摘 要

在隔热材料研究的历史上，实际上绝大多数是可见材料，但随着时代的进步和科学技术的发展，无形空气层隔热效应逐渐引起了人们的关注。

本文借助ANSYS软件首先针对通风小空气间隙双层板结构进行了三维数值模拟求解，从而研究小空气间隙是否具有隔热效果以及其影响因素。维持所构造模型其它边界条件不变，改变其间隙间距的变化，从而获得六种不同间距下的温度场分布情况；然后再将间隙间距设为定值，改变入口气体的速度，从温度场分布图探究分析气体速度对于隔热效果的影响。
  研究结果表明，小空气间隙会影响物体的隔热效果，当小空气间隙间距增大时，隔热效果增加，间距到达一定值时，间距对隔热的影响不再增加；入口的气体速度也会在一定程度时影响到隔热的效果。小空气间隙对隔热的影响将为我国节能技术的发展提供了一个新的方向。

关键词：隔热材料；ANSYS软件；小空气间隙；有限元分析

Abstract

In the history of thermal insulation materials, the vast majority is actually visible material, but with the progress of the times and the development of science and technology, invisible air layer insulation effect has gradually attracted people's attention.

     In this paper, the three-dimensional numerical simulation of the double-deck structure of the small air gap is carried out by ANSYS software to study whether the small air gap has the effect of heat insulation and its influencing factors. Maintain the other boundary conditions of the constructed model, change the change of the gap spacing, and obtain the temperature field distribution at six different intervals. Then, the gap spacing is set to the value, the velocity of the inlet gas is changed, The influence of gas velocity on the insulation effect is analyzed.

The results show that the small air gap will affect the insulation effect of the object, when the small air gap increases, the insulation effect increases, the distance reaches a certain value, the spacing of the heat insulation is no longer increased; inlet gas velocity Will affect the effect of insulation to a certain extent. The effect of small air gap on the insulation will provide a new direction for the development of energy saving technology in China.

Key words: insulation material; ANSYS software; small air gap; finite element analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2 小空气间隙隔热的概述 2

1.3 国内外研究现状 3

1.3.1 国内研究现状 3

1.3.2 国外研究现状 4

1.3.3 研究存在的问题 4

1.4本文的主要研究内容和章节安排 5

第2章 传热学的基础理论 6

2.1封闭空气层的热阻 6

2.1.1空气间层隔热原理 6

2.2 导热的传热原理和基本方程 7

2.2.1导热的基本定律 7

2.2.2导热的基本微分方程 8

2.3对流的传热原理和基本方程 9

2.3.1 对流的连续性方程 9

2.3.2 对流的能量方程 9

2.4 辐射的传热原理和基本方程 10

2.4.1 黑体辐射基本定律 10

2.4.2 实际表面辐射特性 10

2.5湍流及其数值模拟方法 11

2.6本章小结 11

第3章 温度场以及数值分析简述 12

3.1温度场概述 12

3.1.1 温度场的数学表达 12

3.1.2 影响温度场的因素 13

3.2 数值分析概述 14

3.2.1 有限元法 14

3.3 本章小结 15

第4章 小空气间隙传热模型的模拟计算 16

4.1 ANSYS有限元分析软件 16

4.2 小空气间隙传热的模型及传热过程 16

4.3 小空气间隙隔热的模拟 18

4.3.1 工况一-小空气间隙间距变化模拟 19

4.3.2 工况二-入口速度变化模拟 25

4.4 数据分析与说明 31

4.5 本模拟中的不足之处 32

4.6 本章小结 32

第5章 结论与展望 34

5.1结论 34

5.2展望 34

参考文献 36

致谢 37

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

能源是任何国家经济发展不可或缺的物质基础，是对国民经济发展和产业结构升级的重要支撑。如今，中国的社会经济与工业在不断地发展，而发展所需要的能源也在不断增多。在现代经济迅猛发展的趋势中，能源消费是无法避免的，大幅上涨的能源消耗已经成为一个公认的难题。到2010年，在能源消耗方面中国已经超越了美国占据了世界首位，年均能源耗费量占有世界总消耗量的五分之一之多^[1]。虽然中国总的能源消耗量很高，但是中国是世界公认的人口第一大国，对应的人均能源耗费量还不足同期发达国家的五分之一。在这个阶段，中国正在努力地改变过去以高代价的投入来换取高经济增长的发展模式，放慢经济增长速度，同时降低能源消耗量以及过度消耗能源对环境的不利影响。积极转变经济发展方式，合理地调整国内的产业构架，加大对能源节约技术开发的力度，大力提倡使用节能产品，提升能源使用的管理水平，改善能效规范和标准，进一步地提高能源利用率。改变能源消费模式，一方面是在对一次能源开发中采用新的先进技术从而提高能源利用率，尽可能地降低有害污染物的排放；另一方面，通过增加清洁能源的使用比例来减少总体能源消耗对环境产生的不利影响。现阶段中国的能源使用战略的基本内容为坚持以大量化使用节约型能源为核心，以尽可能地节省资源为基本国策；坚持环保的使用理念，最大限度地降低污染物的排放量。由于长期对能源的无节制开采，能源短缺已经成为了影响国家经济发展的严重问题，节能减排策略的实施迫在眉睫。优化资源开发策略，大力倡导节能技术的推广，推动能源开发的技术创新是解决国内资源选择约束的唯一方法。

因此，人们一方面加大对新能源（如太阳能，核能，风能等）的开发使用力度，提高能源的利用率。绝大多数能源都被用在各种装置中进行热量释放和转化，其中一部分能源直接被应用于企业的供暖锅炉，窑炉等热装置释放热量，一部分能源通过动力装置转化为机械能输出动力，还可以由机械能经过发电装置为人类的工作生活提供电能。当然，开发新能源需要有效的开采技术以及各种功能型材料，而开采技术的完善性和应用材料的有效性对能源的利用率有很大程度的影响。另一方面人们还注重节能方案的实施，进一步地实现节约能源的效果。在生产过程中，持续引入新的先进技术，不断地应用新型的节能环保材料，不断地完善工艺流程与改善生产环境，杜绝资源浪费的现象。近三十多年来，人们一方面研究了各种新型隔热节能材料，另一方面更注重挖掘和利用能源的生产、转换、储存、保存等相关材料的高温热性能，出现了许多用于能源开发和利用的功能隔热材料。众所周知，通过应用节能措施达到环保目的要比重新开发一种新型能源简单得多，而隔热又是一种较为容易实现的节能技术，应用的范围广泛，因此人们越来越重视对隔热技术的研究^[2]。