多孔石墨泡沫材料的流動及導(dǎo)熱性能研究.pdf

1、多孔泡沫材料作為一類新型功能材料，相對于常規(guī)材料而言，具有表觀密度低、比表面積大、比強(qiáng)度高、滲透性好等特點(diǎn)。其中以中間相瀝基石墨泡沫為代表的新型炭泡沫材料，更具有高孔隙率、高導(dǎo)熱、耐高溫、耐腐蝕等獨(dú)特的熱、流性能，因而在國防、航空航天、微電子等領(lǐng)域展現(xiàn)了誘人的廣闊應(yīng)用前景，受到了廣泛關(guān)注與研究。目前，對多孔石墨泡沫材料的研究大多利用實驗探討其制備工藝、性能及應(yīng)用研究，對其孔隙幾何結(jié)構(gòu)分布對材料性能所產(chǎn)生的影響研究較少，有待進(jìn)一步深入。<

2、br>　　 本文主要針對多孔石墨泡沫內(nèi)的流動(滲流)與導(dǎo)熱性能進(jìn)行研究，研究方法主要是根據(jù)石墨泡沫的微幾何結(jié)構(gòu)建立模型進(jìn)行數(shù)值模擬，并結(jié)合及現(xiàn)有實驗結(jié)果與理論，研究孔隙結(jié)構(gòu)對石墨泡沫材料熱、流性能的影響。本文主要研究內(nèi)容和成果包括：
　　 流動性能方面，基于均勻顆粒填充床模型，引入表征多孔泡沫材料結(jié)構(gòu)的等效粒徑，采用面心單元和體心單元模型構(gòu)建流域模型，利用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值計算，探討滲流阻力與多孔泡沫材料結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，

3、并結(jié)合經(jīng)典Ergun方程建立了多孔泡沫材料的無量綱滲流阻力方程，分析了孔隙率及孔隙均勻度等參數(shù)對石墨泡沫內(nèi)滲流阻力的影響。
　　 導(dǎo)熱性能方面，首先建立均質(zhì)多孔泡沫導(dǎo)熱模型，利用有限元法分析軟件ANSYS對石墨泡沫有效導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行數(shù)值計算，并與現(xiàn)有實驗結(jié)果及半經(jīng)驗解析預(yù)測式進(jìn)行對比分析，然后引入隨機(jī)孔徑參數(shù)，構(gòu)建非均質(zhì)多孔泡沫導(dǎo)熱模型，根據(jù)較大樣本的數(shù)值模擬結(jié)果，指出對于非均質(zhì)泡沫材料，僅用孔隙率并不足以表征多孔泡沫材料的結(jié)構(gòu)參

4、數(shù)，孔隙的空間分布均勻性也是影響多孔材料導(dǎo)熱性能的重要因素，相同孔隙率下，孔隙均勻度越高則導(dǎo)熱性能越佳，并提出了預(yù)測非均質(zhì)多孔泡沫材料有效導(dǎo)熱系數(shù)的冪函數(shù)式。
　　 在數(shù)值分析的同時，還建立了滲流實驗臺，根據(jù)實驗結(jié)果計算得到了石墨泡沫的滲流性能參數(shù)K和b，并與Fluent多孔介質(zhì)簡化模型的模擬結(jié)果進(jìn)行了對比，驗證了Fluent多孔介質(zhì)簡化模型對泡沫材料滲流性能模擬的適用性。
　　 本文可為高孔隙率多孔泡沫材料的性能研究，