开孔泡沫金属热传导性能的理论研究与数值模拟

Xi Changqing,Li Zhiqiang,Jing Lin,Wang Zhihua,Zhao Longmao

RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING（2014）

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摘要

基于Ashby的规则正立方体单胞模型,研究了轻质泡沫金属材料的拓扑构型(孔隙率和孔径大小)对其热传导性能的影响.利用最小热阻法推导了开孔泡沫金属气固两相的等效热传导系数的表达式,并首次采用简化的积分方法,得到了等效热传导系数的近似解析解.应用ABAQUS有限元分析软件模拟了开孔泡沫金属横断面的热流密度分布和稳态热传导Fourier定律,分析了不同孔隙率和孔径大小开孔泡沫材料的热传导性能.结果表明,多孔泡沫金属的热传导系数随着孔隙率的增大而线性减小,且当孔隙率保持恒定时,热传导系数与孔径的大小无关.理论分析和数值模拟结果吻合较好.研究结果对多孔金属的工程应用具有重要的参考价值.

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关键词

open-cell metallic foam,effective thermal conductivities,theoretical study,numerical simulation

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