纳米多孔复合材料是新型热防护系统中的核心部分,其热物理性质的变化对热防护系统的性能有着重要影响,深入研究和了解纳米多孔材料的传热机理及微观结构对热性能的影响,能够更有效的开发性能良好、经济适用的纳米多孔材料,对提高热防护系统的隔热性能具有重要的指导意义。根据电镜扫描观察到的复合材料微观结构特点,对气凝胶部分和纤维部分分开进行表征。采用基于过程的构造方法对纯气凝胶的多孔随机结构进行计算机重构,编写了相应的程序,对控制纳米多孔材料微观结构特征的三大基本构造参数进行分析,构造了实例。提出了一种纤维气凝胶随机结构生成方法,构造了不同参数下的实例。考虑纳米二次颗粒、颗粒间接触、气固耦合以及尺度效应,建立了气凝胶的微观传热的解析模型,计算了气凝胶的等效热导率,分析了微观结构参数、密度、压力、温度、气体氛围等对气凝胶热导率的影响,模型结果与文献中的实验结果吻合较好。建立了基于孔隙尺度的气凝胶数值传热模型,采用格子Boltzmann方法计算气凝胶内多相导热,计算了纯气凝胶和纤维增强气凝胶的气固等效导热系数,分析了影响气凝胶等效热导率的影响因素。数值计算结果与文献的实验结果吻合较好,验证了本文提出模型的正确性。