石蜡相变混凝土的制备及热工性能研究

为了研究添加石蜡相变微胶囊对混凝土热工性能的影响,在混凝土中采用相变温度为28°C的石蜡相变微胶囊等体积替换砂,制备石蜡相变混凝土,并对其进行导热系数、比热容性能试验.试验结果表明：掺有石蜡相变微胶囊的混凝土导热系数低于普通硅酸盐混凝土.当石蜡相变微胶囊掺量（体积分数）为10%时,导热系数为6.11 kJ·m^-1·h^-1·°C^-1,是普通混凝土导热系数的89.1%.当石蜡相变微胶囊相变材料温度为14°C（低于相变温度）时,其加入对混凝土比热容影响不大；当石蜡相变微胶囊相变材料温度为32°C（高于相变温度）,且其掺量（体积分数）为10%时,石蜡相变混凝土比热容为1.42 kJ·kg^-1·°C^-1,比普通混凝土的提高了18.3%.     

热塑性复合材料等效导热系数测定方法

为了提高热塑性复合材料的导热性,为热塑性复合材料的开发与应用提供依据,研究了一种热塑性复合材料等效导热系数测定方法。将聚酰亚胺模塑粉、胶体石墨和炭纤维作为原料,制备热塑性复合材料,搭建复杂环境下导热系数测试实验平台,通过稳态法对理论上单一材料的导热系数进行计算。把填料转换成体积含量,研究热塑性复合材料导热性能,发现填充石墨和炭纤维的热塑性复合材料导热性能有很大的不同,需研究一种通用的热塑性复合材料等效导热系数测定方法。生成等效结构,在此基础上,依据常物性、无内热源与稳态热传导对热塑性复合材料等效导热系数进行测定,利用从底向上的计算方式求出等效导热系数。通过实验测试平台测量炭纤维填充热塑性复合材料和石墨填充热塑性复合材料,结果表明,所提测定结果基本分布于实测数据周围。通过人为添加满足正态分布的实验误差当成实验测量值对等效导热系数进行测定,所提方法可在测量误差情况下给出准确的热塑性复合材料等效系数测定结果。可见所提方法测定结果准确。     

基于石墨混凝土的能源桩传热特性强化研究

能源桩能够充分利用混凝土良好导热性能,与周围土体进行换热。为了增强能源桩传热特性,向能源桩内添加高导热系数的石墨粉而制备出石墨混凝土桩体材料,并研究其导热及力学性能。结果表明,随着石墨体积比的增大,石墨混凝土试块导热系数呈加速上升趋势。当石墨体积比增至8%(占混凝土体积分数),其导热系数上升至2.73W/(m·K);抗压强度随着石墨体积比的增大而降低。与纯混凝土相比,添加5%石墨的混凝土,其导热系数增长近1倍,抗压强度下降23%,此添加率下的石墨添加方案为传热强化与强度下降的合理方案。COMSOL软件的有限元数值模拟结果也证明,添加5%石墨混凝土的能源桩的换热能力较普通能源桩更强。     

碳纳米管增强一维高导热C/C复合材料的微观结构与物理性能

以中间相沥青基炭纤维和中间相沥青为主要原料,并添加一定量多壁碳纳米管,通过热压成型和高温热处理工艺制备一维高导热C/C复合材料。采用偏光显微镜、扫描电镜、激光热导仪、电子万能试验机等对复合材料的微观结构、导热性能和力学性能进行表征。结果表明,碳纳米管的添加导致复合材料的孔隙率下降和体积密度升高,而且对复合材料的力学性能及不同方向的导热性能都有显著影响。随着碳纳米管添加量的增加,复合材料沿炭纤维轴向的室温热扩散系数逐渐降低,而垂直于纤维轴向的抗弯强度和室温热扩散系数均呈现先上升后下降的趋势。经过2900℃石墨化处理后,添加体积分数3%碳纳米管的复合材料垂直于纤维轴向的抗弯强度为113.4 MPa、热扩散系数为40.1mm~2/s,较未掺杂碳纳米管时分别提高了56%和79%。     

铁尾矿砂-膨润土混合材料导热性能

回填材料的导热系数是影响地源热泵系统性能的关键参数。在土壤中掺入石英砂、石墨、铁尾矿砂等导热性能较好的物质可以有效的提高回填材料的导热性能。选用铁尾矿砂与钠基膨润土组成混合材料,制备不同掺砂率、不同干密度以及不同含水率的试样。使用TC3000E瞬态热线法导热系数仪测定试样导热系数,分析其与掺砂率、干密度、含水率、饱和度等参数的关系,并探讨铁尾矿砂-膨润土混合材料导热系数预测模型。研究表明,混合材料的导热系数随掺砂率、干密度和含水率增大而增大。不同孔隙率下,导热系数与饱和度存在线性关系,并且孔隙率与各组拟合方程的斜率呈线性关系。基于Maxwell方程对悬浮物体积分数进行修正,构建铁尾矿砂-膨润土导热系数预测模型,能够较好的预测混合材料的导热系数。     

粉煤灰细度及水料比对加气混凝土导热性能的影响研究

为探讨粉煤灰细度与水料比对加气混凝土热工性能的影响,揭示导热系数产生变化的成因,利用防护热板法的DRH单试件导热系数测定仪,测试不同粉煤灰细度与水料比加气混凝土的导热系数,采用双因素方差分析方法,考察对加气混凝土导热性能影响的显著性,并研究其作用机理。结果表明：粉煤灰细度与水料比均对加气混凝土导热性能有显著影响;利用拉普拉斯公式,阐释两因素变化导致加气混凝土中气孔性状的改变,进而探析引起导热系数变化的根本原因,可为生产高性能粉煤灰加气混凝土提供借鉴。     

全再生骨料混凝土导热性能试验研究

采用德国HFM436/3/1E导热仪测试再生混凝土导热系数,研究再生细骨料取代率、再生细骨料粉体含量对再生混凝土导热性能的影响规律,并与普通混凝土进行对比.研究结果表明,再生粗、细骨料可明显降低混凝土导热系数,再生粗骨料取代率为100%时,其导热系数比普通混凝土降低了12.2%;再生粗骨料取代率为100%不变,其导热系数随着再生细骨料取代率的提高进一步降低,100%再生粗、细骨料的全再生混凝土,其导热系数比普通混凝土减小了23.6%;再生细骨料中粉体含量在7%以内对再生混凝土导热性能影响很小.最后进一步研究玻化微珠(GHB)对再生混凝土导热性能的影响.     

引气型玻化微珠粉煤灰保温混凝土性能试验研究

以轻集料玻化微珠和工业废弃物粉煤灰制备引气型玻化微珠粉煤灰保温混凝土﹒利用正交试验方法,测试玻化微珠和粉煤灰在不同掺量下引气型玻化微珠粉煤灰保温混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度,得出其最优掺量,并测定该掺量下混凝土试件的导热系数﹒试验结果表明:当玻化微珠掺量为20%、粉煤灰掺量为10%时,引气型玻化微珠粉煤灰保温混凝土抗压强度为35.4MPa,劈裂抗拉强度为2.15MPa,导热系数为0.431 73 W/(m·K),力学性能和热工性能均能达到我国建筑墙体材料的设计标准,满足建筑节能需求﹒     

高导热低热膨胀Al-20％Si/石墨片复合材料的制备与性能研究

采用真空热压烧结工艺制备高导热、低热膨胀的Al-20％Si/石墨片复合材料,探讨了热压强度、烧结温度和时间、石墨含量等工艺参数对复合材料导热性能的影响.采用金相显微镜观察复合材料的微观形貌,采用激光热导仪、膨胀系数分析仪以及电子万能测试机测试复合材料的导热系数、热膨胀系数和三点抗弯曲强度.结果表明:Al-20％Si/石墨片复合材料结构较为致密,石墨片在铝基基体中分散均匀;不同的工艺参数对复合材料的导热性能有明显影响,热压强度和温度越高,烧结时间越长,复合材料的导热性越好.当石墨质量分数为5％,热压强度45 MPa,烧结温度450℃,时间60 min时,垂直方向z导热系数约44 W·m-1·K-1,热膨胀系数约15×10-6/℃;但复合材料在三点弯曲压力下呈脆性断裂,抗弯曲强度仍待提高.     

内置保温层组合墙体混凝土导热系数试验研究

为了确定内置保温层组合墙体的承重墙和保温层外部保护层混凝土的导热性能,根据现场混凝土湿筛分工艺制备了基准混凝土、外部保护层细石混凝土和承重墙二次混合混凝土的试件。采用一维稳态热流计法对其进行了导热系数试验,研究了石子体积分数、石浆比对混凝土导热系数的影响。结果分析表明,混凝土导热系数与石浆比的相关性优于与石子体积分数的相关性。提出了基于石浆比影响的混凝土导热系数的预测公式。     

基于分形的多孔介质复合相变材料的储热特性

本文利用膨胀石墨和纳米颗粒来强化相变储热系统的传热性能。在膨胀石墨基体中填充含纳米颗粒的相变材料,用焓-孔隙度法模拟材料的相变过程。针对不规则的膨胀石墨孔隙结构,用三维W-M分形函数修正膨胀石墨孔隙率波动,以研究不同的孔隙率和有效导热系数比对固态显热蓄热阶段相变材料熔融速率的影响。在液态显热蓄热阶段时探讨膨胀石墨孔隙率以及纳米颗粒体积分数对相变储热系统中对流传热的影响。研究结果表明,分形分布的孔隙结构能有效地抑制纳米颗粒的自由运动从而降低了纳米颗粒的局部团聚的可能性,所以利用三维W-M分形函数修正的膨胀石墨比采用平均孔隙率能更好地模拟相变材料的熔融速率。在固态显热蓄热阶段,膨胀石墨孔隙率为0.8的相变材料熔融速率比孔隙率为0.85和0.9显著增加,另外,膨胀石墨与纳米颗粒-相变材料的有效导热系数比为100的熔融速率也明显比有效导热系数比为80和60的快。当相变材料处于液态显热蓄热阶段时,其在膨胀石墨孔隙中产生对流,对流传热速率随着膨胀石墨的孔隙率增大而增大,纳米颗粒体积分数的增加也会提高对流传热速率。     

混凝土湿热传导与湿热扩散特性试验研究(Ⅰ)--试验设计原理

了解不同含湿状态下混凝土的热物性与湿物性 ,对研究混凝土坝在不同时期的温度控制与表面保护措施具有重要意义 论述了“常功率平面热源法”测定混凝土湿热传导与湿热扩散特性的原理和方法 ,对影响测试精度的各个参数进行了误差传递分析 ,讨论了进行加热片热容修正的必要性 ,使整个试验能在设计的试验精度范围内展开 ,避免了试验安排的盲目性     

泡沫石墨作为相变储能材料填充物的研究

以石蜡为相变材料、泡沫石墨为支撑结构,文章利用泡沫石墨的多孔吸附特性,采用多次真空灌注方法制备了泡沫石墨/石蜡复合相变储热材料。采用Hot Disk热常数分析仪和差示扫描量热分析(DSC)对复合相变储热材料的热性能进行了表征。结果表明,石蜡充分吸附到泡沫石墨的蜂窝状微孔中,泡沫石墨的填充极大地强化了相变材料的导热能力;复合相变储热材料的相变温度与石蜡相似,其相变潜热与基于复合材料中石蜡含量的潜热计算值相当。设计了储能过程实验,并与纯石蜡试件进行了对比;储热性能测试结果表明,复合相变储热材料的储热速率比纯石蜡有了极大的提高。     

第二类边界条件下硬脂酸固液相变蓄能研究

通过引入有效导热系数来考虑自然对流对固液相变传热的影响,将相变蓄能模型简化为仅用能量方程描述,采用显热容法及正态分布液相率模型进行了求解.与硬脂酸固液相变实验的比较表明:自然对流对相变传热的影响不可忽略;修正后的有效导热系数经验公式能更准确地描述等热流边界条件下的固液相变过程;在等壁温边界条件下,相变速率随时间的推移而减小;在等热流边界条件下,相变速率随时间的推移而增大.     

石蜡和石墨复合相变材料的导热性能研究

石蜡作为相变材料的不足之处在于石蜡的导热系数低.为了改善石蜡的导热系数,实验利用导热系数较大的石墨和具有较高储热能力的石蜡制备出复合相变储能材料,分析了储热、放热过程中,石墨对石蜡传热特性及相变的影响.结果表明:石墨的掺入增加了复合材料的导热速率,减小了传热的波动性;复合材料的相变时间明显提前,固液相界面的移动加快,相变时间范围明显缩短,而相变温度区间基本不变.     

静电植绒法制备石墨微鳞片高导热界面材料

为了制备高导热、低热阻的大面积导热界面材料,使用静电植绒法在高电压静电场下垂直取向石墨微鳞片,取向后的石墨微鳞片阵列在平面方向上呈现无规且紧凑的结构。通过微粉灌注法向石墨微鳞片中填充高密度聚乙烯（HDPE）或聚氨酯微粉,或者通过液态刮涂法填充低黏度硅橡胶前驱体,加热固化后,形成大面积高导热界面材料。导热性能测试结果表明：石墨微鳞片阵列（粒径1 000 μm）与柔性聚氨酯微粉复合形成的导热膜在68.95 kPa和689.5 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为4.3 W/（m·K）和8.7 W/（m·K）;与柔性硅橡胶复合形成的导热膜在68.95 kPa和344.75 kPa的压力下测得的垂直方向导热率分别为2.0 W/（m·K）和4.1 W/（m·K）;与硬质HDPE微粉复合形成的导热膜由于表面过于粗糙和坚硬,无法测得可靠的导热率。实际散热效果显示,柔性硅橡胶导热膜与石墨纸贴合的散热结构能够将热聚集点的热量快速传递到石墨纸表面,并通过石墨纸层均匀散开。     

基于最小热阻理论的混凝土导热系数计算模型

针对传统混凝土导热系数计算模型机械地按照混凝土组成来划分热流途径而导致计算结果偏大的问题,基于最小热阻理论,并考虑到混凝土中孔隙作用,对传统混凝土导热系数计算模型进行了改进.通过引入传热面积比例系数的方法,使混凝土中热流途径的划分不仅满足了混凝土组成的要求,而且满足了最小热阻理论.采用该模型分别计算了8种混凝土的导热系数,其计算结果与实测结果的误差率在-14.0%～+5.1%范围内,而Harmathy模型和Campbell-Allenand Throne模型的计算结果与实测结果误差率分别在4.9%～29.3%和11.0%～32.1%范围内.相比于传统的混凝土导热系数计算模型,基于最小热阻理论建立的混凝土导热系数计算模型精度有了较大的提高.     

保温管道数值模拟及机器学习预测模型

通过模拟保温管道内流体的热传递过程，分析管道外径和保温层的热导率、密度、比热容、厚度对保温性能的影响规律，并使用机器学习对模拟所得数据进行训练，从而得到不同因素对保温性能的影响比重。结果表明，各参数特征中，管道外径占比39%、热导率占比37%、厚度占比13 %，密度及比热容两者共占比11%，故在影响管道保温性能的各因素中，管道外径、热导率、厚度占主要地位。各参数对保温性能的影响规律不同，多因素共同作用下，难以找到一个统一的函数模型来表达各参数对保温性能的影响规律。基于仿真模拟大量数据，利用机器学习建立预测模型，输入对应的参数即可预测相应的结果，该模型准确率达到99%，可以对实际应用进行指导。