泡沫炭传热建模仿真研究进展

泡沫炭因其结构性能好、可调节性强等优点,被视为优异的热管理材料,拥有广阔的应用前景,基于其多孔特性,探究其导热性能和结构的关系成为研究热点。传热仿真研究可以指导泡沫炭孔道结构和制备方法的进一步改良与设计。本文总结了泡沫炭传热仿真研究的几何结构基础和各向异性特征,介绍了几种现有的泡沫炭传热仿真理想化模型和各向异性模型,阐述了泡沫炭传热有限元研究的基础理论和仿真方法,整理了对几何模型和传热仿真结构进行有效性验证的方法,最后对泡沫炭传热建模仿真的发展方向进行了展望。作者认为,泡沫炭传热仿真研究需要以其多孔几何结构及几何参数为基础,研究的重难点为由泡孔结构和石墨本身性质决定的各向异性,现有的理想几何模型主要包括面心立方模型、体心立方模型、正四面体模型、正八面体模型、随机分布模型、随机算法模型,各向异性模型主要有椭球形体心立方模型、发泡机理模型、开尔文十四面体模型和三维计算机断层扫描模型4种,对泡沫炭的传热研究均具有重要参考价值。泡沫炭传热有限元研究一般使用ANSYS或ABAQUS软件计算其固体骨架热传导性,使用实验测量数据或Klett理论模型可以对模型有效性进行验证。鉴于泡沫炭石墨片层结构无法通过宏观几何建模实现,需要探究更加准确的各向异性多孔材料传热模拟方法,研究泡沫炭石墨韧带及片层排布的有序性与其制备条件及有效热导率的关系,便于进一步研究泡沫炭各向异性传热机理。

Modeling and Simulation of Heat Transfer through an Electric Wire

This paper illustrates the use of a general purpose differential equation （DE） solver called FlexPDE for the solution heat transfer problems in electric wire. FlexPDE uses the finite element method for the solution of boundary and initial value problems. A flexible input of the governing DE＇s and of material properties functions allows the simulation of non-linear variable behavior quickly and inexpensively. A modeling of temperature distribution in one-dimensional problem, a cross section of an electric wire was simulated. Comparison of those results obtained by FlexPDE with analytical and numerical solutions are done. The results compared well with those obtained from the analytical and numerical methods. The adaptability of the FlexPDE software for solving a variety of problem types was clearly demonstrated.