泡沫金属等效热辐射特性及其预测方法

本申请项目"泡沫金属等效热辐射特性及其预测方法"，主要研究不同孔隙结构及孔隙率下泡沫金属的等效热辐射特性预测模型和方法，分析孔隙几何特征对泡沫金属等效热辐射特性参数的影响机制和规律，建立由孔隙几何特征和金属材料特性计算泡沫金属等效热辐射特性的计算关联式。研究中直接从求解电磁辐射的Maxwell方程组入手建立通过孔隙几何特征来预测泡沫金属等效热辐射特性的模型，这可以充分考虑偏振、衍射、相干效应的影响。研究意义：泡沫金属等效热辐射特性的预测是泡沫金属结构热分析和结构设计亟待解决的一个关键问题，在航空、航天、汽车等领域有重要应用。

本项目旨在建立不同孔隙结构及孔隙率下泡沫金属的等效热辐射特性预测模型和方法，揭示热辐射在不同孔隙结构特征的泡沫金属介质内的传递机理，并分析不同的孔隙几何特征对泡沫金属热辐射特性参数的影响规律。结合研究计划，本项目发展了基于电磁理论对微孔泡沫金属的光谱辐射特性进行预测的模型和方法，分析了热辐射在不同尺度参数的泡沫金属元胞内的传递机理。对单元胞、单层及多层泡沫铝在红外波段的光谱辐射特性进行了计算。分析了元胞结构、孔隙率、入射角度、平面波极化方式、元胞层数对泡沫铝光谱辐射特性的影响。对多种泡沫金属样品在不同入射方向下的表观光谱双向反射分布函数（BRDF）进行了实验测量。建立了基于多角度入射BRDF的辐射特性参数反演模型，通过反演获得了不同孔隙率的泡沫铜、泡沫铁镍及泡沫镍样品的吸收系数、散射系数及散射相函数。对考虑热辐射效应的泡沫金属高温有效导热系数进行了研究。分析了孔隙结构、孔隙率、孔隙尺寸、温度等因素对有效导热系数的影响规律。研究了当试样厚度与其内部孔隙尺寸接近时其高温等效导热系数的尺寸效应。提出了一个简化模型来分析不同样品厚度下辐射与导热耦合效应对有效导热系数的影响，进而了解尺寸效应的形成机理。对泡沫金属辐射特性及辐射传输分析方法进行了研究。基于T矩阵法提出了一种可分析大尺度参数泡沫金属单元胞散射特性的多球近似方法。提出了一个新的具有较好数值特性的二阶辐射传递方程用于辐射输运问题的求解。发现了传统最小二乘有限元法求解辐射传递方程的一个缺陷问题。发展了一种有限元\有限体积混合方法用于求解非均匀梯度折射率介质内的辐射传递。本项目已发表论文15篇，完成硕士学位论文2篇。发表论文中SCI检索论文3篇，EI检索论文7篇（含3篇已录用EI刊源论文），国际会议论文2篇，国内会议论文5篇。