浆传热机理

1．3 复合材料导热系数理论计算模型研究现状

1．3．1 复合材料导热系数研究方法

1．3．2 两相复合材料相分布的三种典型模型

1．3．3 国外复合材料等效导热系数理论计算模型研究现状

1．3．4 国内复合材料等效导热系数理论计算模型研究现状

1．4 课题研究意义和主要内容

第2章 玻化微珠保温砂浆实验研究

2．1 试验原材料和基本性能的介绍

2．1．1 保温骨料

2．1．2 胶凝材料

2．1．3 改性组分

2．1．4 增强纤维

2．1．5 外加剂

2．2 实验设计

2．2．1 玻化微珠掺量对保温砂浆导热系数的影响研究

2．2．2 其它组分对保温砂浆导热系数的影响研究

2．2．3 孔空隙率对保温砂浆导热系数的影响研究

2．3 试块制作

2．4 试件的烘干

2．5 试件测试

2．5．1 导热系数测试方法

2．5．2 试块孔隙率测试方法

第3章 复合材料等效导热系数理论计算模型

3．1 引言

3．2 理论基础-最小热阻力法则

3．3 平行板模型

3．3．1 平行板模型等效导热系数计算公式

3．3．2 平行板模型等效导热系数结果分析

3．4 热阻网络模型

3．4．1 均匀化方法

3．4．2 单元体的建立

3．4．3 理论公式的推导

3．4．4 热阻网络模型的计算结果

3．5 计算值与实验值对比分析

3．6 本章小结

第4章 有限元模拟

4．1 引言

4．2 有限元法

4．2．1 稳态温度场的有限元法

4．3 ANSYS软件热分析概述

4．3．1 ANSYS热分析的理论基础

4．3．2 ANSYS热分析的应用步骤

4．4 三维模型数值计算

4．5 传热过程二维模拟分析

4．6 改进热阻网络模型计算值与有限元模拟值对比

4．7 实验验证

4．8 本章小结

第5章 考虑孔隙率的新理论模型

5．1 玻化微珠保温砂浆导热系数影响因素研究

5．2 考虑孔隙率的玻化微珠保温砂浆理论模型

5．2．1 改进模型导热系数计算步骤

5．2．2 改进模型试验验证

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附录A (攻读硕士期间发表的论文)