多層-梯度多孔材料的設(shè)計及其吸聲與強(qiáng)化傳熱性能研究.pdf

1、多孔材料（多孔介質(zhì)）具有比表面積大、質(zhì)輕等優(yōu)良特性，在能源、機(jī)械、環(huán)境等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值，其中，多層多孔材料和梯度多孔材料是近年來多孔材料領(lǐng)域國內(nèi)外研究的熱點之一。本文第一部分設(shè)計了多層MCF（微通道薄膜）多孔結(jié)構(gòu)材料，以制取吸聲性能良好的多層多孔吸聲結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，研究了微通道數(shù)目、微通道孔徑、穿孔直徑、穿孔率等參數(shù)對于結(jié)構(gòu)吸聲性能的影響規(guī)律;第二部分，以設(shè)計強(qiáng)化換熱綜合性能良好的多孔材料為目標(biāo)，創(chuàng)造性地提出GPM（梯度多孔材料）強(qiáng)

2、化換熱的設(shè)計構(gòu)想，研究了流通介質(zhì)在梯度多孔材料填充設(shè)備內(nèi)的傳熱和流通性能。
　　對多層MCF多孔結(jié)構(gòu)材料的吸聲性能進(jìn)行了試驗研究和理論分析，發(fā)現(xiàn)其吸聲系數(shù)同時受到微通道數(shù)目、微通道孔徑、穿孔直徑、穿孔率等參數(shù)的綜合影響。試驗結(jié)果與理論值對比表明，將多層MCF多孔結(jié)構(gòu)等效視為多層穿孔板結(jié)構(gòu)是可行的。采用28微通道（內(nèi)徑500微米）制取的多孔結(jié)構(gòu)具有良好的吸聲綜合性能，與傳統(tǒng)的穿孔板結(jié)構(gòu)和多孔材料相比，可以擴(kuò)展其有效吸聲的頻率范圍，增

3、強(qiáng)結(jié)構(gòu)吸聲的穩(wěn)定性。同時，對多層MCF多孔材料的基礎(chǔ)力學(xué)性能進(jìn)行了試驗研究，分析了微通道數(shù)目、微通道孔徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)對力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，MCF多孔材料的力學(xué)性能較穩(wěn)定，受結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響較小，適合在吸聲領(lǐng)域的工程應(yīng)用。
　　基于GPM的優(yōu)良特性，設(shè)計了GPM部分/完全填充圓管強(qiáng)化換熱的結(jié)構(gòu)。當(dāng)Rp（多孔材料徑向填充率）分別為0.6，0.8以及1.0時，結(jié)合管內(nèi)充分發(fā)展段的速度分布圖、管內(nèi)截面溫度分布圖、圓管流動阻力系數(shù)f和平均

4、努賽爾數(shù)Num分別研究了填充梯度孔徑（dp）多孔材料、梯度孔隙率(ε)多孔材料對于管內(nèi)流體流動及換熱特性的影響規(guī)律，并將其與HPM（均勻多孔材料）填充圓管時對應(yīng)的相關(guān)性能做了對比分析。基于場協(xié)同原理和速度加權(quán)平均孔徑分析了梯度多孔結(jié)構(gòu)填充圓管強(qiáng)化換熱的內(nèi)在機(jī)理。在此基礎(chǔ)上，比較了各種梯度多孔材料填充圓管結(jié)構(gòu)的換熱與流動綜合評價性能(PEC)。分析結(jié)果表明，在GPM部分或者完全填充圓管時，均可合理設(shè)計有特殊結(jié)構(gòu)的GPM，使其在強(qiáng)化換熱的同

5、時，還能有效地抑制流動阻力的提升，進(jìn)而得到優(yōu)良的強(qiáng)化換熱綜合性能。
　　首次提出GPHS（梯度多孔熱沉）的概念，可用于冷卻電子器件。通過建立三維數(shù)值模型研究了梯度多孔結(jié)構(gòu)對于多孔熱沉水力性能和熱性能的影響規(guī)律，熱沉內(nèi)部流動屬于層流(200≤Re≤1000)。主要分析比較了7種多孔熱沉的性能，包括3種HPHS（均勻多孔熱沉）和4種梯度多孔熱沉。研究表明:與傳統(tǒng)的HPHS相比，沿厚度方向具有遞減梯度孔徑結(jié)構(gòu)的GPHS在水力性能及熱性能