运用分形方法预测石墨化碳泡沫方向导热系数

石墨化碳泡沫是高导热系数材料,具有方向导热性能,垂直发泡方向(xy平面)和沿发泡方向(垂直xy平面)的导热系数有明显的差异.应用分形方法通过确定碳泡沫的泡孔结构的分形维数,结合泡孔热阻单元,分析了石墨化碳泡沫的导热特性,推导出了碳泡沫的方向导热模型.计算结果与文献中石墨化碳泡沫样品的实测值基本一致,该方法为更好地利用其优良的方向导热性能提供了理论基础.     

基于分形理论的开孔聚氨酯泡沫等效导热系数研究

开孔聚氨酯泡沫保温材料是一种典型的多孔介质。采用分形理论描述开孔聚氨酯泡沫材料的微尺度空间结构,建立了简化单元体模型,提出了计算其有效导热系数的分形模型,并导出了气相和固相热传导计算公式、热辐射等效导热系数计算公式、材料总有效导热系数计算公式。模型计算值与实验测量值比较具有较好的一致性,同时总结了多孔介质材料绝热性能的主要影响因素。该分析方法对新型绝热材料的研制和绝热性能的提高具有实用价值。     

分形理论在耐火纤维材料的导热特性研究中的应用

运用分形理论对多孔介质的几何结构进行描述，建立了耐火纤维材料的导热分形模型，并据此模型推导出其有效导热系数计算式；公式表明，耐火纤维材料的导热过程除了与气、固两相的物性和温度有关外，还与其体积分率以及孔隙分形维数有关。通过应用此计算式进行计算，得出了耐火纤维材料的有效导热系数计算值，而且计算结果与实验数据吻合得比较好，表明该导执模型计算式具有较高的表达精度。     

石墨泡沫有效导热系数研究综述

石墨泡沫作为一种新型的轻质多孔材料,具有孔隙率高、比表面积大、密度低、导热系数高等优点,可应用于诸多领域。本文综述了三种研究石墨泡沫有效导热系数的方法,分别为实验研究、理论分析和数值模拟,概括了三种方法中不同泡沫模型的假设条件及适用范围,并通过分析计算与实验数据间的相对误差,得到每种模型的优、缺点。经比较发现,K.C. Leong模型在模拟泡沫内部孔隙结构上效果最好,为改进石墨泡沫有效导热系数的模型设计提供了很好的参考价值。     

超临界流体制备中间相沥青泡沫炭及其导热性能研究

以奈系中间相沥青为原料,在初始压力2.0～4.0MPa的范围内,利用甲苯作为超临界溶剂制备中间相沥青基泡沫,并经氧化炭化和石墨化获得了三维网状结构的泡沫炭,利用扫描电镜、x射线衍射、激光导热测定仪分析了泡沫碳的结构和导热性能,研究了泡沫炭结构与其导热性能的关系.结果表明,不同条件下所制备得到的泡沫炭泡孔结构和孔分布的不同对导热系数影响较大,在2350℃下石墨化后导热系数达到42(W/mK).     

非均质泡沫结构与导热性能的2D模拟

以石墨泡沫为代表的新型多孔功能材料具有低密度、高孔隙率、高导热性能等优良特性,因而受到广泛关注和研究.多孔材料的有效导热系数与孔隙结构有关,通常用孔隙率作为结构参数,但实际多孔材料的孔隙分布大多是非均匀的、随机的,因此单一的孔隙率不足以描述其孔隙结构.提出一种2D随机结构的多孔泡沫导热模型,根据大样本的有限元法数值模拟结果,指出非均质多孔泡沫的有效导热系数可表示为孔隙率和孔隙均匀度的函数.     

基于分形理论的玻璃纤维真空绝热热工特性研究

基于分形理论,描述了玻璃纤维多孔介质材料微尺度空间结构,建立分形等效单元体模型,分析了影响其真空下有效导热系数关键因素为固体基质导热系数、空隙率、纤维丝空间结构、分形直径、残余气体压力及导热系数、玻璃纤维材料厚度、使用环境等,并导出了气相、固相热传导计算公式和热辐射等效导热系数计算公式及材料总有效导热系数计算公式.研究表明,玻璃纤维有效导热系数随着分形直径、分形维数、残余气体压力的增大而增大,随着空隙率的增大而减小.同时,模型计算值与实验测量值比较,具有较好的一致性.文章的分析方法对新型真空绝热材料的研制和绝热性能的提高具有实用价值.     

石墨泡沫/共晶盐等效导热系数的理论研究

为了研究石墨泡沫/共晶盐复合相变材料的等效导热系数,提出了一个立方单元模型。即6块中间开孔的板围成的立方体结构。此模型可通过改变板厚及连通孔直径表征复合材料不同孔隙度下的内部结构。首先根据热阻分析得到石墨泡沫/空气的等效导热系数,与文献中的实验数据进行了对比,验证了立方单元模型的适用性。接着计算得出不同孔隙度下石墨泡沫/共晶盐的等效导热系数。最后分析了连通孔的直径对等效导热系数的影响。发现随着孔隙度的增大,等效导热系数值呈下降趋势。固体石墨骨架对共晶盐的导热系数具有很大的提升作用。随着孔隙度的增加,连通孔直径的变化对整体等效导热系数的影响逐渐变小。     

沥青基块体炭材料导热系数模型的建立

基于不同工艺制备的沥青基块体炭材料导热系数的文献值,分析了石墨化度和密度对其室温导热系数的影响,并由此建立了石墨化度、表观密度和导热系数之间关系的数学模型,以便更好地指导新的研究工作.进一步验证了所建立模型的可靠性,结果表明,沥青基块体炭材料的导热系数随其表观密度和石墨化度的增加而不断增大,尤其是当石墨化度和密度都较高时,导热系数急剧增大.经试验结果的检验与修正,得到数学模型为Y=2.14.78X0.8411·X1.6912+27.43,其预测值与实验结果误差小于5%,显示出较好的一致性.     

石墨化碳泡沫导热性能研究

以煤焦油基沥青为原料,在420～450℃的范围内热解制备中间相沥青,用所制得的沥青在6～8MPa的压力下升温发泡,保温一段时间,然后再经过碳化和石墨化制得一种性能优良的导热材料--碳泡沫,其导热系数最高可以达到110W/(m·K).讨论了沥青中间相含量、发泡时的压力、保温时间、升温速率对泡沫导热性能的影响:随着中间相沥青含量的增加,所制备的碳泡沫的导热系数明显提高,中间相由0%提高到100%时,导热系数由77.5W/(m·K)上升到110W/(m·K);发泡时保温时间的影响相对于成型压力更为明显,保温时间从1h提高到4h,导热系数会由85 W/(m·K)上升到100W/(m·K);发泡的压力对导热系数的影响不是很明显.     

Enhancement of through-thickness thermal conductivity of sandwich construction using carbon foam

As a thermal management system, a sandwich construction was developed to have both superior thermal conductivity and structural integrity. The sandwich construction consists of a carbon foam core and unidirectional graphite/epoxy composite facesheets. An emphasis was put on enhancing the thermal conductivity of each phase of sandwich construction as well as interface between the phases. A commercially-available carbon foam was characterized mechanically and thermally. Property variation and anisotropy were observed with the highly conductive graphitic carbon foam. Co-curing of the composite facesheets with the carbon foam core was demonstrated to minimize the thickness of the adhesive layer between the facesheets and the core to produce the best construction of those tested. Comparison made with an adhesively bonded specimen shows that the co-curing is a more efficient method to enhance the through-thickness conductivity. Parametric studies with an analytic model indicate that degree of enhancement in the overall through-thickness conductivity of the sandwich construction from the enhancement of each component including the foam core, facesheet and the bonding methods.     

碳纤维随机填充橡胶复合材料导热性能的数值模拟

运用随机顺序添加算法RSA(Random sequential addition method),基于均匀化理论建立了碳纤维填充橡胶复合材料代表体积单元RVE(Representative volume element)模型,利用有限元方法数值模拟研究了碳纤维对橡胶复合材料导热性能的影响。结果表明:在相同的填充分数下,碳纤维根数对复合材料导热性能的影响较小;合理安排碳纤维空间分布及纤维取向能有效提高复合材料的导热性能;复合材料的导热性随着碳纤维填料含量及长径比的增加而增大;与理论模型相比,基于碳纤维填料随机分布模型所得模拟结果与实验值较接近,尤其在高填充分数时与实验值吻合较好,可以更好地预测纤维填料填充复合材料的导热性能,对制备具有高填充分数的高导热复合材料具有一定的指导意义。     

填充型聚合物基复合材料的导电和导热性能

研究了高密度聚乙烯为基体、炭黑和炭纤维为填料复合体系的导电和导热性能。发现当导电填料的含量达到渗流阈值时,复合材料的电导率急剧升高;而在渗流阈值附近,其热导率未出现突变。这表明电导渗流现象不完全是由导电粒子通过物理接触生成导电链所致。其导电机制是相当数量的导电粒子相互发生隧道效应。     

Paraffin-based shape-stable phase change materials with graphene/carbon nanotube three-dimensional network structure

A novel kind of paraffin-based shape-stable phase change materials (SSPCMs) was prepared by introducing paraffin into reduced graphene oxide (rGO)/carbon nanotubes (CNTs) aerogel via vacuum-assisted impregnation method. The effects of ratio of rGO to CNTs in 3D network structure on morphology, structure and property of paraffin-based SSPCMs were investigated. The rGO/CNTs 3D network structure with high thermal conductivity, served as thermally conductive skeleton together. In particular, CNTs was used as a secondary heat conductive filler, which could be well dispered in the SSPCMs to conduct heat synergistically. The SSPCMs exhibited high thermal conductivity and excellent shape-stability. And the thermal conductivity of SSPCMs can be regulated by adjusting the ratio of rGO to CNTs in aerogels. These results indicate that 3D rGO/CNTs aerogels have advantages as thermally conductive skeleton, and can endow phase transition materials with stable shape, so as to realize the application of phase change materials in the field of heat dissipation.     

基于孔尺度的泡沫金属强化相变储热材料传热性能数值模拟

导热系数低是影响相变储热材料应用的主要难题之一,而泡沫金属具有高热导率、高孔隙率以及高比表面积等特性,在相变材料中添加泡沫金属可实现强化传热。该文基于泡沫金属基3D微观结构W-P模型,重点分析了泡沫金属基复合相变材料有效导热系数与泡沫金属孔隙率以及孔径的关系,采用数值模拟方法利用该模型预测并验证了泡沫铝6101添加空气与水的有效导热系数,研究结果表明该模型能够精确预测泡沫金属材料有效导热系数,在此基础上预测了石蜡中添加泡沫铜的有效导热系数,结果表明,泡沫金属可以显著提高相变材料的导热系数,当泡沫铜的孔隙率为97.57%时,复合相变材料的导热系数与纯石蜡相比提高了13倍。研究结果对于相变储热材料的热物性强化研究具有一定参考价值。     

用作气相催化反应体系CNF/泡沫炭催化剂载体的合成

以中间相沥青为碳质前躯体,采用自发泡法制得泡沫炭.为了提高比表面积,泡沫炭经质量分数65％的HNO3氧化后,采用化学气相沉积法在其表面生长一层纳米炭纤维(CNFs).泡沫炭表面生长一层CNFs后,其比表面积和导热系数分别由40m2/g、107W/mK相应提高到198 m2/g、125W/mK.这种结构的CNFs/泡沫炭复合材料可以用作气相催化反应体系的催化剂载体.     

超声强制浸润法制备碳纳米纸/聚合物导热复合材料

为实现聚合物基导热复合材料的高效制备，提出了一种利用超声焊接设备实施的超声强制浸润方法。采用真空抽滤方法制备出由碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)堆叠而成的碳纳米纸(Carbon nanopapers, CNPs), 将CNPs放置在未固化的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane, PDMS)中，利用超声焊接设备的高频率、高功率超声源进行震荡，凭借超声波的能量传递作用，使液态PDMS逐步浸润到CNPs中。在100℃加热30 min固化后，即得到兼具高柔性和优良导热性能的CNPs/PDMS复合材料。结果表明，相同振幅条件下，CNPs/PDMS复合材料的导热性能随超声处理时长的增加而先上升后下降，并在超声时长为1.9 s时达到最优，热导率达5.781 W/(m·K)。验证了超声强制浸润法高效的制备柔性导热复合材料的可行性。      

用超临界二氧化碳技术制备硅橡胶/碳纳米管/炭黑复合导电泡沫材料

以超临界二氧化碳为物理发泡剂,制备出一种具有良好导电性能的硅橡胶/碳纳米管/炭黑多相复合泡沫材料。系统研究了不同碳纳米管含量及不同加工参数对硅橡胶发泡行为和最终硅橡胶泡沫材料导电性能的影响。实验结果表明,碳纳米管和炭黑在硅橡胶基体中分散良好,无明显团聚体出现。均匀分散的碳纳米管能够提高发泡时的成核密度,从而得到具有较小泡孔尺寸和较高泡孔密度的泡沫材料。研究发现随着饱和温度升高,泡孔尺寸变大,泡孔合并现象明显;随饱和压力增加,泡孔尺寸变小,泡孔密度增加,泡孔合并现象减少。不同泡孔形态对应其导电性能也有所不同,当泡孔尺寸较小,泡孔分布均匀的泡沫材料导电性能较好。