D01:10.13374.isml00103x.2009.0L.019 第31卷第1期 北京科技大学学报 Vol.31 No.I 2009年1月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jan.2009 粉煤灰泡沫塑料复合保温材料传热过程的数值模拟 牛福生)倪文)梁银英) 1)河北理工大学资源与环境学院，唐山0630092)北京科技大学土木与环境工程学院，北京10083 摘要应用有限元软件ANSYS研究了粉煤灰泡沫塑料复合保温材料(P材料)的传热机理.材料导热系数数值模拟结果 与实测结果具有很好的一致性，说明采用有限元方法可以实现对材料传热过程的数值模拟.根据分析结果，提出了对保温材 料设计和制备时的一些建议. 关键词煤灰泡沫塑料复合保温材料：传热机理：数值模拟：导热系数 分类号TU551.39 Numerical simulation of heat conduction in polyfoam-fly ash thermal insulation materials NIU Fu-sheng.NI Wen2,LIANG Yin-ying) 1)Collge of Resources and Envimnment,Hebei Poly techric Uriversity.Tangshan 063009.China 2)School of Civil and Envimonmental Engineering.University of Scienee and Technology Beijing.Beijng 100083.China ABSTRACI The mechanism of heat conduction in poly foam-fly ash thermal insulation materials (FP)was studied w ith a finite ele- ment softw are ANSYS.The numerical simulation results of heat conductivity are agreeable with the measured ones.indicating that the finite element method can be applied to numerical simulation of heat conduction in FP materials.Based on the results of analysis. some measures w ere proposed for design and preparation of thermal insulation materals. KEY WORDS polyfoam-fly ash thermal insulation materials heat conduction numerical simulation;thermal conductivity 粉煤灰泡沫塑料复合保温材料(FP材料)是一 个且按一定规则相互连接的单元，然后组合为系统 类建筑新型屋面功能材料，具有导热性能低、自重 方程并求解2.本文运用有限元软件ANSYS的 轻、强度高和成本低等特点，特别是与市面上保温材 THERMAL模块，对FP材料的传热机理进行数值 料相比在实际应用中更具有工程造价低廉和施工方 模拟，并将模拟结果与实测结果进行了拟合 便的优势).但是，FP材料是一种无机和有机的复 1粉煤灰泡沫塑料复合保温材料 合材料，不仅泡沫塑料中含有超过90%的微米和亚 微米级的闭孔结构，而且粉煤灰中也存在着大量的 1.1材料构成及性能指标 空心微珠、蜂窝状体，内部传热机理十分复杂，它直 粉煤灰泡沫塑料复合保温材料是以粉煤灰胶凝 接影响材料的保温隔热性能.因此，加强材料内部 材料为主体（质量约占80%，以废旧泡沫塑料为轻 传热途径和传热方式的研究，将有助于了解材料内 集料（体积分数约占70%以上）制成的具有防水隔 部传热机理，对提高材料隔热效能具有重要的指导 热功能的绿色建筑材料.该材料质量指标及检测方 意义. 法主要参照国家建筑材料测试中心采用的GB/ 有限元法主要应用于连续体力学、热传导和电 T10699一1998和GB8001一87，其有关质量标准及 磁场等领域，其基本思想是将求解区域离散为有限 测试结果见表1. 收稿日期：2007-12-10 作者简介：牛福生(1974一），男，副教授，博士，E-mail:niufusheng@hcut.edu.cm粉煤灰泡沫塑料复合保温材料传热过程的数值模拟 牛福生1) 倪 文2) 梁银英1) 1) 河北理工大学资源与环境学院, 唐山 063009 2) 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 摘 要 应用有限元软件 ANSYS 研究了粉煤灰泡沫塑料复合保温材料( FP 材料) 的传热机理.材料导热系数数值模拟结果 与实测结果具有很好的一致性, 说明采用有限元方法可以实现对材料传热过程的数值模拟.根据分析结果, 提出了对保温材 料设计和制备时的一些建议. 关键词 煤灰泡沫塑料复合保温材料;传热机理;数值模拟;导热系数 分类号 TU 55 +1.39 Numerical simulation of heat conduction in polyfoam-fly ash thermal insulation materials NIU Fu-sheng 1) , NI Wen 2) , LIANG Yin-ying 1) 1) College of Resources and Environment, Hebei Poly techni c Universit y, Tangshan 063009, China 2) School of Civil and Environment al Engineering, Universit y of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT The mechanism o f hea t conduction in poly foam-fly ash thermal insulatio n materials ( FP) was studied w ith a finite ele￾ment softw are ANSYS .The numerical simulation results of heat conductivity are agreeable with the measured ones, indicating that the finite element method can be applied to numerical simulatio n of heat conduction in FP materials .Based on the results of analysis, some measures w ere proposed for design and preparation of thermal insulatio n materials. KEY WORDS polyfoam-fly ash thermal insulation materials;heat conductio n;numerical simulation ;thermal conductivity 收稿日期:2007-12-10 作者简介:牛福生( 1974—) , 男, 副教授, 博士, E-mail:niufusheng @heut .edu.cn 粉煤灰泡沫塑料复合保温材料( FP 材料) 是一 类建筑新型屋面功能材料, 具有导热性能低、自重 轻、强度高和成本低等特点, 特别是与市面上保温材 料相比在实际应用中更具有工程造价低廉和施工方 便的优势 [ 1] .但是, FP 材料是一种无机和有机的复 合材料, 不仅泡沫塑料中含有超过 90 %的微米和亚 微米级的闭孔结构, 而且粉煤灰中也存在着大量的 空心微珠 、蜂窝状体, 内部传热机理十分复杂, 它直 接影响材料的保温隔热性能.因此, 加强材料内部 传热途径和传热方式的研究, 将有助于了解材料内 部传热机理, 对提高材料隔热效能具有重要的指导 意义 . 有限元法主要应用于连续体力学 、热传导和电 磁场等领域, 其基本思想是将求解区域离散为有限 个且按一定规则相互连接的单元, 然后组合为系统 方程并求解 [ 2-4] .本文运用有限元软件 ANSYS 的 THERMAL 模块, 对 FP 材料的传热机理进行数值 模拟, 并将模拟结果与实测结果进行了拟合. 1 粉煤灰泡沫塑料复合保温材料 1.1 材料构成及性能指标 粉煤灰泡沫塑料复合保温材料是以粉煤灰胶凝 材料为主体( 质量约占 80 %) , 以废旧泡沫塑料为轻 集料( 体积分数约占 70 %以上) 制成的具有防水隔 热功能的绿色建筑材料 .该材料质量指标及检测方 法主要参照国家建筑材料测试中心采用的 GB/ T10699 —1998 和 GB8001 —87, 其有关质量标准及 测试结果见表 1 . 第 31 卷 第 1 期 2009 年 1 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.1 Jan.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.01.019