有限元數(shù)值模擬可看作在計算機(jī)上進(jìn)行的模型實(shí)驗(yàn)，在模型體系上獲得的信息比在實(shí)際體系上所作的試驗(yàn)更為詳細(xì)。介紹了利用ANSYS的參數(shù)化有限元分析技術(shù)數(shù)值模擬的模型、原理及精度，并獲得了系列化的數(shù)據(jù)，為石墨/PTFE復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能設(shè)計提供了參考依據(jù)。

       聚四氟乙烯(PTFE)以其無可比擬的耐腐蝕和不結(jié)垢等性能引起廣泛關(guān)注，特別是在腐蝕性環(huán)境的石油化工熱交換設(shè)備方面尤為突出。為改善PTFE的自身弱點(diǎn)（如導(dǎo)熱性能差），與換熱設(shè)備相關(guān)的復(fù)合改性研究也成為熱點(diǎn)問題。石墨具有可與金屬媲美的導(dǎo)熱性能，且能與多數(shù)聚合物有較好的相容性，同時也具有良好的耐腐蝕性，是增強(qiáng)PTFE符合材料導(dǎo)熱性能的最佳選擇。

       預(yù)測導(dǎo)熱粒子填充聚合物兩相復(fù)合材料的有效熱導(dǎo)率的方法的研究，從百年前的Maxwall開始就引起了理論界的極大關(guān)注，大量的研究工作產(chǎn)生許多關(guān)于有效熱導(dǎo)率理論預(yù)測模型表達(dá)式，這些模型主要表達(dá)了有效熱導(dǎo)率與組成項的熱導(dǎo)率及其體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。而大量的試驗(yàn)表明用組分熱導(dǎo)率和體積分?jǐn)?shù)的函數(shù)很難準(zhǔn)確預(yù)測復(fù)合材料的有效熱導(dǎo)率。

       計算機(jī)技術(shù)與數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展給運(yùn)用數(shù)值模擬研究有效熱導(dǎo)率提供了一種有效的方法，如有限差分法、有限元法、Monte Carlo模擬及分子動力學(xué)模擬等。I．V．Belova 等用Monte Carlo方法來模擬熱量運(yùn)輸，假定填充粒子沒有接觸、二組成相密度與比熱容相同且粒子呈球形或立方體并均布，模擬結(jié)果與Maxwell的結(jié)果基本一致。J．K Carson等用二維有限元模型進(jìn)行模擬試驗(yàn)，考察了多子L填充物對當(dāng)量熱導(dǎo)率的影響。Dilek Kumlutas[5]采用有限差分法求解了顆粒填充聚合物復(fù)合材料的有效熱導(dǎo)率，Zhang根據(jù)有限差分計算結(jié)果，給出了基于分散相質(zhì)量分?jǐn)?shù)和密度的有效熱導(dǎo)率計算公式。文獻(xiàn)[7]探討了分子動力學(xué)模擬熱導(dǎo)率的相關(guān)問題，指出分子動力學(xué)方法是研究微尺導(dǎo)熱問題的有效手段，但是在建立模型系統(tǒng)和算法、邊界條件、系統(tǒng)內(nèi)部熱流計算等問題上，還存在一些分歧。相比而言，有限元法不受固定節(jié)點(diǎn)位置的限制，更適合于不規(guī)則幾何體和空間變化的情況，在運(yùn)算過程方面更具優(yōu)勢。

       有限元數(shù)值模擬可看作在計算機(jī)上進(jìn)行的模型實(shí)驗(yàn)，在模型體系上獲得的微觀信息常常比在實(shí)際體系上所作的試驗(yàn)更為詳細(xì)。數(shù)值模擬固體復(fù)合材料有效熱導(dǎo)率是一種高效的手段，它具有突出的特點(diǎn)：高精度，不需要過多的假設(shè)，可以模擬各種分散相狀態(tài)下的有效熱導(dǎo)率。

       本文利用ANSYS的參數(shù)化有限元分析技術(shù)對復(fù)合材料導(dǎo)熱性能進(jìn)行數(shù)值研究，獲得了一系列的模擬數(shù)據(jù)，為PTFE復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能設(shè)計提供了參考依據(jù)。

資料下載：   石墨_PTFE復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的數(shù)值模擬_2007.pdf