)复合材料瞬态导热性能简化计算方.pdfVIP

第 卷 第 期 太 阳 能 学 报 ， ! = # 5= # ! 年 月 ， $$! ! ,1’, 454678,4 9:;,689 98581, ?@A # $$! 文章编号： （ ） !#$%!!’ !!( !(%!!$!%!’ （相变）复合材料瞬态导热性能的简化计算方法! ! ! 郭英奎 ，梁新刚 ，张寅平 （ 清华大学工程力学系，北京 ； 清华大学热能工程系，北京 ） !# !$$$% # !$$$% 摘 要：一般情况下复合材料不存在有效导温系数，其瞬态热性能需藉三维非稳态传热模型分析。如掺混材料中 涉及相变材料，由于其等效比热容与温度强烈相关，使得描述复合材料瞬态传热性能的热扩散方程呈现很强的非 线性，更增加了求解的难度。该文探讨了利用等效一维均质相变材料模型分析（相变）复合材料瞬态传热特性的 可行性，结合算例，分析了该方法的适用范围。结果表明，当掺混材料的相对尺寸不太大时，（相变）复合材料可当 作均质（相变）材料，其瞬态传热性能可藉等效热物性计算。对于许多实际问题，上述方法可简化分析，节省计算 量。 关键词：复合材料；相变传热；瞬态传热 中图分类号： * 文献标识码： ’()! + , 的传热性能分析、采用强化换热手段的相变换热器 ! 引 言 热性能设计等），人们往往关心的不是材料中的温 复合材料的稳态传热性能可藉有效导热系数 度场分布，而是其表面温度和表面热流随时间的变 ［ ］ 方便求出! - ，但其瞬态传热性能则难以像均质材 化规律。若能利用一维均质相变模型，等效描述含 料一样，表示成导温系数的函数。实际上，对于复 有相变材料的瞬态导热性能，对于解决工程实际问 合材料，作为一般情况，等效导温系数是不存在 题，无疑是很有帮助的。 ［，］ 的) . ，对于粒状掺混材料，还需考虑其三维效 鉴于此，本文从等表面温度和等表面热流的角 ［］ / 度出发，探讨了利用等效一维均质相变材料模型分 应 。与一般复合材料不同的是，含有相变材料 （ ）的复合材料在其相变温度附近其比热容不 析（相变）复合材料瞬态传热特性的可行性，并讨论 012 是常数，而是温度的强函数。以上两点使得利用解 了影响其适用范围的一些因素。 析方法难以确定相变复合材料的瞬态热性能。 ( 二维（相变）复合材料的导热数值 这类问题的研究一般可采用实验方法和数值 计算法。实验方法的好处无需介绍，但也存在着一 模拟 些缺点：耗资费时，难以通过有限的实验对这类问 求解有相变的导热问题，常用的数值计算方法 ［ ， ］ ［ ， ］ 题的本质有概括性的了解。因此，对此类问题，数 有固定 网格方法 ! !3 ，如显热容法 ! !