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玻璃微珠复合涂层的传热机理

  一般来说,隔热材料的热导率是传导、对流和辐射的综合效应。Skochdopole指出,直径小于4mm的泡孔内气体不会发生自然对流,中空微球的直径通常在几微米到几百微米之间,故可以不考虑空气的自然对流。在非高温下幅射占总传热量的比例很小,故也可不考虑热幅射。隔热材料的作用是减弱热交换的强度,并具有阻碍热量传递的特性。
  玻璃微珠复合涂层属于三相复合材料,包括成膜物和其他有机助剂形成的有机成分连续相、中空微球球壳相和气体相。在传热过程中,当遇到空心微珠时,仅小部分热量通过微球传导,而大部分热量则绕过微珠,由于微球的导热系数低,且在涂层中传热的路径变长并复杂化,导致传热性能下降。根据小热阻力法则和比等效导热系数相等法则,只要复合涂层的单元体与总体有相等的比等效热阻,不论单元体的尺度大小,在只考虑热传导时,这种单元体与总体的等效导热系数相等。
  由此可知复合涂层等效导热系数的计算,归结为具有相同比等效热阻的单元体的等效导热系数的计算。假定微球在基体中呈空间均匀分布,结构呈周期变化,温度沿热流方向呈线性分布,现将整体复合涂层视为由大量的正方单元体组成,边长为H,内部含有一个中空微球,内径为r,外径为R,热流从正方体顶面进入,则可建立复合涂层中一个单元传热的几何物理模型。考虑到空心微珠的对称性,可将三维温度场简化为二维传热过程。