Высокопроизводительный численный метод поиска эффективного коэффициента теплопроводности сред с неоднородной макроструктурой

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

При решении инженерных задач часто возникает необходимость знания физических свойств пористых сред со сложной внутренней структурой. В данной работе предложена методика численного моделирования теплопроводности подобного рода тел, включающих не проводящие тепло круглые включения. Данная методика позволяет вычислять поля температур и тепловые потоки, а также другие необходимые для приложений параметры. Одним из таких востребованных практикой параметров является эффективный коэффициент теплопроводности, который зависит от объемного содержания теплоизолированных ослаблений и их взаимного расположения. Основой приведенных исследований является предлагаемый в работе непрямой метод граничных элементов, базирующийся на предварительно вычисленных аналитических решениях, по которым производится разложение. Для верификации разработанных методов в работе приведено сравнение с результатами других авторов, которое показало достаточно хорошее совпадение.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. В. Звягин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: zvsasha@rambler.ru
Россия, Москва

А. С. Удалов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Научно-исследовательский институт системных исследований РАН

Email: udalets@inbox.ru
Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Braginsky L., Shklover V., Witz G., Bossmann H.-P. Thermal conductivity of porous structures // Phys. Rev. B. 2007. V. 75(9).
  2. Smith D., Alzina A., Bourret J. et al. Thermal conductivity of porous materials // J. of Mater. Res. 2013. V. 28(17).
  3. Kachanov M., Tsukrov I., Shafiro B. Effective moduli of solids with cavities of various shapes // Appl. Mech. Rev. 1994. V. 47.
  4. Kiradjiev K.B., Halvorsen S.A., Van Gorder R.A., Howison S.D. Maxwell-type models for the effective thermal conductivity of a porous material with radiative transfer in the voids // Int. J. of Thermal Sci. 2019. V. 145.
  5. Klemens P.G. Thermal conductivity of inhomogeneous materials // Int. J. Thermophys. 1989. V. 10. P. 1213–1219.
  6. Sevostianov I., Kachanov M. Elastic and conductive properties of plasma-sprayed ceramic coatings in relation to their microstructure: An overview // J. of Thermal Spray Technol. 2009. V. 18. P. 822–834.
  7. Shafiro B., Kachanov M. Anisotropic effective conductivity of materials with nonrandomly oriented inclusions of diverse ellipsoidal shapes // J. Appl. Phys. 2000. V. 87(12). P. 8561–8569.
  8. Wang Z., Kulkarni A., Deshpande S., Nakamura T., Herman H. Effects of pores and interfaces on effective properties of plasma sprayed zirconia coatings // Acta Mater. 2003. V. 51. Iss. 18. P. 5319–5334.
  9. Звягин А.В., Удалов А.С. Метод разрывных смещений высокого порядка точности в механике трещин // Вестн. Моск. ун-та, Сер. 1. Матем. Мех. 2020. № 6. С. 34–39.
  10. Zvyagin A.V., Udalov A.S., Shamina A.A. Boundary element method for investigating large systems of cracks using the Williams asymptotic series // Acta Astron. 2022. V. 194. P. 480–487.
  11. Zvyagin A.V., Udalov A.S., Shamina A.A. Numerical modeling of heat conduction in bodies with cracks // Acta Astron. 2023. V. 214. P. 196–201.
  12. Florence A.L., Goodier J.N. Thermal stresses due to disturbance of uniform heat flow by an insulated ovaloid hole // ASME. J. Appl. Mech. 1960. V. 27(4). P. 635–639.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Рассматриваемая конфигурация среды

Скачать (120KB)
3. Рис. 2. Аналитические и численные результаты поля температуры верификационной задачи

Скачать (145KB)
4. Рис. 3. Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности от пористости

Скачать (123KB)

© Российская академия наук, 2025