余遠(yuǎn)明 王明 陳志鋒 方文振 陶文銓

YU Yuanming1 WANG Ming1 CHEN Zhifeng1 FANG Wenzhen2 TAO Wenquan2

1.美的集團(tuán) 廣東佛山 528311；2.西安交通大學(xué)熱流科學(xué)與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 陜西西安 710049

1. Midea Group Foshan 528311;2. MOE Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering of XI’AN JIAOTONG University Xi’an 710049

1 引言

聚氨酯硬質(zhì)泡沫是一種保溫性能優(yōu)異、應(yīng)用非常廣泛的保溫隔熱材料，也廣泛應(yīng)用在家電領(lǐng)域，比如儲(chǔ)水式電熱水器、冰箱、冷柜等。聚氨酯硬質(zhì)泡沫是電熱水器的主要保溫材料，一般是由異氰酸酯（俗稱黑料）和組合聚醚多元醇（俗稱白料，包括一種或多種聚醚多元醇、發(fā)泡劑、勻泡劑、催化劑和阻燃劑等）充分混合反應(yīng)后，在電熱水器的儲(chǔ)水內(nèi)膽和外殼之間的空間，發(fā)泡反應(yīng)形成具有許多微細(xì)泡孔的多孔泡沫材料保溫層。聚氨酯硬質(zhì)泡沫的保溫性能直接決定了電熱水器的能效等級(jí)，而保溫性能主要取決于材料的導(dǎo)熱系數(shù)。聚氨酯硬質(zhì)泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)取決于很多因素，比如原料的配方體系（包括發(fā)泡劑的種類和數(shù)量）、發(fā)泡工藝、發(fā)泡設(shè)備，以及發(fā)泡后形成的泡沫的微觀結(jié)構(gòu)等。

本文基于不同聚氨酯硬質(zhì)泡沫的掃描電鏡圖像，采用Hot Disk實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析和格子Boltzmann數(shù)值模擬方法研究了聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)，并深入分析其等效導(dǎo)熱系數(shù)與各微觀影響因子之間的定量化關(guān)系。最后，基于研究結(jié)果，提出了優(yōu)化聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料隔熱性能的方案。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試與分析

本文實(shí)驗(yàn)采用基于瞬態(tài)平面熱源法的Hot Disk熱常數(shù)分析儀測(cè)量，其不僅可以測(cè)試各向同性的材料，也可以測(cè)試各向異性的材料[1]。對(duì)于各向異性的材料，可同時(shí)得到材料軸向和徑向的等效導(dǎo)熱系數(shù)。

圖1 材料等效導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖

圖1是本文所采用的等效導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖，通過(guò)該測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)量了5種不同的聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料（20℃～80℃）在垂直于發(fā)泡方向和平行于發(fā)泡方向上的等效導(dǎo)熱系數(shù)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 不同聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù) mW/(m·K)

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明聚氨酯硬質(zhì)泡沫在平行于發(fā)泡方向上的等效導(dǎo)熱系數(shù)高于垂直于發(fā)泡方向上的等效導(dǎo)熱系數(shù)。這是由于發(fā)泡劑的吹動(dòng)作用，有更多比例的固相聚氨酯分布在沿著發(fā)泡劑氣體的吹動(dòng)方向上，使得這個(gè)方向上的導(dǎo)熱系數(shù)較高。

表1所述5種聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料的導(dǎo)熱系數(shù)有較大的差異，這是因?yàn)樗鼈兪遣煌陌l(fā)泡體系，也就是說(shuō)其中的發(fā)泡劑的種類和數(shù)量不一樣，并且泡沫內(nèi)部的泡孔結(jié)構(gòu)不一樣。為研究泡沫微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響，本文采用掃描電鏡，獲取了上述5種不同的聚氨酯硬質(zhì)泡沫的微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像，如圖2～圖6所示，其中的泡孔壁（圖中偏白色部分）為固相，泡孔內(nèi)（圖中偏黑色部分）為氣相，可以看出不同體系的泡孔大小和分布情況并不相同。

圖2 聚氨酯硬質(zhì)泡沫微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像（泡沫1）

圖3 聚氨酯硬質(zhì)泡沫微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像（泡沫2）

圖4 聚氨酯硬質(zhì)泡沫微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像（泡沫3）

圖5 聚氨酯硬質(zhì)泡沫微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像（泡沫4）

圖6 聚氨酯硬質(zhì)泡沫微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡圖像（泡沫5）

3 數(shù)值計(jì)算方法

聚氨酯硬質(zhì)泡沫在垂直于發(fā)泡和平行于發(fā)泡的方向上的等效導(dǎo)熱系數(shù)并不一樣。在電熱水器中，大部分聚氨酯硬質(zhì)泡沫的保溫隔熱方向，是垂直于發(fā)泡方向的。因此本文以下的分析計(jì)算，都指的是垂直于發(fā)泡方向的等效導(dǎo)熱系數(shù)。

在計(jì)算聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)之前，首先需獲得塊材聚氨酯（也就是沒(méi)有泡孔時(shí)的聚氨酯樹(shù)脂）的導(dǎo)熱系數(shù)，和泡孔內(nèi)混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)。塊材聚氨酯的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系如下[3]：

λbulk=0.197×（1+0.0017T）W/(m·K) （1）

泡孔內(nèi)混合氣體的導(dǎo)熱系數(shù)，就是泡孔內(nèi)混合氣體的平均導(dǎo)熱系數(shù)值。聚氨酯硬質(zhì)泡沫泡孔內(nèi)的氣體組分大致相同，發(fā)泡劑氣體的比例為30%～35%，二氧化碳為61%～67%，空氣為3%～5%[4]。在知道了各氣體成分的比例后，可由式（2）計(jì)算得到泡孔內(nèi)混合氣體的平均導(dǎo)熱系數(shù)[5]：

其中：yi是各氣體的體積分?jǐn)?shù)；λi是各氣體（發(fā)泡劑氣體、二氧化碳、空氣）的導(dǎo)熱系數(shù)，不同氣體在不同溫度、不同壓力下的導(dǎo)熱系數(shù)值，可由REFPRP軟件（NIST軟件）獲得。

在獲得聚氨酯硬質(zhì)泡沫的掃描電鏡圖像（獲取聚氨酯硬質(zhì)泡沫的微觀結(jié)構(gòu)）后，基于掃描電鏡圖像，可以采用格子Boltzmann方法數(shù)值計(jì)算聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)。

基于以上分析，采用了2種方法來(lái)獲得聚氨酯硬質(zhì)泡沫的數(shù)值結(jié)構(gòu)。一種是采用掃描電鏡圖像數(shù)值化的方法，另一種是采用自編程的重構(gòu)算法來(lái)數(shù)值重構(gòu)出聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效數(shù)值結(jié)構(gòu)。

3.1 基于掃描電鏡圖像獲得數(shù)值結(jié)構(gòu)

基于以上5種聚氨酯硬質(zhì)泡沫的掃描電鏡圖像，可通過(guò)數(shù)值化處理獲得它們的數(shù)值結(jié)構(gòu)，如圖7是聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料1的數(shù)值化結(jié)構(gòu)。

圖7 聚氨酯硬質(zhì)泡沫的數(shù)值化結(jié)構(gòu)（泡沫1）

本文基于格子Boltzmann方法[6]計(jì)算上述結(jié)構(gòu)的聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料在給定溫差下的內(nèi)部溫度場(chǎng)（邊界條件是左、右等壁溫，兩側(cè)絕熱），并進(jìn)一步計(jì)算得到聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)[7]。圖8是熱端為65℃，冷端為20℃時(shí)，聚氨酯硬質(zhì)泡沫的內(nèi)部溫度場(chǎng)。

基于該溫度場(chǎng)，可以計(jì)算得到沿著溫度梯度方向的熱流量為：

圖8 聚氨酯泡沫的內(nèi)部溫度場(chǎng)

則該材料的氣固耦合導(dǎo)熱系數(shù)（只含氣相、固相兩部分的貢獻(xiàn)）為：

聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料的整體等效導(dǎo)熱系數(shù)是氣固耦合導(dǎo)熱系數(shù)和輻射導(dǎo)熱系數(shù)的線性疊加之和，其中輻射導(dǎo)熱系數(shù)采用以下方法計(jì)算。

聚氨酯硬質(zhì)泡沫一般認(rèn)為滿足光學(xué)厚假設(shè)，輻射熱流可以按照Rossland擴(kuò)散方程來(lái)描述，進(jìn)而可計(jì)算得到材料的輻射導(dǎo)熱系數(shù)。材料的消光系數(shù)是描述材料抑制輻射傳熱的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，消光系數(shù)越大，輻射越難透過(guò)材料，因而較大的消光系數(shù)意味著較小的輻射導(dǎo)熱系數(shù)。材料的消光系數(shù)可用下式計(jì)算：

其中：d是泡孔直徑，βw是壁面的消光系數(shù)，βw=60000m-1[4]；在獲得消光系數(shù)的大小后，輻射等效導(dǎo)熱系數(shù)的計(jì)算式如下[4]：

其中，σ是輻射常數(shù)。從式（5）和（6）可以看出，輻射導(dǎo)熱系數(shù)是溫度的三次方關(guān)系，因而隨著溫度的升高，輻射急劇增加，聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料的平均孔徑增大或密度減小，消光系數(shù)減小，輻射導(dǎo)熱系數(shù)增加。

表2和表3分別是所選取的聚氨酯硬質(zhì)泡沫材料1和材料5在不同溫度下的等效導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，可以看出在水平和垂直于發(fā)泡方向上的等效導(dǎo)熱系數(shù)，數(shù)值計(jì)算值的相對(duì)誤差均在±3.0%以內(nèi)，因此可以通過(guò)該數(shù)值計(jì)算方法，深入分析各個(gè)微觀因子對(duì)聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)的定量化的影響。

表2 泡沫1的等效導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值的對(duì)比

表3 泡沫5的等效導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值的對(duì)比

3.2 自編程數(shù)值重構(gòu)

圖9是數(shù)值重構(gòu)聚氨酯硬質(zhì)泡沫等效數(shù)值結(jié)構(gòu)的流程圖，基于此來(lái)研究孔隙率、孔徑、閉孔率等微觀影響因子對(duì)聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響。

圖9 重構(gòu)算法流程圖

圖10是兩種不同的聚氨酯硬質(zhì)泡沫（在垂直于發(fā)泡方向，認(rèn)為是各向同性，用圓來(lái)代替泡孔）的微觀結(jié)構(gòu)，孔隙率分別為0.98和0.93，孔徑分別為240 μm和420 μm。

圖10 兩種不同聚氨酯硬質(zhì)泡沫的微觀結(jié)構(gòu)（垂直于發(fā)泡方向）

對(duì)于各向異性（平行于發(fā)泡方向）的情況，則采用橢圓代替圓來(lái)生成平行于發(fā)泡方向的數(shù)值結(jié)構(gòu)圖。圖11為兩種不同微觀結(jié)構(gòu)的聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效結(jié)構(gòu)（平行于發(fā)泡方向）。

圖11 兩種不同聚氨酯硬質(zhì)泡沫的微觀結(jié)構(gòu)（平行于發(fā)泡方向）

4 各因子對(duì)聚氨酯硬質(zhì)泡沫等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律

4.1 孔徑的影響

不同平均孔徑的聚氨酯硬質(zhì)泡沫，具有不一樣的等效導(dǎo)熱系數(shù)。圖12為孔隙率為0.97時(shí)聚氨酯硬質(zhì)泡沫（其中的發(fā)泡劑為環(huán)戊烷）各部分的導(dǎo)熱系數(shù)（輻射導(dǎo)熱系數(shù)λr、氣固耦合導(dǎo)熱系數(shù)λc、整體等效導(dǎo)熱系數(shù)λe）隨平均孔徑的變化關(guān)系。

從圖12中可以看出，氣固耦合導(dǎo)熱系數(shù)隨著平均孔徑的增加略微有所增加，而輻射導(dǎo)熱系數(shù)隨著平均孔徑的增加而增加，因而整體導(dǎo)熱系數(shù)也隨著平均孔徑的增加而增加。這是因?yàn)殡S著平均孔徑的增加，材料的消光能力減弱，因而透過(guò)的輻射增多，相應(yīng)的輻射導(dǎo)熱系數(shù)增加（由式（5）和式（6）可知）。平均孔徑為420 μm的聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)（0.02298 W/(m·K)）比平均孔徑為210 μm的等效導(dǎo)熱性（0.02036 W/(m·K)）高出了12.84%。

4.2 孔隙率的影響

4.2.1 純環(huán)戊烷體系聚氨酯硬質(zhì)泡沫

聚氨酯硬質(zhì)泡沫的孔隙率φ和它的密度ρf是一一對(duì)應(yīng)的，可由φ=1-ρf/ρs計(jì)算得到，其中ρs是塊材聚氨酯（無(wú)泡孔時(shí)）的密度。在純環(huán)戊烷體系（發(fā)泡劑只有環(huán)戊烷一種）聚氨酯泡沫中，兩種不同平均孔徑的聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著孔隙率的變化關(guān)系如圖13所示（泡沫的孔隙率為0.92～0.99，泡沫的密度為12 kg/m3～96 kg/m3）。從圖中可以看出，氣固耦合導(dǎo)熱系數(shù)隨著孔隙率的增加（氣相比例增加，固相比例降低）而降低，而輻射導(dǎo)熱系數(shù)隨著孔隙率的增加（消光系數(shù)降低）而增加，因而存在一個(gè)最佳的孔隙率（密度）使得聚氨酯硬質(zhì)泡沫的整體導(dǎo)熱系數(shù)最低，也就是其保溫隔熱性能最好。

不同平均孔徑的聚氨酯硬質(zhì)泡沫的最佳保溫性能對(duì)應(yīng)的最佳密度不一樣，這是因?yàn)椴煌骄讖降木郯滨ビ操|(zhì)泡沫具有不一樣的消光系數(shù)，孔徑大的材料消光能力差，輻射導(dǎo)熱系數(shù)大，輻射的貢獻(xiàn)比例較大。平均孔徑420 μm的聚氨酯硬質(zhì)泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的最佳孔隙率為0.975（密度為30 kg/m3），對(duì)應(yīng)的等效導(dǎo)熱系數(shù)為0.02566 W/(m·K)；平均孔徑為240 μm的聚氨酯硬質(zhì)泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的最佳孔隙率為0.982（密度為21.6 kg/m3），對(duì)應(yīng)的最優(yōu)等效導(dǎo)熱系數(shù)為0.02289 W/(m·K)。較大平均孔徑的聚氨酯硬質(zhì)泡沫具有較大的最佳密度值。

圖14是在給定的純環(huán)戊烷體系下聚氨酯硬質(zhì)泡沫的最佳密度值和在最佳密度值下的最佳導(dǎo)熱系數(shù)值隨平均孔徑的變化關(guān)系，可以看出最佳密度值和最佳密度值對(duì)應(yīng)的最佳導(dǎo)熱系數(shù)隨著平均孔徑的增大而增大。

圖12 聚氨酯硬質(zhì)泡沫中各部分的導(dǎo)熱系數(shù)與平均孔徑之間的關(guān)系

圖13 純環(huán)戊烷體系泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)與孔隙率之間的關(guān)系

圖14 最佳密度值和最佳導(dǎo)熱系數(shù)值隨孔徑的變化關(guān)系

4.2.2 三元體系

三元體系中的發(fā)泡劑是由HFC-365mfc:HFC-245fa:環(huán)戊烷=13:5.5:5.5 發(fā)泡而成的。通過(guò)和實(shí)驗(yàn)值的對(duì)比，泡孔里混合氣體的比例為CO2:HFC-365mfc:HFC-245fa:環(huán)戊烷:空氣=45:11.2:11.2:27.6:5?；谶@樣的混合氣體比例，研究了不同孔隙率下三元體系聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著孔隙率（密度）的變化關(guān)系。

類似于3.2.1的結(jié)果，從圖15中可以得到：平均孔徑為420的聚氨酯硬質(zhì)泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)的最佳孔隙率為0.985，對(duì)應(yīng)的最佳密度為18 kg/m3，最優(yōu)的等效導(dǎo)熱系數(shù)為0.01968 W/(m·K)；平均孔徑為240 μm的聚氨酯硬質(zhì)泡沫導(dǎo)熱系數(shù)的最佳孔隙率為0.98，對(duì)應(yīng)的最佳密度為24 kg/m3，最優(yōu)等效導(dǎo)熱系數(shù)為0.02224 W/(m·K)。圖16是在給定的三元體系下最佳密度值和在最佳密度值下的最佳導(dǎo)熱系數(shù)值隨平均孔徑的變化關(guān)系。

圖15 三元體系泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)與孔隙率之間的關(guān)系

圖16 最佳密度值和最佳導(dǎo)熱系數(shù)值與平均孔徑之間的關(guān)系

從圖14和圖16中可以得到：在給定的發(fā)泡劑體系下，減小孔徑是降低聚氨酯硬質(zhì)泡沫等效導(dǎo)熱系數(shù)的有效途徑。對(duì)于某一給定孔徑，可找到一個(gè)最佳的聚氨酯密度值使得聚氨酯硬質(zhì)泡沫的保溫隔熱性能最好，最佳的密度值及最佳密度值對(duì)應(yīng)的最佳導(dǎo)熱系數(shù)隨著孔徑的降低而降低。

4.3 各向異性率（橢圓率）的影響

發(fā)泡過(guò)程中，泡孔被發(fā)泡劑吹起的程度越大，則會(huì)存在于平行于發(fā)泡方向的聚氨酯數(shù)值比例越大，這個(gè)方向的導(dǎo)熱系數(shù)越高。圖17給出了聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著各向異性率（橢圓的長(zhǎng)短軸比）的變化規(guī)律。從圖17中可以看出，聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)隨著長(zhǎng)短軸比的增大而增大。

圖17 各向異性率對(duì)等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響

4.4 開(kāi)孔率的影響

聚氨酯硬質(zhì)泡沫內(nèi)部的泡孔大部分是閉孔的，泡孔和泡孔之間由聚氨酯樹(shù)脂壁面隔開(kāi)，泡孔和泡孔之間的壁面如果破裂了，則認(rèn)為是開(kāi)孔的。本節(jié)中假定，泡孔壁面破裂后，泡孔內(nèi)填充的是空氣，而不再是發(fā)泡劑氣體。當(dāng)開(kāi)孔率為5%時(shí)，結(jié)合理論分析和本文的數(shù)值模擬計(jì)算方法，分析得出聚氨酯硬質(zhì)泡沫各部分的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化規(guī)律如表4所示。

表4 各部分導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化關(guān)系

從表4中可以看出，隨著開(kāi)孔率的增加，氣相導(dǎo)熱系數(shù)增加，固相導(dǎo)熱系數(shù)略有減小，輻射導(dǎo)熱系數(shù)略有增加，總體導(dǎo)熱系數(shù)隨著開(kāi)孔率的增加而增加。開(kāi)孔率對(duì)總體導(dǎo)熱系數(shù)的影響規(guī)律如圖18所示。

圖18 開(kāi)孔率對(duì)總體導(dǎo)熱系數(shù)的影響

4.5 氣相導(dǎo)熱系數(shù)的影響

為了研究環(huán)戊烷氣體的比例對(duì)聚氨酯硬質(zhì)泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)的影響，前面研究的純環(huán)戊烷體系的聚氨酯硬質(zhì)泡沫中，假定泡孔內(nèi)環(huán)戊烷發(fā)泡劑氣體的比例為35%（CO2:環(huán)戊烷氣體:空氣 = 60:35:5）；聚氨酯硬質(zhì)泡沫的泡孔中，假定環(huán)戊烷氣體的比例在25%～45%的范圍內(nèi)變化，結(jié)合理論分析和本文的數(shù)值模擬計(jì)算方法，分析得出聚氨酯硬質(zhì)泡沫等效導(dǎo)熱系數(shù)隨環(huán)戊烷比例的關(guān)系如表5所示。聚氨酯硬質(zhì)泡沫在20～65℃的平均導(dǎo)熱系數(shù)隨著環(huán)戊烷的比例增加而降低。

表5 聚氨酯硬質(zhì)泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)與環(huán)戊烷比例之間的關(guān)系

如果將35%比例的環(huán)戊烷，直接替換成35%的發(fā)泡劑LBA和141B，結(jié)合理論分析和本文的數(shù)值模擬計(jì)算方法，分析得出相應(yīng)的聚氨酯硬質(zhì)泡沫在20～65℃下的平均導(dǎo)熱系數(shù)如表6所示?？梢钥闯?41B的隔熱性能最好，LBA的隔熱性能和141B的接近。

氣體導(dǎo)熱對(duì)聚氨酯硬質(zhì)泡沫的貢獻(xiàn)比例高達(dá)70%左右，減小氣體導(dǎo)熱對(duì)提高聚氨酯硬質(zhì)泡沫的隔熱性能有很大的作用。泡孔內(nèi)的氣體包含CO2、空氣和發(fā)泡劑氣體。影響泡孔內(nèi)平均導(dǎo)熱系數(shù)的因素包括各氣體的比例，以及發(fā)泡劑的種類。泡孔內(nèi)的氣體導(dǎo)熱系數(shù)空氣＞CO2＞發(fā)泡劑，因而增加發(fā)泡劑氣體的比例可以降低泡孔內(nèi)的平均氣體導(dǎo)熱系數(shù)，三元體系中的發(fā)泡劑比例比較高（50%），高于純環(huán)戊烷體系（35%），因此三元體系的整體導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低。不同發(fā)泡劑的導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)系是：141B＞LBA＞365mfc＞245fa＞環(huán)戊烷，改用較低導(dǎo)熱系數(shù)的發(fā)泡劑，也能明顯提高聚氨酯硬質(zhì)泡沫的保溫隔熱性能。

表6 使用不同發(fā)泡劑時(shí)泡沫的導(dǎo)熱系數(shù)的對(duì)比

5 結(jié)論

（1）基于聚氨酯硬質(zhì)泡沫的掃描電鏡圖像，采用格子Boltzmann數(shù)值模擬方法，計(jì)算出的泡沫等效導(dǎo)熱系數(shù)的相對(duì)誤差均在±3.0%以內(nèi)（與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值相比）。

（2）在給定的發(fā)泡劑體系下，減小泡沫的平均孔徑和密度，可抑制輻射傳熱；泡沫的密度對(duì)固相和輻射的貢獻(xiàn)作用是相反的。

（3）對(duì)于給定的發(fā)泡劑體系，存在一個(gè)最佳的密度值使得泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)最低、保溫隔熱性能最好，最佳的密度值以及最佳密度值對(duì)應(yīng)的最佳導(dǎo)熱系數(shù)，隨著孔徑的減小而降低。

（4）增加泡沫泡孔內(nèi)部發(fā)泡劑氣體的比例，特別是導(dǎo)熱系數(shù)比較低的發(fā)泡劑氣體的比例，可以有效降低泡沫的等效導(dǎo)熱系數(shù)。