真空绝热板热桥效应传热模型分析与优化
对于真空绝热板(VIP)热桥效应进行数值分析,引入边缘线性传热率概念作为衡量热桥效应大小的标准量,根据稳态传热的初始条件建立热流传递模型,分析计算各种影响因素。研究结果表明,主要影响因素包括芯板的传热系数和厚度、隔热结构的传热系数和厚度、VIP之间添加介质的传热系数和厚度以及VIP的规格。其中,随着芯板传热系数和厚度的增加,隔热结构的传热系数和厚度的降低,添加介质的传热系数和厚度的降低,VIP规格的增加呈下降趋势。结合影响因素,提出降低真空绝缘板隔热膜厚度和传热系数,降低芯板和添加介质的传热系数,适度增加VIP规格,改进安装过程等优化措施,降低热桥效应。
真空绝热板作为一种新型高效的保温材料,已有50多年的发展历史。试验表明,性能优异的VIPS传热系数可低至5mW/(m·K),它是一般保温材料的1/6到1/10。隔气结构是VIPS的重要组成部分,其功能是保持板内的真空值。隔气结构一般由铝铂或含铝铂的多层聚酯基膜组成。但铝铂的传热系数极高,约为真空保温板芯板的2×104~105倍。在从热端传递到冷端的过程中,部分热量不可避免地通过边缘区域通过隔气结构直接从热端流向冷端,产生热桥效应。
国内外也开始研究分析热桥效应,建立了热桥效应边缘线性传输率的计算模型,计算模型与数值模拟的偏差保持在5%以内。温永刚等国建立了热桥效应扩展模型,阐述了影响热桥效应的因素。杨春光选择了有限元分析方法,提出了热桥效应的优化措施。阿迪安康等建立热流传输数学模型也提出了相应的降低热桥效应的措施。本文在前人研究的基础上,建立了边缘线性传输率模型并进行了分析,提出了好的热桥效应优化措施,找到了创新点,对VIPS的推广应用起到了重要的指导作用。