石墨泡沫的实验研究及导热数值分析

【摘要】： 随着航空与航天工业、汽车工业以及通讯和信息产业等技术的飞速发展,对现代材料提出了更高的要求,如传热性能好、有一定的机械强度、耐腐蚀等。近年来出现的新型导热材料石墨泡沫以独特的性能满足了这些要求。 石墨泡沫是一种多孔结构材料,其固体骨架是石墨片层结构,因此具有密度小、导热系数大的优良热物理性能。如果将石墨泡沫用于制造各种换热器,能减少换热器的重量和体积。目前国外对石墨泡沫材料的研究和开发较深入,而国内的研究尚处于起步的阶段,且主要是讨论制备工艺。 本文讨论了石墨泡沫制备成型实验中不同工艺条件对石墨材料多孔结构性能的影响。通过调整气氛压力、升温速率和恒温时间等参数,得到了不同的实验样品。 根据优化实验的需要,提出了基于样品剖面孔隙面积标准偏差的孔隙均匀系数,作为评价材料内部孔隙尺寸及空间分布均匀度的综合指标。给出了孔隙均匀系数的概念、定义和测量方法,讨论了石墨泡沫制备实验过程中一些工艺参数对实验样品孔隙均匀系数的影响。 利用有限元计算软件ANSYS建立了石墨泡沫的有限元分析模型,采用有限元法对石墨泡沫材料的热性能进行数值计算,得到不同孔隙率下的容积导热系数,分析了稳态条件下模型的温度场和热流密度场并与国外相关同类计算结果进行了比较。