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中心在多孔材料拓扑开发及传热机理表征领域最新成果于ATE上发表

作者: 访问量:475时间:2019-11-27

开孔金属点阵多孔材料具有复杂三维联通孔隙、高比表面积、高比强度与比刚度,材料的孔隙拓扑千变万化、孔隙尺度可在宽广的范围内调控,可设计性极强。以此类多孔金属为芯体的三明治结构在承载散热一体化热管理与换热系统中具有广阔的应用前景,典型的应用场景包括航天飞行器主动热防护、航空母舰舰载燃气偏流板主动冷却、大型风力发电机定子与转子冷却、车辆盘式制动器冷却、高强高效紧凑式换热器等。鉴于此,此类多孔材料受到材料学、力学、热学等多个领域学者的关注。近年来,中心围绕金属点阵多孔材料拓扑开发、材料制备、力学与热学性能及机理表征、工程应用四个方面的问题,开展了一系列研究工作,开发出了X型金属点阵等一系列具有自主知识产权的金属点阵材料。

中心前期针对X型金属点阵力学特性的研究表明,X型点阵杆件交叉节点约束的出现使其压缩强度得到明显提升;针对其对流传热特性的研究表明,X型点阵独特的拓扑引起了大尺度的螺旋主流和三类独特的二次流,使其对流传热性能得以成倍改善。受此力学性能强化机理和对流传热强化机理启发,提出将X型金属点阵与方孔蜂窝材料相结合,形成新型“X芯方孔蜂窝材料”。一方面,蜂窝壁可进一步增强对X型点阵交叉节点的约束,可改善力学性能;另一方面,可充分利用X型点阵对称面上两反向旋转螺旋主流及二次流强化蜂窝壁传热,改善其综合传热性能。为此,提出了该材料的冲压-组装-钎焊批量化制备方法,并授权发明专利。借助于对流传热风洞系统和三维数值模拟,深入对比分析了X芯方孔蜂窝与其母体X型点阵及方孔蜂窝的对流传热特性。研究表明,在等流量工况下,新型X芯蜂窝的总体散热性能分别比X型点阵及方孔蜂窝高0.53倍,在泵功条件下,新型X芯蜂窝的散热性能比X型点阵高40%。进一步从湍动能的产生、输运与耗散以及涡动力学方面,深入剖析了其对流传热机理,为进一步优化设计奠定了坚实的基础。

上述研究成果以“An X-lattice cored rectangular honeycomb with enhanced convective heat transfer performance”为题发表在热工领域top期刊Applied Thermal Engineering上。文章第一作者为卢天健教授的博士毕业生、西北工业大学闫宏斌助理教授,卢天健教授为该论文的通讯作者。该新型材料具有完全自主知识产权,未来有望在承载散热一体化热管理与散热系统中得到应用

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359431119352378?via%3Dihubpdf


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