石墨泡沫材料內(nèi)流動(dòng)與傳熱性能的數(shù)值分析.pdf

1、石墨泡沫是一種具有低密度、高導(dǎo)熱、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的新型散熱材料，與常規(guī)散熱材料相比，更能適應(yīng)航空與航天、軍事工業(yè)、通訊及信息產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域內(nèi)科技發(fā)展的要求。因此，對(duì)其制備和性能的研究逐漸成為一個(gè)熱點(diǎn)課題。
　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)石墨泡沫材料的研究大都在探討石墨泡沫材料的制備工藝，雖然國(guó)內(nèi)外早已采用試驗(yàn)和理論相結(jié)合的方法對(duì)多孔材料內(nèi)的流動(dòng)性能和傳熱性能進(jìn)行了研究，得到了一些描述相關(guān)性能的公式，但對(duì)石墨泡沫這種幾何結(jié)構(gòu)特殊的蜂窩狀多孔材

2、料的性能研究卻較少，且已有的結(jié)論并不完全適用于石墨泡沫。因此，本文將通過(guò)數(shù)值分析的方法對(duì)石墨泡沫內(nèi)的流動(dòng)和傳熱性能進(jìn)行較為深入的研究，結(jié)合現(xiàn)有的理論和公式，推導(dǎo)出適用于描述石墨泡沫材料流動(dòng)性能和熱性能的結(jié)論和公式。
　　本文利用AutoCAD宏，通過(guò)編寫(xiě) VBA程序方便快捷地構(gòu)建出大批石墨泡沫材料的幾何模型以及用于各種性能分析的模型，包括流域模型、骨架導(dǎo)熱模型和泡沫導(dǎo)熱模型。利用ANSYS軟件及其APDL程序，對(duì)石墨泡沫材料性能進(jìn)

3、行研究。
　　流動(dòng)性能方面，通過(guò)計(jì)算得到不同幾何模型在不同邊界條件下的速度和壓力場(chǎng)，并結(jié)合1856年法國(guó)物理學(xué)家Darcy提出的達(dá)西定律以及后續(xù)相關(guān)學(xué)者的研究，探討材料內(nèi)流動(dòng)阻力隨流速變化的關(guān)系，得到石墨泡沫材料的流動(dòng)性能參數(shù)：滲透率及Forchheimer系數(shù)的值或表達(dá)式。
　　對(duì)流換熱方面，通過(guò)分析NuW隨PeW變化的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，為使石墨泡沫材料的對(duì)流換熱更經(jīng)濟(jì)，應(yīng)使?jié)B流速率滿(mǎn)足PeW<20。
　　通過(guò)對(duì)石墨泡沫材料

4、容積導(dǎo)熱性能的分析，驗(yàn)證了材料固體的高導(dǎo)熱性能和對(duì)流換熱性能是其具有高容積導(dǎo)熱系數(shù)的重要因素。本文依據(jù)石墨泡沫材料的散熱應(yīng)用實(shí)例，首先通過(guò)計(jì)算得到不同模型在不同邊界條件下的溫度場(chǎng)，探討材料容積導(dǎo)熱系數(shù)?e與石墨固體骨架導(dǎo)熱系數(shù)?s和孔隙率??的關(guān)系，并結(jié)合Hadley半經(jīng)驗(yàn)公式，推導(dǎo)出僅靠多孔材料固體和多孔內(nèi)流體導(dǎo)熱時(shí)?e的表達(dá)式。最后，結(jié)合對(duì)流換熱分析結(jié)論，對(duì)考慮對(duì)流換熱情況下材料?e隨流體流速、孔隙率等參數(shù)的變化情況進(jìn)行簡(jiǎn)要的探討。