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絕熱防腐耐磨陶瓷涂料的絕熱原理

  1絕熱防腐耐磨陶瓷涂料的絕熱原理

  1.2絕熱防腐耐磨陶瓷涂料的絕熱機理

  對于絕熱涂料而言,(固體)熱傳導主要由絕熱材料中的固體部分來完成;熱對流則主要由絕熱材料中的空氣來完成;熱輻射的傳遞不需要任何介質。因此要實現超級絕熱材料的目的,一是要使材料的體積密度在保持足夠的機械強度的同時,其體積密度要較端的小;二是要將空氣的對流減弱到較限;三是要通過近于無窮多的界面和通過材料的改性使熱輻射經發射、散射和吸收而降到較低。

  研究結果表明,當材料中的氣孔直徑小于一定尺寸時,氣孔內的空氣分子則失去了自由流動的能力,而是相對地附著在氣孔壁上,這時材料處于近似于真空狀態。同時由于材料內部含有較多的發射界面與散射微粒,再加上在熱輻射吸收方面對材料進行改性,保證了陶瓷絕熱涂料不論在高溫、常溫及低溫下有良好的絕熱效果。

2絕熱防腐耐磨陶瓷涂料 的協同絕熱理論

  絕熱防腐耐磨陶瓷涂料涉及到真空絕熱技術、紅外反射技術、熱力學技術以及散射技術、防腐技術等,它是眾多絕熱技術協同作用的結果。其理論應屬多學科邊緣技術的結合,在此稱為協同絕熱理論概括如下:

  2.1真空隔熱(保溫)原理

  真空隔熱(保溫)一般情況下系用以下方案:1)采用高真空雙層壁;2)采用高真空的型腔,型腔內有一定數量的中間拋光薄片作為反射屏,它能很好的反射光線,以防止熱量輻射傳遞;3)有粉末狀的物質或者輕質纖維的型腔,這類粉末或者輕質纖維有良好的隔熱保溫特性。無論什么情況,任何一種隔熱保溫方法,包括三種熱量:

 ?。?Q殼-Q氣+Q輻

 ?。褮?隔熱保溫材料 殼體傳遞的熱量。隔熱保溫材料殼體傳遞熱量(Q殼)取決于殼體的結構。

 ?。褮?隔熱保溫材料之間填充的氣體傳導熱量和氣體對流所傳遞的熱量。

 ?。演?輻射傳熱。如果要高真空隔熱保溫,那么在不同溫度(To和Tx)兩個表面所建立隔熱保溫殼體內,需建立10-1Pa左右的真空,這幾乎完全排除了氣體傳遞熱量(Q氣)。

  氣體傳遞的熱量取決于殼體內氣體分子的特性它服從努森準則。

 ?。耍?1/d>1

  式中1-分子平均自由度

 ?。?系統的特性尺寸

  當真空隔熱保溫材料殼體內真空度達到10-1Pa,氣體分子數量大大減少,分子的自由行程可以達幾百厘米,即分子的自由度很大,即Kn遠大于1,分子相互碰撞幾率很小,因此分子熱傳遞大大減弱。但當殼體內真空度達到10-2~10-3Pa,假如真空隔熱保溫殼體內填充有粉末狀片狀填料,系統的隔熱保溫能力可增加幾倍,這是因為在真空隔熱保溫殼體內填充粉末片狀填料可以減少(或消除)輻射熱傳遞。

  2.2紅外輻射的基本原理

  從熱輻射觀點來看,外層空間可以近似看成一個 溫度為零的黑體,如果在大氣外設一個 溫度為T=300K的黑體,則它將被逐漸地冷卻下來。根據斯蒂分-波爾茲曼定律,可以近似算出它輻射到外層空間的單位面積能量W:

 ?。?aT-4=5.7×10-8(300)-4=450W/m2

這個數值是非常高的致冷量。但如果把此黑體放到地面上,則其致冷效果將急劇下降,這主要是由于大氣阻擋部分紅外輻射到達外層空間。在波長為8~13.5μm的區域內,水蒸汽和二氧化碳的吸收能力也較弱,這樣就使大氣層對8~13.5μm的紅外輻射有很高的透過能力。在紅外氣象學中,稱這個透過率很高的波段為'紅外口'。通過這個'窗口',地面上的輻射體可以直接輻射到外層空間。輻射體的輻射效果直接與它的輻射性能有關。假設輻射體表面涂有一層特殊的光譜選擇性涂層,其特性為:在8~13.5μm波段內,此涂層的紅外輻射性能等同于黑體,而在此'窗口'外它是理想的反射體,即不發射(因此也不吸收)輻射能。這種理想的光譜選擇涂層的輻射特性可用圖1來表示。

  絕熱防腐耐磨陶瓷涂料做為保冷使用時,我們為它設計的面漆輻射性能就類似于理想的選擇性輻射體。圖2是陶瓷 絕熱涂料 面漆的反射率和吸收率隨波長的變化關系。曲線表明,在8~13.5μm波段內,這種材料具有很強的吸收能力(根據基爾霍夫定律,其輻射能力也很強),但在其它波段,它卻有很高的反射能力,因此,它有著類似于理想黑體的輻射特性。

  根據紅外涂料光吸收輻射原理,吸收系數A由涂料成分決定。A值增加,則涂層的光譜發射率β、γ也增大。當調整涂料組成時,若它的吸收系數變大,將使涂料發射率β、γ增加。所以要使涂料在8~13.5μm波段內有高的發射率,必須加入此波段范圍具有高峰吸收值的物質,增強輻射體表面在此范圍的輻射能力。另外,降低散射系數S數值(將涂料中的發射基料研磨成微小顆粒),也有利于提高涂料的發射率。

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