泡沫金属基复合相变材料有效导热系数研究 2009 .pdf

徐伟强 等 :泡沫金属基复合相变材料的有效导热系数研究 1329 泡沫金属基复合相变材料的有效导热系数研究 1 1 2 徐伟强 ,袁修干 ,李 　贞 ( 1. 北京航空航天大学 航空科学与工程学院 ,北京 100 19 1 ;2 . 航天特种材料及工艺研究所 ,北京 100074) 摘 　要 : 　为了更有效地预测泡沫金属基复合相变材 [2 ] 的颗粒填充式模型都与泡沫金属基 CPCM 的微观 ( ) 料 co mpo sit e p ha se change mat erial , CPCM 的导热 结构差异较大 ;文献[ 1] 的离散迭代求解需要大量的节 性能 ,提出了一种新的 CPCM 相分布模型 , 以此为基 点信息存储空间 ,并产生很大计算量 ;而利用分形模型 础建立了带有空穴子模型的简化传热模型 ,并利用等 计算时 ,确定多孔介质的局部分形维数不仅过程复杂 , 效热阻法推导得到泡沫金属基 CPCM 有效导热系数 且计算量大 ;尤其重要的是上述几种方法都无法解决 的通用计算式 。传热模型考虑了相变过程中相变材料 泡沫金属基 CPCM 中 PCM 在相变时的体积变化和空 (p ha se change mat erial , PCM) 的体积变化和空穴分 穴分布对有效导热系数计算的影响 。 布的影响 ,使得有效导热系数的计算结果更加符合实 本文针对泡沫金属基 CPCM 的微观结构特征提 际。 出了一种新的复合材料相分布模型 ———立体骨架式相 关键词 : 　泡沫金属基复合相变材料 ;有效导热系数 ; 分布 ,在此基础上建立了泡沫金属基 CPCM 的传热模 空穴 型 ,并且在传热模型中增加空穴子模型使得传热过程 中图分类号 : 　TB333 ; T K123 文献标识码 :A 的描述更接近于实际 ,然后利用等效热阻法推导得到 ( ) 文章编号 :100 1973 1 2009 了有效导热系数的计算式 。 1 　引　言 2 　泡沫金属基 CPCM 传热模型 泡沫金属基 CPCM 是一种由泡沫金属和 PCM 复 2 . 1 　立体骨架式相分布模型 合而成的新型功能材料 。泡沫金属具有独特的多孔结 图 1 的扫描电镜照片显示了典型泡沫金属材料的 构和优异性能 ,PCM 被分散成小颗粒储藏在泡沫金属 微观结构 ,可以看到相互连通的孔隙部分 占到了泡沫 孔隙中 , 金属骨架起到强化传热作用 , 能显著提高 金属材料的绝大部分空间 ,其间的金属基体材料呈立 PCM 的导热系数 ;而 PCM 中的空穴也因为毛细作用 体骨架结构 。不同孔隙单元的结构并不完全相同 ,但 分散在孔隙中 ,避免了因空穴集中而产生的局部热阻 是从较大范围来看则具有相似特性 。 和热应力 。 由于泡沫金属基 CPCM 复杂的多孔结构 ,传统研 [ 1 ] 究方法很难准确计算其导热系数 。张海峰 等人用随 机生成的空间结构模拟各向异性的颗粒弥散型复合材 料 ,采用热阻网络法直接