刘子平， 孙俊

(清华大学 核能与新能源技术研究院， 北京 100084)

复合材料广泛运用于能源工业领域，通常由两相或者多相材料混合而成。由于复合材料几何结构复杂，在对其进行传热分析时存在一定的困难，因此通常采用等效均匀化方法将复合材料看作具有等效导热系数的均匀材料进行分析。常规的复合材料不含内热源，通过在边界上施加热流，通过保证等效前后的热流一致来研究等效导热系数，比较经典的模型包括热阻串并联模型[1]、Maxwell模型[2]等。在电容器、航天器、太阳能热存储、核反应堆、铀矿的开采、煤的堆放等[3-6]特殊场景中，也存在大量复杂的复合材料传热问题。由于含有内热源，复合材料内的热流分布规律不同于仅有外加热流的情况，传统基于外加热流得到的等效导热系数模型可能不再适用于含内热源复合材料的传热分析[7]，需要深入研究内热源对热流分布的影响，重新选取等效前后的守恒量来研究等效导热系数[8]。文献[9-11]通过数值的手段计算了含内热源复合材料的等效导热系数，将复合材料的最高温度或平均温度作为等效前后的守恒量，计算得到了预测最高温度或平均温度的等效导热系数结果，说明了含内热源时的等效导热系数不同于无内热源时的传统等效导热系数模型。采用等效导热系数预测最高温度可用于研究核反应堆中的热点，与安全性相关；采用等效导热系数预测平均温度可用于计算核反应截面，用于反应堆物理热工耦合计算和设计分析。……