增材制造TPMS 在增强相变材料导热性能中的应用(2)
评价导热性能的一个指标是,相同加热时间内,PCM液相分数大小。液相分数取值范围为0~1,0为PCM完全固态,1为PCM完全液态/熔融态。对于所有的金属泡沫结构,熔化过程都得到了增强。热量从模型底部迅速传递,导致在PCM—金属泡沫结构界面熔化。此外,翅片也有助于熔化过程,从翅片-PCM界面形成的熔融PCM层可以看出。
评价导热性能的一个指标是平均HTC,对比热传导和自然对流两种情况下四类泡沫材料的平均HTC值。在纯热传导情况下,TPMS金属泡沫结构的性能明显更好,IWP的平均HTC比Kelvin单元高出50%,其次是Gyroid(46%)和Primitive(32%)。在自然对流条件下,TPMS金属泡沫结构仍表现出优于Kelvin单元的传热性能。
由增材制造方法生成的TPMS金属泡沫结构和传统金属泡沫结构相比,针对FMF-PCM系统,以PCM熔化时间和整个熔化过程中平均HTC的值为判断标准,发现增材制造方法生成TPMS金属泡沫结构在热传导(无浮力)以及基于自然对流的模拟方面优于传统金属泡沫结构。
对比三种TPMS胞元结构以及Kelvin单元。在纯导热情况下,IWP金属泡沫结构的性能最好。在自然对流条件下,Primitive金属泡沫结构表现最好。在纯传导条件下,TPMS金属泡沫结构的性能优于自然对流条件下的Kelvin单元。对于整体FMF-PCM单元,所有TPMS金属泡沫结构的增强效果仍优于Kelvin单元。
增材制造生成的TPMS金属结构可以很好的改善PCM材料导热系数低的不足,在航空航天领域,TESs系统和TMSs系统可能具有非常好的应用前景的。
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