超微顆粒絕熱材料之熱傳研究

Abstract

絕熱材料向來即為熱傳學領域內之一重要研究主題，而尋找具有比空氣更低之熱傳導 係數的紹熱材料更為學術界及工業界努力的方向之一。近年來發現利用超微顆粒多孔 性材料能減少氣體分子間之熱傳導而可望達到上述之目的。本研究之目的即在探討超 微顆粒絕熱材料之熱傳現象，並以Ａｅｒｏｓｉｌ ３８０為例子。本文分為兩大部 分。第一部分在探討此種絕熱材料之輻射熱傳現象。對輻射熱傳遞方程式分別以擴散 近似法及雙通量模式求解，並以ＤＤ０法之結果檢驗此二近似解之準確度。其輻射特 性則先應用雷萊(Ray leigh)散射理論計算出單一顆粒的散射及吸收係數，再應用理 論模式決定相依散射及吸收係數。本文亦考慮邊界放射率對輻射熱傳之影響。由結果 顯示：在黑體邊界下，輻射熱傳導係數將隨固體顆粒體積分率之減小或邊界溫度之升 高而快速增大；而在低放射邊界下，則具有極低之輻射熱傳導係數，且其受邊界溫度 及固體顆粒體積分率之影響很小。 第二部分在探討熱傳導與熱輻射綜合之影響並預測此種絕熱材料在高溫狀況下之熱傳 情形。此部分所用之方法為ＤＤ０法。Ａｅｒｏｓｉｌ ３８０輻射特性之實驗值及 平均溫度在３００∼４００°Ｋ範圍內之等效熱傳導係數實驗值被用來推導出固體熱 傳導係數（包括固體顆粒間與氣體分子間之熱傳導）與溫度之關係式，再應用此關係 式預測此種絕熱材料在其他溫度下之等效熱傳導係數。由結果顯示：在室溫狀況下， 輻射熱傳約佔此種材料總熱傳量之百分之十；但當溫度升至１０００°Ｋ左右時，輻 射熱傳之比率將高達百分之四十。