纳米复合隔热材料高温耦合传热实验测量及物性参数辨识
针对纳米复合隔热材料的高温耦合传热实验设计、测量与参数辨识的多因素不确定性问题，基于克拉美罗下界(Cramér-Rao lower bound，CRB)方法，考虑参数辨识中涉及的各种实验测量误差，建立了材料高温辐射与导热性质多参数辨识的不确定度分析方法。结合实验测量方案，利用该方法进行先验估计，分析了多误差因素存在下参数辨识结果的不确定度及各误差因素的贡献份额，并对高温实验测量中的温度传感器布置进行优化设计。 研制了纳米复合隔热材料高温瞬态传热特性实验测量装置，可实现近真空到200 kPa气压、2300 K以下的高温辐射加热环境模拟，用于纳米复合隔热材料、光学窗口材料、多孔泡沫材料、陶瓷等固体材料样件的高温瞬态传热过程实验研究，测量获得温度、热流密度及背面红外热像图谱数据。通过多维耦合传热数值模拟分析、结合多点热电偶测温结果，验证了高温实验过程中试件测量区的一维传热特征。利用该实验装置，开展了氮气环境中孔隙率约为 83%的某新型纳米复合隔热材料高温瞬态传热特性实验测量，获得了压力0.01 Pa~100 kPa、温度290 K~1190 K范围内的瞬态温度响应和稳态热流密度数据。 基于材料的高温热特性实验测量数据，通过辐射-导热瞬态耦合过程的多参数辨识反演，获得了纳米复合隔热材料等效导热系数、真实导热系数、Rosseland平均输运衰减系数和散射反照率等随温度、压力变化的参数数据。利用上述辐射、导热性质参数数据，通过数值模拟与另外开展的实验测量结果比较，验证了辨识所得辐射与导热性质参数的可靠性。进一步，考虑材料传热计算中各不确定参数的误差水平，采用蒙特卡洛法随机抽样确定计算参数，进行辐射-导热瞬态传热过程数值模拟；通过对上千次模拟结果的统计分析，对该新型纳米复合材料的高温隔热性能进行了概率评估。 通过研究，建立了纳米复合隔热材料高温耦合传热特性的分析方法和实验测量手段，获得了某新型纳米复合隔热材料的辐射、导热性质参数及其温度、压力依变性规律，实现了其高温瞬态隔热性能评估。为深入认识此类隔热材料的高温传热机理、预测其瞬态隔热性能、进行可靠的防隔热设计提供了理论基础和技术支撑。
及物性;纳米复合隔热材料;辐射-导热耦合;高温热性质;参数辨识
哈尔滨工业大学
博士
工程热物理
夏新林
2017
中文
TB383
2019-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）