确定复杂多孔材料有效导热系数的新方法 2004.doc

中国科学辑工程科学材料科学第卷根据定律有二一,,,在二维条件下如果是各向异性材料上式可以写成、目比捌到夕一「丝」如果恰当地选择坐标系,一定可以找到一个坐标系’犷,,,在此坐标系下,,导热系数张量中’,’,一此坐标系即为导热系数主轴方向这样就可以根据各,坐标方向的热流密度及温度梯度计算主轴方向的导热系数导热系数计算任何方向的导热系数张量根据该主轴方向的数值结果及讨论为了验证上述,导热模型的正确性下面分别计算两个不同导热系数物体,并联和串联时的有效导热系数在图乃如果不计接触热阻根据为△,中由于坐标方向就是导热系数的主轴方,,向所以取如下边界条件左右边界均取绝热边界上下边界均取定温边界温差州定律可以得到两个物体串并联时方向的有效导热系数分别为喻‘于凡云‘妇凡凡凡凡一,—图模型计算有效导热系数并联,串联水©1994-,・,儿・,格子长度公一,格子,用・导热模型计算得到,方向的有效导热系数分别为误差小于,说明用该模型计算的温度场有着相当在二维空间中表征多孔材料的特征一般可以用孔隙率拭单位面积上孔隙,数以及骨架结构来表示下面从数值结果上分析有效导热系数与上述各特征量可以根据计算区域中每个格子上的和不同孔隙率的的多孔材、之间的关系孔隙率武单位面积上孔隙数多孔材料,特征函数统计得到为了得到具有相同骨架结构和孔隙密度可以对图和进行图像滤波或图像平滑处理如果把图像进行放大或者缩小就可以得到具有相同孔隙率￡不同单位面积上孔隙数料本文算例中骨架是铝物性参数如下・,密度,,,导热系数,,,比热・。,・,填充物是水密度户瓜・导热系数图和,比热图和分别是两种不同结构如,所示的多孔材料在不同时刻的温度分布情况可以看出能量主要沿,着固体骨架向下传递高温的固体骨架再向周围的填充物传递能量,,最后达到平,衡比较两者的等温线可以发现,图,比图平直,,这是因为前者的结构很规则,坐标轴方向即是其导热系数主轴方向所以左右两侧没有温差等温线应该是一系列水平等距线而图的骨架结构具有随机性其局部导热系数是各向异性的所以当选择的计算区域较大时其表现为各向同性的变化情况,,,,但总体来看两侧温差很小所以图表,结构的多孔材料的坐标轴方向也是其导热系数主轴方向是两种不同结构的多孔材料的有效导热系数随,可以看出单位面积上孔隙数越大有效导热系数也越大但是变化比较小这与文献〔中图某规则结构多孔材料温度场,©1994-,化表规则多孔种类朋一・有效导热系数与规则亡的关系不规则二规则二不规则右不规则右二一,・一实验结果比较一致月、,,,且‘峥}})图}丫是两中不同结构的多孔材料日坛穿逐・・在方向的有效导热系数随孔隙率￡的,变化关系在计算的￡范围内有效导热系数与一基本上成线性关系但也就是,是两种结构的斜率相差较大说,骨架结构对有效导热系数的影响,也很明显图所以构造规则的多孔介质来分析实际多孔材料的有效导热系数有效导热系数与孔隙率的关系图,一示规则结