各向异性Kelvin泡沫胞元高径比对其流动传热特性的影响

飞行器热管理系统中所用的高孔隙率泡沫材料具有质量轻、比表面积大等优点，孔隙尺度几何参数的优化设计对有效提升综合传热性能、降低结构质量至关重要。以各向异性Kelvin泡沫胞元为研究对象，采用混合热格子Boltzmann方法以及多GPU加速技术，实现了同时考虑泡沫骨架导热和多胞元孔隙尺度强迫对流换热的共轭传热数值模拟。在上述基础上，分别选取了Re=10、100、1 000计算条件，开展了不同胞元高径比(H/D=0.5、0.75、1.0、1.5、2.0)对其流动传热特性的影响规律研究。结果表明，在不同Re条件下，随着各向异性Kelvin泡沫H/D的减小，其泡沫内部的流动阻力及努塞尔数均增大，且随着Re的增大，对流换热的作用增强，H/D的影响也更为明显。此外，相比于流动阻力，结构传热性能受H/D的影响变化速率更大，由此造成综合传热因子(j/f^1/3)与H/D成反比关系，即减小Kelvin胞元H/D可有效提高泡沫结构的综合传热性能。