真空玻璃隔熱性能的理論與實驗研究

張志軍 張世偉 王 卓 徐成海

東北大學機械工程與自動化學院

　　摘要：真空玻璃作為二十一世紀新型透光保溫材料，因其具有保溫隔熱，防噪音，防結霜露等方面的優勢，使其在綠色節能領域有廣泛的發展空間。但由于真空玻璃制造技術的難度較高，目前國內外對其開展的理論研究和生產技術還處于起步階段。

　　本文主要針對真空玻璃的隔熱、隔聲性能進行相關研究，其結論對于真空玻璃在我國的研究和推廣，有一定理論指導和實際應用價值。在真空玻璃隔熱性能研究中，本文主要通過理論分析，仿真模擬和實驗測量三種途徑，進行了相應的研究。同時依據靜態熱箱法實驗原理，設計搭建了真空玻璃綜合熱傳導系數實驗測試臺，利用該實驗臺測得氣體在不同壓強下的傳熱系數曲線。并且依據實驗室現有條件探索制作了真空玻璃實驗樣品，預測軟支撐支柱將取代現有硬支撐支柱。在制作真空玻璃實驗樣品中，發明一種新的真空玻璃支柱結構，采用該支柱結構，解決了現有生產工藝中支柱擺放的問題。

　　本文對真空玻璃的傳熱機制進行深入分析后，根據玻璃固體導熱與輻射傳熱耦合的模型理論，建立真空玻璃傳熱的傳導輻射數學模型;利用吸收—發射介質的傳熱過程，得出了真空玻璃的玻璃層的非線性微分積分傳熱控制方程。為研究真空玻璃隔熱性能提供了新的理論方法。在利用ANSYS WORKBENCH 13.0 進行真空玻璃模型傳熱仿真模擬時，通過對比不同的劃分網格方法所計算的結果后，得到針對真空玻璃這種幾何結構的傳熱模型的網格劃分方法，即支柱區域網格劃分不必過密，但必須保證支柱在上下玻璃板投影區域的網格細化均勻且足夠密，這樣才能保證計算的精確度的結論。

　　利用所搭建的實驗臺，測得了真空玻璃狹縫內氣體在不同壓強下，真空玻璃的導熱系數。繪制了氣體隨壓強變化的導熱曲線，該曲線呈現扁“S”型。曲線拐點處壓強為氣體狀態發生轉變的壓強，該壓強可以由克努增系數估算得到。當真空玻璃內狹縫氣體壓強下降到0.1 Pa 時，氣體進入自由分子狀態以后，其狹縫內壓強的降低對傳熱系數的減少并不明顯，這也從實驗和理論上解釋了真空玻璃狹縫內氣體壓強為什么只要保持在0.1 Pa 以下即可達到理想的絕熱效果。