多孔陶瓷材料热传导性能模拟计算与测试方法研究

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本文通过构建泡沫多孔体理想化模型,对该模型进行数值计算其有效热导率,完成利用闪光法测量有机浸渍方法制备的高孔隙率(>80%,显孔)泡沫多孔陶材料的有效热导率,同时将理论计算值与实验数据比较。该泡沫多孔陶瓷材料的结构具有一系列内部相互联结在一起的棱柱以及其变化的截面两者组成的三维空间网状结构,因此假设棱柱的截面形状随棱长不发生变化,以菱形十二面体理想化模型代表所研究材料的空间结构的基本单元。理论数值计算其有效热导率,分析结果显示:代表性结构单元的有效热导率Keff是孔隙率p及固相热导率与第二相气体热导率Ks/Kg的比函数,且与棱柱截面形状无关,同时与文献提供的由有浸渍法制备的泡沫多孔体有效热导率的实验数据吻合较好。利用闪光法即FLASHLINETM5000六样品热导率测试仪,在Ar气条件下,100℃到500℃温度范围内,成功实现对不同孔隙率、不同孔径的有机浸渍法制备的Al2O3和SiC两种泡沫多孔陶瓷材料的热扩散性能进行实验测量。实验结果显示:有效热导率Keff随温度的升高而增大,在500℃条件下的有效热导率Keff是100℃条件下的2倍多;有效热导率Keff随着孔隙率增大而降低,或孔径的增大而升高,与理论计算结果较为一致。
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