بهبود كارايي و بررسي انتقال حرارت در ايروژل هاي ساختار گرادياني سيليكا با تغيير قطر حفرات

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

در ايروژل هاي باساختار گرادياني، تغيير قطر حفرات در ضخامت بر هدايت حرارتي موثر تاثير گذار است. از آنجا كه قطر حفرات با چگالي رابطه ي عكس دارد، پارامتر نسبت هدايت حرارتي موثر به چگالي ايروژل(B) تعريف مي شود.كمترين مقدار B نشان دهنده ي شرايط بهينه ايروژل است. هدف اين پژوهش، بهبود و شبيه سازي انتقال حرارت در ايروژل هاي ساختار گرادياني براي بررسي تاثير تغيير ساختار در ضخامت نمونه نسبت به ساختار هاي هموژن است. بدين منظور از داده هاي خواص و ساختار ايروژل سيليكا استفاده شده و همچنين اثر هدايت حرارتي بهم پيوستگي كلوييد ها در نظر گرفته شد. تغييرات انتقال حرارت با استفاده از نرم افزار كامسول براي ساختار هموژن با كمترين چگالي (L)، بالاترين چگالي (H) و با كمترين مقدار پارامتر B كه عنوان ساختار بهينه (OPT) معرفي شده، بررسي و با ميزان انتقال حرارت در ايروژل هاي ساختار گرادياني شبيه سازي شده مقايسه شد. ايروژل هاي ساختار گرادياني شبيه سازي شده در دو حالت از چگالي بالا به پايين (HtL) و چگالي پايين به بالا (LtH) طراحي و روند تغييرات دما با زمان در هر دو حالت مطالعه شده است. در نتايج بدست آمده، ايروژل ساختار گراديانيLtH كمترين ميزان انتقال حرارت را نشان داده (افزايش بازده 2 درصدي ساختار گرادياني(LtH) نسبت به ساختار بهينه(OPT)) و به عنوان بهترين ساختار براي ايجاد يك عايق حرارتي پيشنهاد مي شود.

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.