石蜡/TPMS结构多孔AlSi10Mg合金复合相变材料蓄热性能实验研究
三周期极小曲面(triply periodic minimal surface, TPMS)结构因其独特几何形貌、可调控的孔隙结构和优异的热性能,为相变蓄热系统设计提供了新的解决方案。本文通过激光选区熔化技术制备了四种典型TPMS结构多孔AlSi10Mg合金,包括Gyroid-Sheet、Gyroid-Network、Diamond-Sheet和Diamond-Network结构,并与石蜡进行复合。采用侧面加热边界条件,基于可视化实验研究,探讨孔隙率、胞元结构和类型对石蜡/TPMS结构多孔AlSi10Mg合金复合相变材料等效导热系数、比表面积及蓄热性能的影响规律,探明融化过程中固液相界面演变规律和温度分布特征,揭示TPMS结构的强化蓄热机理。结果表明,TPMS结构复合相变材料在提高蓄热性能方面表现出显著优势,具有等效导热系数高、比表面积大的特性,其蓄热速率较纯石蜡提高了60%以上。当孔隙率为70%-85%时,四种TPMS结构中,Diamond-Sheet结构的蓄热速率最快、温度均匀性最好。本文研究旨在为TPMS结构多孔金属复合相变材料的结构设计提供指导,并为其应用提供实验数据支持。
化工学报
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