真空玻璃隔热性能的理论与实验研究

真空玻璃隔热性能的理论与实验研究

张志军 张世伟 王 卓 徐成海

东北大学机械工程与自动化学院

　　摘要：真空玻璃作为二十一世纪新型透光保温材料，因其具有保温隔热，防噪音，防结霜露等方面的优势，使其在绿色节能领域有广泛的发展空间。但由于真空玻璃制造技术的难度较高，目前国内外对其开展的理论研究和生产技术还处于起步阶段。

　　本文主要针对真空玻璃的隔热、隔声性能进行相关研究，其结论对于真空玻璃在我国的研究和推广，有一定理论指导和实际应用价值。在真空玻璃隔热性能研究中，本文主要通过理论分析，仿真模拟和实验测量三种途径，进行了相应的研究。同时依据静态热箱法实验原理，设计搭建了真空玻璃综合热传导系数实验测试台，利用该实验台测得气体在不同压强下的传热系数曲线。并且依据实验室现有条件探索制作了真空玻璃实验样品，预测软支撑支柱将取代现有硬支撑支柱。在制作真空玻璃实验样品中，发明一种新的真空玻璃支柱结构，采用该支柱结构，解决了现有生产工艺中支柱摆放的问题。

　　本文对真空玻璃的传热机制进行深入分析后，根据玻璃固体导热与辐射传热耦合的模型理论，建立真空玻璃传热的传导辐射数学模型;利用吸收—发射介质的传热过程，得出了真空玻璃的玻璃层的非线性微分积分传热控制方程。为研究真空玻璃隔热性能提供了新的理论方法。在利用ANSYS WORKBENCH 13.0 进行真空玻璃模型传热仿真模拟时，通过对比不同的划分网格方法所计算的结果后，得到针对真空玻璃这种几何结构的传热模型的网格划分方法，即支柱区域网格划分不必过密，但必须保证支柱在上下玻璃板投影区域的网格细化均匀且足够密，这样才能保证计算的精确度的结论。

　　利用所搭建的实验台，测得了真空玻璃狭缝内气体在不同压强下，真空玻璃的导热系数。绘制了气体随压强变化的导热曲线，该曲线呈现扁“S”型。曲线拐点处压强为气体状态发生转变的压强，该压强可以由克努增系数估算得到。当真空玻璃内狭缝气体压强下降到0.1 Pa 时，气体进入自由分子状态以后，其狭缝内压强的降低对传热系数的减少并不明显，这也从实验和理论上解释了真空玻璃狭缝内气体压强为什么只要保持在0.1 Pa 以下即可达到理想的绝热效果。