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合肥真空绝热板使用寿命数值分析及预测

2019-06-26
  真空绝热板的长期稳定性已经成为诸多研究单位、生产企业和使用者最为关心的问题之一。文章建立了相应的使用寿命预测数学模型,并对不同多孔介质芯材的真空板使用寿命进行了数值分析及预测。采用实验结果与预测数学模型进行了对比分析,两者吻合较好。提出了延长使用寿命的措施,设计了可降阶反气体渗透的方法用以延长真空板的使用寿命。文章所建立的数学模型及分析方法对真空板的生产和推广应用具有指导意义。
  合肥真空绝热板是由多孔介质芯层隔热材料、高阻气性的隔气结构及气体吸附材料复合而成的一种保温材料,其导热系数低达0. 004 W/( m·K) 以下,为常规保温材料的1 /7,甚至1 /10。VIPs的高效绝热性能日益为社会认可和接受,在建筑、航空航天、交通运输、家用电器等领域得以广泛应用。在二次产品开发时,用户总是希望在产品的整个使用寿命期内真空板可以保持高效的保温性能,而影响其使用时间的因素众多。如何保证其长期稳定性已成为众多学者、生产企业和使用单位最为关注的问题之一。对其使用寿命的研究,对真空板的生产推广、二次产品的研发等具有重要指导意义。
  真空板的研究多存在于其热工性能及导热系数的预测领域,而对真空板使用寿命的相关技术概念存在混淆和误解,如不了解绝热与保温的概念,不明确真空板中心区域导热系数和有效导热系数之间的区别,对于真空板失效的界定及判断标准模糊等。事实上,真空板的导热系数并不是恒定不变的,随着其在保温场合使用的时间推移,绝热性能会随之衰减,导热系数也会随之上升。因真空板导热系数的变化受诸多因素的影响,目前对其的研究主要是存在于试验研究阶段,理论研究也已深入微尺度空间。但受客观因素影响,这些试验数据及结论很难再现,并推动理论知识的发展。
  工程热物理及传热学将导热系数为0. 20W/( m·K) 作为保温材料及非保温材料的分界线,但对绝热材料与普通保温材料并没有给出明确分界。美国ASTM C 1484-01 标准规定,绝热材料指的是在平均温度为24℃( 75 F) 的测试环境中,中心区域导热系数不高于0. 011495 W/( m·K) 的保温材料。
  本文取0. 0115 W/( m·K) 作为绝热材料导热系数的上限。事实上,真空板使用寿命又可分为实际使用寿命和标准工况使用寿命。实际使用寿命指的是在其使用环境中真空板导热系数满足绝热材料临界值的使用年限。实际使用寿命在很大程度上取决于真空板设计与材质、使用环境及所允许的最小热阻值。标况下的使用寿命指在温度为24℃、相对湿度为50%的条件下真空板保持超绝热性能的年限。真空板公司认为真空板的实际使用寿命是大于还是小于标准条件下的使用寿命取决于使用环境与要求的最小热阻值。本文采用数值分析和实验研究的方法对真空绝热板的标况下的使用寿命进行了预测,并提出了延长真空绝热板的使用寿命的措施。
  合肥真空板因长期使用,气体、水蒸汽会通过隔气结构及封口渗入到板内、以及隔气结构和芯材释放气体到板内,都会造成板内气压的上升,从而影响其使用寿命。隔气结构是形成真空环境的屏障,是VIPs的重要组成部分。隔气结构导热系数、厚度等因素都会对真空板的边缘热桥效应的高低有一定影响,从而影响真空板的有效导热系数。隔气结构的透气性能与透湿性能直接影响真空板内的真空度稳定性,从而影响其绝热性能的长期稳定性。
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