多孔石墨泡沫材料的流動及導熱性能研究.pdf

1、多孔泡沫材料作為一類新型功能材料，相對于常規(guī)材料而言，具有表觀密度低、比表面積大、比強度高、滲透性好等特點。其中以中間相瀝基石墨泡沫為代表的新型炭泡沫材料，更具有高孔隙率、高導熱、耐高溫、耐腐蝕等獨特的熱、流性能，因而在國防、航空航天、微電子等領域展現(xiàn)了誘人的廣闊應用前景，受到了廣泛關注與研究。目前，對多孔石墨泡沫材料的研究大多利用實驗探討其制備工藝、性能及應用研究，對其孔隙幾何結構分布對材料性能所產生的影響研究較少，有待進一步深入。<

2、br>　　 本文主要針對多孔石墨泡沫內的流動(滲流)與導熱性能進行研究，研究方法主要是根據石墨泡沫的微幾何結構建立模型進行數(shù)值模擬，并結合及現(xiàn)有實驗結果與理論，研究孔隙結構對石墨泡沫材料熱、流性能的影響。本文主要研究內容和成果包括：
　　 流動性能方面，基于均勻顆粒填充床模型，引入表征多孔泡沫材料結構的等效粒徑，采用面心單元和體心單元模型構建流域模型，利用Fluent軟件進行數(shù)值計算，探討滲流阻力與多孔泡沫材料結構參數(shù)的關系，

3、并結合經典Ergun方程建立了多孔泡沫材料的無量綱滲流阻力方程，分析了孔隙率及孔隙均勻度等參數(shù)對石墨泡沫內滲流阻力的影響。
　　 導熱性能方面，首先建立均質多孔泡沫導熱模型，利用有限元法分析軟件ANSYS對石墨泡沫有效導熱系數(shù)進行數(shù)值計算，并與現(xiàn)有實驗結果及半經驗解析預測式進行對比分析，然后引入隨機孔徑參數(shù)，構建非均質多孔泡沫導熱模型，根據較大樣本的數(shù)值模擬結果，指出對于非均質泡沫材料，僅用孔隙率并不足以表征多孔泡沫材料的結構參

4、數(shù)，孔隙的空間分布均勻性也是影響多孔材料導熱性能的重要因素，相同孔隙率下，孔隙均勻度越高則導熱性能越佳，并提出了預測非均質多孔泡沫材料有效導熱系數(shù)的冪函數(shù)式。
　　 在數(shù)值分析的同時，還建立了滲流實驗臺，根據實驗結果計算得到了石墨泡沫的滲流性能參數(shù)K和b，并與Fluent多孔介質簡化模型的模擬結果進行了對比，驗證了Fluent多孔介質簡化模型對泡沫材料滲流性能模擬的適用性。
　　 本文可為高孔隙率多孔泡沫材料的性能研究，