预测复合材料导热系数的热阻网络法2005.pdfVIP

张海峰 等 :预测复合材料导热系数的热阻网络法 757 预测复合材料导热系数的热阻网络法 张海峰 ,葛新石 ,叶　宏 ( 中国科学技术大学 热科学与能源工程系 ,安徽 合肥 230027) 摘 　要 : 　借助计算机模拟复合材料的空间结构 ,直接 文献[4 ] 中用数值方法研究了单元体有效导热系数 。 迭代求解热阻网络 ,得到复合材料的导热系数 。分析 然而 ,就颗粒弥散型复合材料而言 ,其空间结构通常是 了在随机分布条件下取样尺度对导热系数的影响 , 以 无规律的 ,假设周期性分布的等效传热单元忽略了组 及二维和三维条件下导热的差别 。与文献中实验数据 分实际空间结构对传热的影响 。从无规律的随机空间 的比较表明 ,所述方法能够较好地预示颗粒弥散型复 结构中提取出统计学意义上的宏观特征量 ,是一种处 合材料的导热系数 。 理问题的方法 。与简化的传热单元法相比,此方法需 关键词 : 　复合材料 ;导热系数 ;热阻网络法 要大量的节点信息存储空间 ,计算量也很大 。随着计 中图分类号 : 　TB34 文献标识码 :A 算机性能的不断提高 ,方便了对大规模矩阵的迭代求 ( ) 文章编号 :100 1973 1 2005 解 。本文研究用随机生成的空间结构来模拟填充颗粒 尺度均匀的复合材料 ,借助对各向异性介质传热问题 1 　引　言 的离散求解 ,得到颗粒弥散型复合材料的导热系数 ,为 复合材料是工程技术中广泛使用的一类材料 ,在 复合材料的设计提供依据 。 化工 、电子 、能源 、航空等领域 内具有普遍 的应用价 [ 1 ] 2 　计算方法 值 。对于以热障或热导为 目的功能型材料 ,导热系 数的定量确定对复合材料设计和制备 、性能研究至关 为了描述的方便 ,将复合材料中两相分别记为连 重要 ,因此寻求复合材料导热系数的预测方法一直受 续的基体相和离散相 ,导热系数分别为 km 和 kf ,离散 [ 1～5 ] ( 到广泛的关注 。 相所占体积分数为 f 。 事实上 ,随着 f 的变化两相会 ) 复合材料的结构形式千差万别难以用统一的形式 发生相互过渡 。 描述 ,其热传导能力亦随组分导热系数 、组分数和组分 假设复合材料取样空间尺度为 L 0 ,离散相尺度为 在复合材料中的空间结构而变化 。目前常用的预测方 D ( L 。则取样空间中含有 N 个单元体 N = L 0 / L , D 为 法是基于“容积平均”的概念 , 即把复合材料看作均匀 ) D ( )