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高孔隙率通孔金属泡沫有效导热系数的实验和理论研究
  • ISSN号:0253-987X
  • 期刊名称:《西安交通大学学报》
  • 时间:0
  • 分类:TK311[动力工程及工程热物理—热能工程]
  • 作者机构:[1]西安交通大学能源与动力工程学院,西安710049, [2]西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室,西安710049, [3]金山大学机械工程学院,南非约翰内斯堡2050
  • 相关基金:国家重点基础研究发展规划资助项目(2011CB6103005);高等学校学科创新引智计划资助项目(B06024);国家自然科学基金资助项目(51206128).
中文摘要:

为了研究高孔隙率通孔金属泡沫中的热传导特性及预测有效导热系数,发展了一种新的全解析有效导热系数模型.该模型通过建立更真实的十四面体三维结构作为代表单元,解析求解代表单元内稳态傅里叶热传导方程获得通孔泡沫铝的有效导热系数.该模型不合任何拟合或经验参数,有效导热系数与孔隙率之间具有简单的线性关系,且比例系数阐释了热曲折率的大小.高孔隙率下,模型预测与实验测量和文献数据吻合良好.研究结果表明:对于具有大导热系数比的实心杆与流体相(如充满空气的泡沫铝),流体相的传热可忽略不计,热量沿着曲折金属杆的一维传导占主导地位.在忽略自然对流和辐射传热时,泡沫铝有效导热系数基本不受孔密度及杆截面形状的影响.在所研究的温度范围内,泡沫铝有效导热系数可视为常数.

英文摘要:

To demonstrate a totally analytic model of effective thermal conductivity in high porosity open-cell metallic foams, a 3D tetrakaidecahedron configuration is selected as the representative unit cell for the metal foam. By solving 1D steady-state Fourier's equation for the representative volume, a purely analytic model without requiring any fitting or empirical coefficient is obtained. Coinciding well with the present measurements and experimental data from literature, this model suggests a linear dependence of effective thermal conductivity upon porosity, where the proportionality coefficient is the reciprocal of thermal tortuosity. The heat transfer in fluid phase is negligible due to large thermal conductivity ratio between solid ligaments and fluid phase (e. g. , air-saturating A1 foam), 1D heat conduction along the tortuous ligaments thus dominates. Neglecting natural convection and radiation of thermal energy, the topological parameters, such as pore density (PPI) and ligament cross-sectional shape, exert little influenceon effective thermal conductivity. Furthermore, the effective conductivity remains constant within the experimental temperature range.

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期刊信息
  • 《西安交通大学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中华人共和国教育部
  • 主办单位:西安交通大学
  • 主编:陶文铨
  • 地址:西安市咸宁西路28号
  • 邮编:710049
  • 邮箱:xuebao@mail.xjtu.edu.cn
  • 电话:029-82668337 82667978
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-987X
  • 国内统一刊号:ISSN:61-1069/T
  • 邮发代号:52-53
  • 获奖情况:
  • 美国《工程索引》(EI光盘版)定期收录的中文期刊,《中文核心期刊目录总览》综合类核心期刊,科技部《科技论文统计与分析》统计源,《中国科学引文数据库》刊源,获全国高校优秀科技期刊一等奖,“百种中国杰出学术期刊”称号,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:27275