بهبود کارایی و بررسی انتقال حرارت در ایروژل‌های ساختار گرادیانی سیلیکا با تغییر قطر حفرات

نویسندگان

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

2 عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده
در ایروژل‌های باساختار گرادیانی، تغییر قطر حفرات در ضخامت بر هدایت حرارتی موثر تاثیر گذار است. از آنجا که قطر حفرات با چگالی رابطه‌ی عکس دارد، پارامتر نسبت هدایت حرارتی موثر به چگالی ایروژل(B) تعریف می‌شود.کمترین مقدار B نشان دهنده‌ی شرایط بهینه ایروژل است. هدف این پژوهش، بهبود و شبیه سازی انتقال حرارت در ایروژل‌های ساختار گرادیانی برای بررسی تأثیر تغییر ساختار‌ در ضخامت نمونه نسبت به ساختار‌های هموژن است. بدین منظور از داده‌های خواص و ساختار ایروژل سیلیکا استفاده شده و همچنین اثر هدایت حرارتی بهم پیوستگی کلویید‌ها در نظر گرفته شد. تغییرات انتقال حرارت با استفاده از نرم افزار کامسول برای ساختار هموژن با کمترین چگالی (L)، بالاترین چگالی (H) و با کمترین مقدار پارامتر B که عنوان ساختار بهینه (OPT) معرفی شده، بررسی و با میزان انتقال حرارت در ایروژل‌های ساختار گرادیانی شبیه سازی شده مقایسه شد. ایروژل‌های ساختار گرادیانی شبیه سازی شده در دو حالت از چگالی بالا به پایین (HtL) و چگالی پایین به بالا (LtH) طراحی و روند تغییرات دما با زمان در هر دو حالت مطالعه شده است. در نتایج بدست آمده، ایروژل‌ساختار گرادیانیLtH کمترین میزان انتقال حرارت را نشان داده (افزایش بازده ۲ درصدی ساختار گرادیانی(LtH) نسبت به ساختار بهینه(OPT)) و به عنوان بهترین ساختار برای ایجاد یک عایق حرارتی پیشنهاد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Performance Improvementand Investigation of Heat Transfer in Structurally Graded Silica Aerogels with Pores Diameter Changing

نویسندگان English

Mina Noroozi 1
Mahyar Panahi Sarmad 1
1 Polymer engineering department, Faculty of chemical engineering, Tarbiat Modares University
چکیده English

In graded structure aerogels, change of pores diameter through the thickness affects the effective thermal conductivity. As the pores diameter is reversely correlated to the density, the effective thermal conductivity of aerogel is often normalized to the density and it is expressed as the B parameter. Lower values of B would be the optimum conditions for the resulting aerogel. The objective of this work is to simulate the heat transfer of the homogenous structures and to compare it with structures that pore diameter vary through the thickness. For this purpose, the structure characteristics and properties of silica aerogel along with the effect of coupling thermal conductivity have to be taken into consideration. Using the COMSOLMultiphysics®software, the heat transfer was modeled for a number of cases, including homogenous structures with minimum density (L), maximum density (H) and for an optimum structure (OPT) having a minimum value of the B parameter. The results were compared to thestructurally graded aerogels in which the density was varied in two fashions, from higher values to lower (HtL) and from lower to higher values (LtH). The change of temperature with time was tracked for all the cases. Results indicated that the minimum value of heat transfer was obtained for the structurally graded aerogel of the type of LtH (a 2-percent increase of efficiency for LtH when compared to the optimum structure (OPT)). Therefore, this structure introduce as the best candidate for producing a thermal insulator.

کلیدواژه‌ها English

Silica aerogel
Gradient Structure
Heat Transfer
simulation