微米纖維表面修飾通孔金屬泡沫熱質輸運機理研究

《微米纖維表面修飾通孔金屬泡沫熱質輸運機理研究》是依託西安交通大學，由楊肖虎擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：微米纖維表面修飾通孔金屬泡沫熱質輸運機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊肖虎
• 依託單位：西安交通大學

項目摘要

通孔金屬泡沫孔隙率高、相對密度小，具有豐富的比表面積和極強的流體擾動能力，是強化強制對流換熱的優良載體。本項目建議以微米纖維修飾通孔金屬泡沫網狀骨架表面的方式，在不破壞泡沫巨觀結構的基礎上，進一步增大泡沫比表面積，同時增強孔內流體擾動，提高局部對流傳熱係數，更加高效的利用泡沫的豐富擴展表面，以強化對流傳熱的同時提高結構緊湊性。本項目提出基於工業Micro-CT三維拓撲重構的自相似周期性單元體模型，結合孔形貌參數和分形維數對表面修飾泡沫有效表征，建立泡沫巨觀熱質輸運性質與微觀結構參數之間的關係；結合局部非熱平衡模型和拓撲重構實體直接數值模擬對流傳熱過程，研究孔隙尺度下泡沫骨架表面纖維對對流傳熱性能的影響，揭示纖維提高局部對流傳熱係數的機理；結合實驗/數值模擬結果，建立纖維修飾表面的局部對流換熱模型。本項目的實施將為多孔表面強化對流傳熱設計提供工程指導，豐富和發展現有局部對流換熱理論體系。

結題摘要

通孔金屬泡沫孔隙率高、相對密度小，具有豐富的比表面積和極強的流體擾動能力，是強化強制對流換熱的優良載體。本項目建議以微米纖維修飾通孔金屬泡沫網狀骨架表面的方式，在不破壞泡沫巨觀結構的基礎上，進一步增大泡沫比表面積，同時增強孔內流體擾動，提高局部對流傳熱係數，更加高效的利用泡沫的豐富擴展表面，以強化對流傳熱的同時提高結構緊湊性。本項目的研究內容如下：①微米金屬氧化物纖維修飾通孔金屬泡沫拓撲結構參數表征研究；②不同微米纖維幾何結構參數下，熱質輸運性質實驗與理論建模研究；③微米纖維幾何結構參數和換熱工質對單相強制對流傳熱性能影響及傳熱強化機理研究；④通孔金屬泡沫強化固液相變儲能的實驗及多尺度數值模擬研究。本項目所達成的目標如下：①通過本項目將建立表面修飾通孔金屬泡沫熱質輸運性質與泡沫宏/細觀拓撲參數之間的關係，確立有效導熱係數、滲透率、慣性係數等基本輸運物性參數的解析模型；②探明熱質輸運機理、闡明微米纖維修飾對孔內局部對流傳熱的影響；③建立泡沫孔內局部對流傳熱模型，揭示泡沫骨架表面附著微米纖維對單相強制對流傳熱的強化機理。本項目公開發表SCI檢索論文11篇、EI檢索論文17篇、授權發明專利6項、實用新型3項，申請人成功入選2018年“陝西省青年科技新星”及2017年西安交通大學第三屆“十大學術新人”。本項目的研究成果將為新型強化單相強制對流傳熱表面的設計提供理論指導，補充和發展現有多孔介質對流傳熱的理論體系，有望滿足特殊環境（如載人太空飛行器環境控制系統、太空飛行器熱控系統、可重複運載太空飛行器電子控制模組溫控系統）對材料的多功能需求，減輕結構質量、提高結構的功能效率，具有重要的實際指導意義。