Оптимизационно-аналитическое моделирование технологических режимов производства микрокремнезема для изоляционных панелей типа VIP

Abstract

Рассмотрены два способа синтеза мелкозернистого микрокремнезёма из диатомитовых пород, пригодного для создания вакуумных теплоизоляционных панелей с теплопроводностью 0,002–0,02 Вт/м2к. Методом анализа детерминированных моделей переноса тепла в зернистых системах определены основные индикаторы, определя-ющие зависимость теплопроводности от физических и топологических свойств частиц диоксида кремния. Для оценки и регулирования теплопроводности зернистых систем, к основным индикаторам можно отнести: m2 – по-ристость микроструктуры; ρк – плотность кластеров, фор-мирующих микроструктуру; εпр – характеристику степени (диссипации энергии излучения) черноты частиц напол-нителя; di – диаметр пор на i-ом масштабном уровне; λТ , λГ – теплопроводность твёрдой и газовой фазы системы; a – коэффициент аккомодации; N – координационное число; D – фрактальную размерность, характеризующую топологические особенности строения частиц, агрегатов, кластеров. Проведён экспериментальный анализ свойств синтези­рованного микрокремнезёма. В результате проведённых исследований установлено, что оптимальные свойства дисперсного микрокремнезёма, синтезированного из опал-кристобалитовых биоморфных пород (диатомита Атемарского месторождения) путём осаждения оксида кремния из коллоидного раствора, получены при реали­зации второго способа производства. В процессе синтеза получен дисперсный микрокремнезём, представленный минералом опал, построенным из полимеризованных ни­тей аморфного кремнезёма, которые свёрнуты в глобулы, шаровые кластеры диаметром в диапазоне 2-40 нм. Топо­логия поверхности глобул характеризуется фрактальной размерностью D = 2,32; 2,64, что обеспечивает снижение значений коэффициента аккомодации и соответственно теплопроводности. Ассоциации шаровидных кластеров из частиц наноразмерного уровня формируют масштабно-ин­вариантную поровую структуру, обеспечивающую низкую теплопроводность[1]. [1] Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ N 18-48- 130001/18 «Оптимизационное моделирование свойств теплоизоляционных функционально-градиентных изделий на основе минеральных порошков оксида кремния, синтезированного из природного диатомита».

Keywords

• оксид кремния, диатомит, микрокрем¬незём, теплопроводность, модель, порог перколяции, по¬ристость, плотность, координационное число, оптимизация