بهبود خواص حرارتی اَبَرعایق چندلایه بر پایه ایروژل نووالاک

ولی پور گودرزی, بابک; بهرامیان, احمدرضا

بهبود خواص حرارتی اَبَرعایق چندلایه بر پایه ایروژل نووالاک

نویسندگان

بابک ولی پور گودرزی ¹

احمدرضا بهرامیان ²

¹ گروه مهندسی پلیمر، دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

² عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

در بین مواد بشرساخت، ایروژل دارای کمترین ضریب هدایت حرارتی است. کمترین میزان هدایت حرارتی که ایروژل می‌تواند داشته باشد، معادل هدایت حرارتی گاز هوا، W/mK021/0 است. در برخی کاربردها، هدایت حرارتی بسیار کمتری مورد نیاز است. در این تحقیق از ایروژل‌ نووالاک به عنوان جداکننده در طراحی و ساخت ابرعایق چندلایه با صفحات بازتابشی آلومینیوم استفاده شده است. عملکرد این عایق‌ها به شدت به چگالی، تخلخل و ابعادحفرات جداکنند‌های ایروژل و همچنین تعداد لایه در واحد ضخامت کل عایق چندلایه وابسته است. در این تحقیق به منظور کاهش هدایت حرارتی موثر عایق‌های چندلایه، دو متغیر چگالی جداکننده ایروژل جداکننده و نسبت تعداد لایه در ضخامت عایق(چگالی لایه)، برای شرایط مرزی دمایی ˚C25 تا ˚C200 مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا، با بررسی تاثیر تغییرات چگالی ایروژل نووالاک بر هدایت حرارتی، ایروژل نووالاک با چگالی g/cm3 076/0 به عنوان بهترین جداکننده در عایق چندلایه انتخاب شد، و در بخش بعدی، نسبت 25 لایه در هر سانتی متر از ضخامت عایق به عنوان بهترین چگالی لایه انتخاب شد. در نهایت با ساخت عایق چندلایه بر اساس این نتایج، عایق با ضریب هدایت حرارتی موثر حدود W/mK4-10×5 بدون اعمال خلا در لایه جداکننده حاصل شد.

کلیدواژه‌ها

اَبرعایق‌های چندلایه

ایروژل پلیمری

جداکننده نانوساختار

لایه بازتابشی

موضوعات

مهندسی پزشکی

عنوان مقاله English

Thermal properties improvement of multilayer super insulators based on novolac aerogel

نویسنده English

Babak Valipour Goudarzi ¹

¹ Department of Polymer, Faculty of chemical engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran

چکیده English

In human-made materials, aerogels have the least thermal conduction coefficient. The least thermal conduction, which aerogels can have, is equivalent to air conduction, about 0.021W/mK. In some applications, lowest conductions is to be needed. In this study, novolac aerogles are used as spacer, for designing and making multilayer super insulators with aluminum foil reflective layers. The performance of these insulators, are extremely depends on density, porosity and the size of pores in aerogel and number of layers in the overall thickness of insulator. In this study, for decreasing effective thermal conduction of multilayer insulations, tow parameters of density of aerogel and ratio of number of layers to thickness of insulator (layer density), are examined in 25 ˚C to 200 ˚C boundary conditions. First, by assessment of aerogel novolac density effect on thermal conduction, aerogel with density of 0.076 g/cm3 was chosen as the best spacer. In the next part, ratio of 25 layer per centimeter of thickness was chosen as the best layer density. Finally, by making multilayer super insulators, based on this results, an insulator with 5×10-4W/mK effective thermal conductivity was obtaind without evacuation of spacer.

کلیدواژه‌ها English

Multilayer super insulator

Polymeric aerogels

Nano-structure spacer

Reflector layer

1- Hedayat A., Hastings A. and Brown T., Analytical Modeling of Variable Density Multilayer Insulation for Cryogenic Storage., NASA/TM–2004–213175.
2- Spinnler M., Winter E.F. and Viskanta R., Studies on High-Temperature Multilayer Thermal Insulations, International Journal of Heat and Mass Transfer, 47, 1305–1312,2004.
3- Bi C., Tang G.H., Hu Z.J., Yang H.L. and Li J.N., Coupling Model for Heat Transfer Between Solid and Gas Phases in Aerogel and Experimental Investigation, International Journal of Heat and Mass Transfer,79, 126-136, 2014.
4- Naseri I., Kazemi A., Bahramian AR. and Kashani M.R., Preparation of organic and carbon xerogels using high-temperature–pressure sol–gel polymerization, Materials & Design 61, 35-40, 2014.
5- Pirard R., Blacher S., Brouers F. and Pirard J. P., Interpretation of Mercury Porosimetry Applied to Aerogels, Journal of Material Research, 10,2114–2119, 1995.
6- Ruben G. C. and Pekala R. W., High-Resolution Transmission Electron Microscopy of the Nanostructure of Melamine-Formaldehyde Aerogels, Journal of Non-Crystal Solids,186,219–231, 1995.
7- Pirard R. and Pirard J.-P., Mercury Porosimetry Applied to Precipitated Silica, Stud. Surface Science Catalyst, 128, 603–611, 2000.
8- Alié C., Pirard R., and Pirard J.-P., Mercury Porosimetry: Applicability of the Buckling–Intrusion Mechanism to Low-Density Xerogels, Journal of Non-Crystal Solids,292,138–149, 2001.
9- Pirard R., Sahouli B., Blacher S., and Pirard J.-P., Sequentially Compressive and Intrusive Mechanisms in Mercury Porosimetry of Carbon Blacks, Journal of Colloid Interface Sci,217, 216–217, 1999.
10- Pirard R., Rigacci A., Marechal J. C., Quenard D., Chevalier B., Achard P., and Pirard J.-P., Characterization of Hyperporous Polyurethane-Based Gels by Non-Intrusive Mercury Porosimetry,Polymer44 , 4881–4887, 2003.
11- Bahramian A.R. and Kokabi M., Ablation Mechanism of Polymer Layered Silicate Nanocomposite Heat Shield,Journal of Hazardous Materials 166, 445-454,2009.
12- Johnson W.L., Optimization of Layer Densities for Spacecraft Multilayered Insulation Systems, Cryogenics Test Laboratory, Kennedy Space Center,4865-4867, 2009.
13- Can H. and Yue Z., Calculation of High-temperature Insulation Parameters and Heat Transfer Behaviors of Multilayer Insulation by Inverse Problems Method, Chinese Journal of Aeronautics ,27,791-796, 2014.
14- Ji T., Zhang R., Sunden B. and Xie G., Investigation on thermal Performance of High Temperature Multilayer Insulations for Hypersonic Vehicles under Aerodynamic Heating Condition, Applied Thermal Engineering 70, 957-965,2014.