多層-梯度多孔材料的設計及其吸聲與強化傳熱性能研究.pdf

1、多孔材料（多孔介質）具有比表面積大、質輕等優(yōu)良特性，在能源、機械、環(huán)境等領域具有重要的應用價值，其中，多層多孔材料和梯度多孔材料是近年來多孔材料領域國內外研究的熱點之一。本文第一部分設計了多層MCF（微通道薄膜）多孔結構材料，以制取吸聲性能良好的多層多孔吸聲結構為目標，研究了微通道數(shù)目、微通道孔徑、穿孔直徑、穿孔率等參數(shù)對于結構吸聲性能的影響規(guī)律;第二部分，以設計強化換熱綜合性能良好的多孔材料為目標，創(chuàng)造性地提出GPM（梯度多孔材料）強

2、化換熱的設計構想，研究了流通介質在梯度多孔材料填充設備內的傳熱和流通性能。
　　對多層MCF多孔結構材料的吸聲性能進行了試驗研究和理論分析，發(fā)現(xiàn)其吸聲系數(shù)同時受到微通道數(shù)目、微通道孔徑、穿孔直徑、穿孔率等參數(shù)的綜合影響。試驗結果與理論值對比表明，將多層MCF多孔結構等效視為多層穿孔板結構是可行的。采用28微通道（內徑500微米）制取的多孔結構具有良好的吸聲綜合性能，與傳統(tǒng)的穿孔板結構和多孔材料相比，可以擴展其有效吸聲的頻率范圍，增

3、強結構吸聲的穩(wěn)定性。同時，對多層MCF多孔材料的基礎力學性能進行了試驗研究，分析了微通道數(shù)目、微通道孔徑等結構參數(shù)對力學性能的影響，結果表明，MCF多孔材料的力學性能較穩(wěn)定，受結構參數(shù)的影響較小，適合在吸聲領域的工程應用。
　　基于GPM的優(yōu)良特性，設計了GPM部分/完全填充圓管強化換熱的結構。當Rp（多孔材料徑向填充率）分別為0.6，0.8以及1.0時，結合管內充分發(fā)展段的速度分布圖、管內截面溫度分布圖、圓管流動阻力系數(shù)f和平均

4、努賽爾數(shù)Num分別研究了填充梯度孔徑（dp）多孔材料、梯度孔隙率(ε)多孔材料對于管內流體流動及換熱特性的影響規(guī)律，并將其與HPM（均勻多孔材料）填充圓管時對應的相關性能做了對比分析?；趫鰠f(xié)同原理和速度加權平均孔徑分析了梯度多孔結構填充圓管強化換熱的內在機理。在此基礎上，比較了各種梯度多孔材料填充圓管結構的換熱與流動綜合評價性能(PEC)。分析結果表明，在GPM部分或者完全填充圓管時，均可合理設計有特殊結構的GPM，使其在強化換熱的同

5、時，還能有效地抑制流動阻力的提升，進而得到優(yōu)良的強化換熱綜合性能。
　　首次提出GPHS（梯度多孔熱沉）的概念，可用于冷卻電子器件。通過建立三維數(shù)值模型研究了梯度多孔結構對于多孔熱沉水力性能和熱性能的影響規(guī)律，熱沉內部流動屬于層流(200≤Re≤1000)。主要分析比較了7種多孔熱沉的性能，包括3種HPHS（均勻多孔熱沉）和4種梯度多孔熱沉。研究表明:與傳統(tǒng)的HPHS相比，沿厚度方向具有遞減梯度孔徑結構的GPHS在水力性能及熱性能