TPMS胞元結(jié)構(gòu)對(duì)相變材料導(dǎo)熱性能增強(qiáng)作用

      評(píng)價(jià)導(dǎo)熱性能的一個(gè)指標(biāo)是，相同加熱時(shí)間內(nèi)，PCM液相分?jǐn)?shù)大小。液相分?jǐn)?shù)取值范圍為0~1,0為PCM完全固態(tài)，1為PCM完全液態(tài)/熔融態(tài)。對(duì)于所有的金屬泡沫結(jié)構(gòu)，熔化過(guò)程都得到了增強(qiáng)。熱量從模型底部迅速傳遞，導(dǎo)致在PCM—金屬泡沫結(jié)構(gòu)界面熔化。此外，翅片也有助于熔化過(guò)程，從翅片-PCM界面形成的熔融PCM層可以看出。

評(píng)價(jià)導(dǎo)熱性能的一個(gè)指標(biāo)是平均HTC，對(duì)比熱傳導(dǎo)和自然對(duì)流兩種情況下四類(lèi)泡沫材料的平均HTC值。在純熱傳導(dǎo)情況下，TPMS金屬泡沫結(jié)構(gòu)的性能明顯更好，IWP的平均HTC比Kelvin單元高出50%，其次是Gyroid(46%)和Primitive(32%)。在自然對(duì)流條件下，TPMS金屬泡沫結(jié)構(gòu)仍表現(xiàn)出優(yōu)于Kelvin單元的傳熱性能。

由增材制造方法生成的TPMS金屬泡沫結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)金屬泡沫結(jié)構(gòu)相比，針對(duì)FMF-PCM系統(tǒng)，以PCM熔化時(shí)間和整個(gè)熔化過(guò)程中平均HTC的值為判斷標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)增材制造方法生成TPMS金屬泡沫結(jié)構(gòu)在熱傳導(dǎo)(無(wú)浮力)以及基于自然對(duì)流的模擬方面優(yōu)于傳統(tǒng)金屬泡沫結(jié)構(gòu)。

對(duì)比三種TPMS胞元結(jié)構(gòu)以及Kelvin單元。在純導(dǎo)熱情況下，IWP金屬泡沫結(jié)構(gòu)的性能最好。在自然對(duì)流條件下，Primitive金屬泡沫結(jié)構(gòu)表現(xiàn)最好。在純傳導(dǎo)條件下，TPMS金屬泡沫結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)于自然對(duì)流條件下的Kelvin單元。對(duì)于整體FMF-PCM單元，所有TPMS金屬泡沫結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)效果仍?xún)?yōu)于Kelvin單元。

增材制造生成的TPMS金屬結(jié)構(gòu)可以很好的改善PCM材料導(dǎo)熱系數(shù)低的不足，在航空航天領(lǐng)域，TESs系統(tǒng)和TMSs系統(tǒng)可能具有非常好的應(yīng)用前景的。

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