多孔材料温度场模拟及在大坝保温中的应用

摘要

保温隔热是土木工程、航空航天、能源动力、电气电子等工程中普遍关注的问题。建筑外墙保温问题、大体积混凝土结构抗裂问题、高温环境下对温度敏感的仪器设备的热保护问题、电子器件散热问题等均需要有效隔热和积极散热措施。多孔材料同时具备轻质、多功能和可设计等特点，在满足其他功能的同时具有良好的防热性能。多孔材料隔热、强化传热等性能分析与研究以及以其为基础的散热结构设计优化，具有重要的理论意义和应用价值。
　　在这一需求的牵动下，本文主要研究了考虑辐射和传导等影响的多孔材料热传输性能的表征方法，建立了考虑辐射影响的闭孔随机分布多孔材料热性能分析的方法，分析了材料的表征特征对温度场的影响，研究大坝常用保温材料的应用，并结合三峡大坝保温材料的选择，建立相应的有限元模型，模拟不同材料的应用，主要内容包括：
　　（1）考虑辐射的多孔材料传热性能表征的多尺度方法。以闭孔类多孔材料高温隔热应用为背景，建立了考虑辐射的传热性能表征的随机分布多孔介质模型。该方法首先利用具有严格数学理论的均匀化方法计算具有周期性分布的空心材料的传热性能，得到了纯导热时的等效传热系数和空心材料较为精确的温度场。在此基础上，计算了多孔材料等效辐射传热系数。
　　（2）研究大坝结构常用多孔保温材料，着重对模塑聚苯乙烯泡沫塑料，挤塑聚苯乙烯泡沫塑料、聚氨酯硬质泡沫塑料和膨胀珍珠岩保温材料进行了微观特性的研究。
　　（3）本文结合三峡大坝三期工程的保温材料的选择案例，对不同材料的传热特性进行分析，得到相应的数值模拟结果。并根据不同保温材料的施工方法，对比选择合适的方案。
　　本文研究了不同情况下随机分布多孔介质的温度场，并计算相应的等效热传导系数，对于多孔介质的温度和力学特性研究有一定的参考意义。

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1 绪论

1.1 多孔材料传热特性研究进展

1.2 大坝保温材料的研究

1.3 本文的研究内容

2 考虑辐射的多孔材料传热性能的多尺度分析方法

2.1 引言

2.2 随机多孔有限元模型

2.3 三维稳态热传导分析

2.4 考虑辐射效应的传热分析

2.5 等效热传导系数的计算

2.6 热传导系数相关性分析与优化设计

2.7 本章小节

3 大坝常用多孔保温材料及其微观特性

3.1 引言

3.2 闭孔结构材料的微观特性

3.3 本章小节

4 三峡大坝保温方案分析

4.1 引言

4.2 工程概况

4.3 保温方案选择

4.4 聚苯乙烯板的应用

4.5 保温效果

4.6 本章小节

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

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