多孔金属纤维微观建模及孔隙渗透特性研究(上).pdf

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1、试验研究现代制造工程(ModemM明ufacturingEn舀nee—ng)2016年第6期多孔金属纤维微观建模及孔隙渗透特性研究(上)+李卓，王清辉，徐志佳(华南理工大学机械与汽车工程学院，广州510640)摘要：基于三周期极小化曲面实现对多孔金属纤维的几何模型的微观建模。提出一种杆状曲面和调制曲面应用于多孔金属纤维的建模，通过调整一定的模型变量生成有不同结构多孔金属纤维几何模型。使用ANsYS／FLuENT仿真软件平台对多孔纤维结构进行计算流体动力学分析，得到了thmugh—plane和in—plane两个方向上的渗透率。结果表明两个方向中in—plane方向渗透率数值比较高，随着分

2、层特征越明显，渗透率差别越大。等量的纤维中，曲面的平滑因素影响了渗透率数值，且in-plane方向对曲面平滑因素影响的敏感度更高，即该方向上平滑与不平滑曲面模型结构计算得出的渗透率数值差别很大。关键词：三周期极小化曲面；多孔金属纤维；微观建模；计算流体动力学；渗透特性中图分类号：TB24文献标志码：A文章编号：1671—3133(2016)06—0006卅3DOI：10．1673l／i．cnki．1671—3133．2016，06．002Micro-modelingofporousmetal肋ro髑structureanditspemeabmtystudyLiZhuo，WangQingh

3、ui，XuZhijia(SchoolofMechanical&AutomotiveEngineering，Sout}lChinaUniversit)rofTechnology，Guangzhou510640，China)Abst瑚ct：Toachievemicroscopicmodelingofporousmetal油erstructurebasedon佰plyPedodicMinimalSⅢface(11PMS)，arodperiodicsurfaeeandamodulati锄sud．aceareproposed．AVaIietyofthepor伽smaterial’smierostn

4、lctureisgeneratedbycon—trollingmodelv撕ants．UtilizingANSYs／FLuENTsof【wareforComputationalnuidDynarnics(CFD)柚alysis，thethroug}l-planeandin-planepenTleabilityiscalculated．Comp撕ngthenumericallypredictedpe珊eabilityValues0fthoug}l-pl粕e卸din—pl锄e，thepe珊eabilityvalueofin-planeislargerthanthatofthrough-pla

5、ne．And讲thlayeredcharacteristicmoreobvious，t}Iedmbrenceofpe珊eabilityvaluebecomesgreater．Whenthereareequal枷ountsof矧。er，sm00thfactorh器aniⅢluenceonpe册eabilitypre—diction．ApomusmetalfiberstrucIurewithunsmoothsu—．aceshasasmaⅡerpenneabilityvalue．AndtIlepredictedpe册eabilityvalueofin—planeismoresensitivet

6、hanitofthmugh-plane，withagreaterd“krenceofpernleabilitybetweenunsmooth明dsmoo山suIhcestllJcture．KeywordS：腽plyPeriodicMinimalSurfke(TPMS)；pomusmetalfiber；ITlicmscopicmodeling；computationalnuiddyn肌ics；per-meabilitv0引言作为一种新型的结构与功能材料，多孔金属纤维烧结板(PorousMetalFibreSimeredFelts，PMFSF)具有复杂的三维网络结构、高孔隙率和大比表面积等特

7、征，目前主要应用于过滤与分离、电极材料、能量吸收、冷却换热和催化剂载体等领域¨1。随着功能开发的深入，对多孔金属材料的研究已经从宏观转向了微观，从单一尺度转向了多尺度。在微观层次上，多孔6+国家自然科学基金项目(51275177)金属纤维的形貌对材料性能的影响举足轻重。同时，在不同尺度之间存在一定的尺度效应。掌握多孔金属纤维的形貌对性能的影响规律，明确描述不同尺度之间存在的尺度效应，从而更好地控制多孔金属纤维的性能已经成为了研究者越