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绝热防腐耐磨陶瓷涂料的绝热原理

  1绝热防腐耐磨陶瓷涂料的绝热原理

  1.2绝热防腐耐磨陶瓷涂料的绝热机理

  对于绝热涂料而言,(固体)热传导主要由绝热材料中的固体部分来完成;热对流则主要由绝热材料中的空气来完成;热辐射的传递不需要任何介质。因此要实现超级绝热材料的目的,一是要使材料的体积密度在保持足够的机械强度的同时,其体积密度要较端的小;二是要将空气的对流减弱到较限;三是要通过近于无穷多的界面和通过材料的改性使热辐射经发射、散射和吸收而降到较低。

  研究结果表明,当材料中的气孔直径小于一定尺寸时,气孔内的空气分子则失去了自由流动的能力,而是相对地附着在气孔壁上,这时材料处于近似于真空状态。同时由于材料内部含有较多的发射界面与散射微粒,再加上在热辐射吸收方面对材料进行改性,保证了陶瓷绝热涂料不论在高温、常温及低温下有良好的绝热效果。

2绝热防腐耐磨陶瓷涂料 的协同绝热理论

  绝热防腐耐磨陶瓷涂料涉及到真空绝热技术、红外反射技术、热力学技术以及散射技术、防腐技术等,它是众多绝热技术协同作用的结果。其理论应属多学科边缘技术的结合,在此称为协同绝热理论概括如下:

  2.1真空隔热(保温)原理

  真空隔热(保温)一般情况下系用以下方案:1)采用高真空双层壁;2)采用高真空的型腔,型腔内有一定数量的中间抛光薄片作为反射屏,它能很好的反射光线,以防止热量辐射传递;3)有粉末状的物质或者轻质纤维的型腔,这类粉末或者轻质纤维有良好的隔热保温特性。无论什么情况,任何一种隔热保温方法,包括三种热量:

 ?。?Q壳-Q气+Q辐

 ?。芽?隔热保温材料 壳体传递的热量。隔热保温材料壳体传递热量(Q壳)取决于壳体的结构。

 ?。哑?隔热保温材料之间填充的气体传导热量和气体对流所传递的热量。

 ?。逊?辐射传热。如果要高真空隔热保温,那么在不同温度(To和Tx)两个表面所建立隔热保温壳体内,需建立10-1Pa左右的真空,这几乎完全排除了气体传递热量(Q气)。

  气体传递的热量取决于壳体内气体分子的特性它服从努森准则。

 ?。耍?1/d>1

  式中1-分子平均自由度

 ?。?系统的特性尺寸

  当真空隔热保温材料壳体内真空度达到10-1Pa,气体分子数量大大减少,分子的自由行程可以达几百厘米,即分子的自由度很大,即Kn远大于1,分子相互碰撞几率很小,因此分子热传递大大减弱。但当壳体内真空度达到10-2~10-3Pa,假如真空隔热保温壳体内填充有粉末状片状填料,系统的隔热保温能力可增加几倍,这是因为在真空隔热保温壳体内填充粉末片状填料可以减少(或消除)辐射热传递。

  2.2红外辐射的基本原理

  从热辐射观点来看,外层空间可以近似看成一个 温度为零的黑体,如果在大气外设一个 温度为T=300K的黑体,则它将被逐渐地冷却下来。根据斯蒂分-波尔兹曼定律,可以近似算出它辐射到外层空间的单位面积能量W:

 ?。?aT-4=5.7×10-8(300)-4=450W/m2

这个数值是非常高的致冷量。但如果把此黑体放到地面上,则其致冷效果将急剧下降,这主要是由于大气阻挡部分红外辐射到达外层空间。在波长为8~13.5μm的区域内,水蒸汽和二氧化碳的吸收能力也较弱,这样就使大气层对8~13.5μm的红外辐射有很高的透过能力。在红外气象学中,称这个透过率很高的波段为'红外口'。通过这个'窗口',地面上的辐射体可以直接辐射到外层空间。辐射体的辐射效果直接与它的辐射性能有关。假设辐射体表面涂有一层特殊的光谱选择性涂层,其特性为:在8~13.5μm波段内,此涂层的红外辐射性能等同于黑体,而在此'窗口'外它是理想的反射体,即不发射(因此也不吸收)辐射能。这种理想的光谱选择涂层的辐射特性可用图1来表示。

  绝热防腐耐磨陶瓷涂料做为保冷使用时,我们为它设计的面漆辐射性能就类似于理想的选择性辐射体。图2是陶瓷 绝热涂料 面漆的反射率和吸收率随波长的变化关系。曲线表明,在8~13.5μm波段内,这种材料具有很强的吸收能力(根据基尔霍夫定律,其辐射能力也很强),但在其它波段,它却有很高的反射能力,因此,它有着类似于理想黑体的辐射特性。

  根据红外涂料光吸收辐射原理,吸收系数A由涂料成分决定。A值增加,则涂层的光谱发射率β、γ也增大。当调整涂料组成时,若它的吸收系数变大,将使涂料发射率β、γ增加。所以要使涂料在8~13.5μm波段内有高的发射率,必须加入此波段范围具有高峰吸收值的物质,增强辐射体表面在此范围的辐射能力。另外,降低散射系数S数值(将涂料中的发射基料研磨成微小颗粒),也有利于提高涂料的发射率。

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