纤维多孔介质介观尺度结构对其真空绝热性能的影响

陆家希，曹 丹，阚安康，朱文兵，袁野百合

（上海海事大学商船学院, 上海201306）

随着国家节能减排战略的持续推进，绝热行业的标准及市场规模逐年提升，而真空绝热板（Vacu⁃um insulation panel, VIP）因其优异的绝热性能，被认为是最有研究和运用前景的绝热材料之一。为提升VIP 的绝热性能，延长其使用寿命，近几十年来，人们对各种VIP 芯材进行了研究[1⁃5]。其中，纤维多孔介质（Fibrous porous material, FPM）因具有较高热稳定性、较低的成本以及在高真空度下优异的绝热性能，备受青睐[6]。揭示FPM 内气固两相共轭传热机理，对进一步提高玻璃纤维芯材VIP的绝热性能、降低其生产成本，具有重要意义。

FPM 内部的传热强度及其有效导热系数（Ef⁃fective thermal conductivity, ETC）的大小不仅取决于各组分的物理性质和孔隙率（密度），还取决于其介观结构特征。而事实上，鉴于多孔介质的不规则特性，用实验方法直接控制或测量其介观结构是极其困难的。为研究介观结构特征对多孔介质传热的影响，诸多专家学者一直都在积极寻求一种能够用几何参数随机生成复杂孔隙结构的方法。由于其网格化的特点，这一方法很容易与格子Boltzmann 方法（Lattice⁃Boltzmann method, LBM）相结合。LBM 被广泛用于模拟多孔介质中的传热传质过程[7⁃9]，从本质上讲，它作为一种介观尺度的数值模拟方法，在求解复杂流动时具有很大优势：一方面，LBM 不需要复杂的边界条件来保证气固界面能量方程的连续性；另一方面，并行算法可以很容易地与其结合以求解计算量巨大的复杂多孔结构[10]。比如，Chen 等[11]采用基于扫描电……