[发明专利]一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法

权利要求书

1.一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以溶解度参数为依据选择溶剂配置纺丝液，进行静电纺丝，得到多孔纳米纤维膜；

(2)获取多孔纳米纤维膜的结构参数，包括纤维膜的厚度、孔隙率、透气率及单纤维的平均直径；

(3)利用Digimat-FE并根据纤维膜的孔隙率、单纤维的平均直径建立3D几何模型；根据纤维膜的厚度设定3D几何模型的几何尺寸；通过设置不同二维朝向的随机算法种子，改变单纤维的朝向，生成单纤维分布位置不同的3D几何模型；

(4)将单纤维分布位置不同的3D几何模型导入ANSYS Workbench，进行布尔运算，合并成一个整体，将3D几何模型中的所有几何体连接为网格共节点，构建得到3D几何模型；

(5)将构建得到的3D几何模型导入COMSOL中，设置纤维域和空气域的材料属性，接着进行网格划分；

(6)对3D几何模型添加层流物理场，并设置边界条件，然后进行稳态分析求解模拟透气率；若模拟透气率与纤维膜的透气率在目标误差阈值内，则转至步骤(7)；

(7)对3D几何模型添加传热物理场，并设置边界条件，然后进行瞬态分析，通过有限元模拟得出3D几何模型中热传递方向上的热通量和温度梯度，进行热量传递模拟，计算3D几何模型的导热系数。

2.根据权利要求1所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，纺丝液的溶质为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、环氧乙烷或聚酰胺。

3.根据权利要求1所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，静电纺丝的参数包括：

纺丝速率为0.2～5.0毫升/小时，接收距离为10～30厘米，纺丝电压为5～30千伏，环境温度为25±5℃，环境相对湿度为40±5％。

4.根据权利要求1所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，测量多孔纳米纤维膜不同位置的厚度并求其平均值作为纤维膜的厚度；

根据多孔纳米纤维膜的扫描电镜照片，测量数根单纤维的直径并求其平均值作为单纤维的平均直径；

纤维膜的孔隙率为利用体积-密度法计算多孔纤维膜的有效体积分数，体积-密度法计算公式如下：

其中，V_f为体积分数，m为多孔纤维膜的质量，h为多孔纤维膜的厚度，S为多孔纤维膜的面积，ρ为多孔纤维膜的密度。

5.根据权利要求4所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，启动Digimat-FE软件，新建Analysis，项目类型选择thermal，RVE类型选择3D，新建Material项目后，在Microstructure中添加Phase1作为连续纤维相，添加Phase2作为空气相；输入纤维膜的有效体积分数、单纤维的平均直径，将纤维相方向设定为2D随机，设定3D几何模型的外围尺寸为20×20×40μm，最小相对体积设为0.5，勾选允许间杂体交叉选项，变化随机种子生成单纤维分布位置不同的3D几何模型，随后在Geometry界面中，选择export Geometry，将生成的几何模型导出，导出格式选择为xmt_txt。

6.根据权利要求5所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将步骤(3)导出的几何模型在ANSYS Workbench软件中打开，选择几何形状，进入预处理平台Design Modeler，选择分析单位为微米；选择命令Form New Part，合并成一个整体，将所有几何体连接为网格共节点，构建得到3D几何模型。

7.根据权利要求6所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，纤维域的材料属性设置为聚氨酯，空气域的材料属性设置为空气；采用四面体单元对3D几何模型进行网格划分。