邵春瑞 李海洋 王军 夏国栋

(北京工业大学,强化传热与过程节能教育部重点实验室暨传热与能源利用北京市重点实验室,北京 100124)

基于傅里叶导热定律,两种具有不同热导率温度依赖特性的材料组合而成的两段式组合材料可以实现热整流效应.本文提出在体材料上均匀布置多孔结构,通过多孔结构孔隙率调整材料的热导率参数,进而强化热整流效应.基于有限元方法和有效介质理论,计算并分析了温差和孔隙率等参数对体材料热整流系数的影响.计算结果表明,温差较大时,孔隙率对对体材料热整流系数的影响较为明显.在热导率随温度升高而增大的材料中布置多孔结构,一般会降低系统的热整流系数;若在热导率随温度升高而减小的材料中布置多孔结构,则存在一个最佳的孔隙率,相对于无多孔结构的系统,其热整流系数可以提高2—3 倍.本文研究结果为体材料热整流系数的调控提供了新的思路.

1 引言

热整流是一种热流量大小依赖于温度梯度方向的热量传递现象(或者系统在一个方向上的传热能力明显强于相反方向的传热能力)[1,2].热整流效应为控制热量传递提供了新的思路,可应用于节能、热防护及能源管理[3,4]等方面.此外,热整流的可能应用还包括废热回收[5]、热二极管、热三极管和热逻辑门[6,7],以及通过使用热桥式整流器利用地球表面温度的周期振荡驱动热机实现清洁能源的收集[8].2021 年中国两会上……