探索多孔介質(zhì)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用

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1、探索多孔介質(zhì)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用摘要：多孔介質(zhì)由于其具有比表面積大、熱導(dǎo)率低、良好的蓄能性能等特點，在許多工程領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。本文簡要總結(jié)和介紹了多孔材料種類、主要性能及在大空間建筑的暖通空調(diào)領(lǐng)域的主要的應(yīng)用，并對其在暖通空調(diào)領(lǐng)域應(yīng)用過程中存在的主要問題進(jìn)行了分析，以便為其進(jìn)一步的研究及應(yīng)用提供參考。關(guān)鍵字：多孔介質(zhì)暖通空調(diào)應(yīng)用中圖分類號：TB494文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A前言很多學(xué)者都曾對大空間建筑氣流組織進(jìn)行過模擬研究，其處理邊界條件的方法不一而足，針對其研究建筑對象不同而不同。近年來隨著生活水平的提高，人們對空

2、調(diào)要求也日益提高。我國能源利用率一直處于較低水平，而暖通空調(diào)領(lǐng)域消耗了我國全部能源的三分之一，暖通空調(diào)行業(yè)的節(jié)能潛力是很大的。在“節(jié)能減排”、建設(shè)節(jié)約型社會的背景之下，利用開發(fā)多孔材料為該領(lǐng)域的節(jié)能又提供了一條新的方法。多孔介質(zhì)指多孔固體骨架構(gòu)成的孔隙空間中充滿單相或多相固體的介質(zhì)，由于其密度小、質(zhì)量輕、比表面積大、力學(xué)性能高、熱導(dǎo)率低、吸能性能好等優(yōu)異的物理和力學(xué)性能，已成為有巨大潛力的功能結(jié)構(gòu)材料。多孔介質(zhì)自身是多種物質(zhì)狀態(tài)的集合體，但由于特殊的物理屬性和特有的運輸方式，使其在不同的應(yīng)用場合可以發(fā)揮全然

3、不同的作用，因此多孔材料在各工程領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。多孔介質(zhì)的特點及性質(zhì)直觀上來講多孔介質(zhì)實際上是指固體物質(zhì)組成的骨架以及由骨架分隔成大量微小空隙所構(gòu)成的物質(zhì)。所以孔隙是物質(zhì)中存在的空而無物的空間，其中極其微小的可視為“分子間隙”，而其極大者被稱作“孔洞”。多孔介質(zhì)中的孔隙尺寸是介于以上兩者之間的。Manegold曾設(shè)計了一套空隙空間的分級方法，他將孔隙分為空隙、毛細(xì)管隙、迫開隙。三種孔隙分別具有以下特點：空隙的內(nèi)壁對其內(nèi)部水動力學(xué)流動影響不大；毛細(xì)管隙的內(nèi)壁對其內(nèi)部水動力學(xué)流動影響很大但不會影響流體分子

4、結(jié)構(gòu)；迫開隙的內(nèi)壁會影響流體分子結(jié)構(gòu)Bear，Zaslavsky和Irmay總結(jié)了多孔介質(zhì)更為普遍的特點：1）多孔介質(zhì)是多相物質(zhì)所占據(jù)的空間，且多相物質(zhì)中至少有一相不是固體，固體部分被稱作骨架，而多孔介質(zhì)范內(nèi)沒有固體的那部分空間稱作孔隙空間。2）在多孔介質(zhì)所占據(jù)的空間內(nèi)固體相應(yīng)遍及整個多孔介質(zhì)，孔隙空間應(yīng)比較狹窄。3）構(gòu)成多孔介質(zhì)孔隙空間的某些孔隙應(yīng)是相互連通的。此類孔隙被稱為有效空隙空間，而不連通的孔隙相對于流體可視為骨架。從上述多孔介質(zhì)的特點中可以得知多孔介質(zhì)的以下基本性質(zhì)：1）多孔介質(zhì)具有孔隙性。多孔

5、介質(zhì)的孔隙性一般用孔隙率來表示，其定義為多孔介質(zhì)中的孔隙體積占多孔介質(zhì)總體積的百分比?？紫堵室话阌啥嗫捉橘|(zhì)中骨架的粒徑分布和孔徑分布所決定。2）多孔介質(zhì)具有可壓縮性。多孔介質(zhì)的可壓縮性是指其在受到外力作用時所發(fā)生的形態(tài)改變。一般用壓縮性系數(shù)表示，其定義為單位外力引起的多孔介質(zhì)體積變化與總體積的比值。日常生活中多孔介質(zhì)的實例顯而易見，眾多天然材料、人造材料甚至生命體均為多孔材料。根據(jù)研究領(lǐng)域不同，多孔材料可分為地質(zhì)多孔材料，例如土壤、巖石、地下含水層等；人造多孔材料，如服裝、陶瓷、高分子聚合材料等；生命體多孔

6、材料，如樹木、森林等。多孔介質(zhì)的研究狀況多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)千差萬別，孔隙尺寸跨度很大，最小的微孔多孔介質(zhì)其孔隙尺寸為納米級而大的空隙尺寸可以到米級。多孔介質(zhì)的性質(zhì)與其孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，包括孔隙分布、孔隙尺寸、孔隙形狀和孔隙體積。E.Kierlik.M.L.Rosinberg和G.Tarjus研究了無序多孔材料中流體的壓力分布規(guī)律，他們應(yīng)用格林-波戈留波夫方法推導(dǎo)出了在無序多孔介質(zhì)中流動流體的熱力學(xué)壓力表迗式。陳凱華，宋存義等人采用多孔介質(zhì)模型模擬了氣流通過挫風(fēng)抑塵墻的流動情況。N6lioHenderson和E

7、lineFlores研究了多孔介質(zhì)內(nèi)的表面流動狀況，這種類型的流動常見于應(yīng)用科學(xué)和工程領(lǐng)域，如色譜分析，表面萃取，石油儲存柜等。多孔介質(zhì)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用4.1泡沫塑料泡沫塑料又稱多孔塑料，是一種以塑料為基本組成部分，內(nèi)含大量氣泡孔隙的多孔塑料制品。其特點：相對密度低，是所有多孔材料中密度最小的一類；隔熱性能優(yōu)良；熱導(dǎo)率低；隔音效果佳；比強(qiáng)度高等。硬質(zhì)泡沫塑料熱導(dǎo)率低、強(qiáng)度大。閉孔率高，適合作冰箱、冷庫、冷藏集裝箱、管道保溫等的保溫隔熱材料。用熱導(dǎo)率低于空氣的氣體（如三氯氟甲烷CC13F等）取代孔穴中的空

8、氣，可提高泡沫塑料的隔熱性能。多孔的泡沫塑料介質(zhì)對浮塵的尺寸選擇性取樣十分有用。通過浮塵取樣的檢測對照，證明在不同材料的除塵測試中泡沫塑料具有高的灰塵捕集容量。泡沫塑料不但可以制造生物環(huán)境方面的灰塵顆粒尺寸選擇器，也可作為某些場合的空氣過濾裝置，如防塵口罩等。4.2多孔陶瓷材料的應(yīng)用多孔陶瓷的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，主相為氣孔，是一種高溫特性綠色材料。多孔陶瓷材料有如下特性：①化學(xué)穩(wěn)定性好；②機(jī)械強(qiáng)度和剛度高；