各向异性Kelvin泡沫胞元高径比对其流动传热特性的影响

作     者：张超 孔祥壮 杜雁霞 王娴 肖光明 ZHANG Chao;KONG Xiangzhuang;DU Yanxia;WANG Xian;XIAO Guangming

作者机构：西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室西安710049 空天飞行空气动力科学技术全国重点实验室绵阳621000 

出 版 物：《空气动力学学报》 (Acta Aerodynamica Sinica)

年 卷 期：2024年第42卷第1期

页      面：55-66,I0002页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 080703[工学-动力机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 080104[工学-工程力学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家重点研发计划(2019YFA0405202) 国家自然科学基金(12272288) 国家数值风洞工程(NNW) 

主　　题：各向异性 Kelvin泡沫 流动阻力 综合传热因子 

摘      要：飞行器热管理系统中所用的高孔隙率泡沫材料具有质量轻、比表面积大等优点,孔隙尺度几何参数的优化设计对有效提升综合传热性能、降低结构质量至关重要。以各向异性Kelvin泡沫胞元为研究对象,采用混合热格子Boltzmann方法以及多GPU加速技术,实现了同时考虑泡沫骨架导热和多胞元孔隙尺度强迫对流换热的共轭传热数值模拟。在上述基础上,分别选取了Re=10、100、1000计算条件,开展了不同胞元高径比(H/D=0.5、0.75、1.0、1.5、2.0)对其流动传热特性的影响规律研究。结果表明,在不同Re条件下,随着各向异性Kelvin泡沫H/D的减小,其泡沫内部的流动阻力及努塞尔数均增大,且随着Re的增大,对流换热的作用增强,H/D的影响也更为明显。此外,相比于流动阻力,结构传热性能受H/D的影响变化速率更大,由此造成综合传热因子(j/f^(1/3))与H/D成反比关系,即减小Kelvin胞元H/D可有效提高泡沫结构的综合传热性能。