开孔金属泡沫流场分布和流动阻力的数值分析

摘要

【目的】为了系统研究开孔金属泡沫中空气流场的流动特性和传热传质特性。【方法】使用几何表示法构建12面体开孔泡沫模型，应用有限单元法模拟了不同入口速度下，泡沫韧带截面形状、孔径密度PPI和流场高度方向泡沫结构对称性等参数对流场分布、传质和流动阻力的影响。【结果】结果表明，随着泡沫韧带截面顶点曲率减小，韧带阻滞作用减弱，流场沿程损失h_f减少；增大孔径密度可以提高流场对流强度分布均匀性；在高度方向非对称边界流场对流强度更大，且韧带周围对流强度分布趋向均匀，对称结构则相反；对称边界流场的上下边界处对流速度比非对称边界略大，对称边界更有利于边界物质输运；泡沫结构特征和气体入口速度对流场分布和流动阻力的影响明显。流动问题的量纲分析结果表明，泡沫孔数量越多，流场的沿程损失与气体初始动能的比值越大，增大气体入口速度则比值减少，当入口速度超过6 m/s后，比值趋于稳定。

关键词

开孔金属泡沫 / 韧带截面形状 / 泡沫结构对称性 / 孔径密度 / 沿程损失 / 传质能力