ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ "Оптимизационное моделирование свойств теплоизоляционных функционально-градиентных изделий на основе минеральных порошков оксида кремния, синтезированного из природного диатомита" (промежуточный)

Методом оптимизационного анализа детерминированных (феноменологических, газокинетических, топологических, полиструктурных, перколяционных) моделей переноса тепла в зернистых системах, определены основные индикаторы, определяющие зависимость теплопроводности от физических и топологических свойств частиц диоксида кремния. Для оценки и регулирования теплопроводности зернистых систем, к основным индикаторам можно отнести: 𝑚2 – пористость микроструктуры; 𝜌к – плотность кластеров, формирующих микроструктуру; 𝜀пр – характеристика степени (диссипации энергии излучения) черноты частиц наполнителя; 𝑑𝑖 – диаметр пор на i-ом масштабном уровне; 𝜆Т,𝜆Г – теплопроводность твердой и газовой фазы системы; a – коэффициент аккомодации; N – координационное число; D – фрактальную размерность, характеризующую топологические особенности строения частиц, агрегатов, кластеров.Разработано два способа синтеза микрокремнезема из диатомитовых пород. Проведен экспериментальный анализ свойств синтезированного микрокремнезема. В результате проведенных исследований установлено, что оптимальные свойства дисперсного микрокремнезема, синтезированного из опал - кристобалитовых биоморфных пород (диатомита Атемарского месторождения) путем осаждения оксида кремния из коллоидного раствора, получены при реализации второго способа производства. В процессе синтеза получен дисперсный микрокремнезем, представленный минералом опал, построенным из полимеризиванных нитей аморфного кремнезема, которые свернуты 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 масштабноинвариантную поровую структуру, обеспечивающую низкую теплопроводность. Приведен сравнительный анализ технических характеристик VIP-панелей. Показано влияние различных видов наполнителей на изменение коэффициента теплопроводности исследуемых теплоизоляционных материалов. Дано сравнение химического и гранулометрического состава, топографии поверхности частиц аморфного микрокремнезема. Рассмотрено влияние климатических параметров: температуры, влажности, давления и солнечной радиации на изменение сопротивления теплопередачи вакуумных панелей. Показаны возможности использования полученных панелей в качестве теплоизоляционного материала в ограждающих конструкциях жилых зданий.