微米孔径铝泡沫铝的辐射衰减特性

摘要

泡沫金属是一类新型功能材料，特殊的多孔结构使其具备多种优良性能。泡沫金属的孔隙及支架尺寸根据不同的准备工艺可以达到微米至亚微米尺寸。对于具有微米尺寸孔隙结构的泡沫金属，其内部热辐射传输的分析需要考虑热辐射的波动相干效应。本文使用时域有限差分法（FDTD）研究了入射波长与孔径尺寸相当时单层及多层周期性立方体元胞泡沫铝的光谱等效衰减系数，分析了层数不同引起的等效衰减系数的尺寸效应。结果表明，等效衰减系数随层数的增加存在一个复杂的非线性关系，尺寸效应引起单层结构等效衰减系数与多层结构（20层）等效衰减系数的偏差达到约20%，但采用2层结构与多层结构（20层）等效衰减系数的偏差小于6%，随着层数的增加获得的等效衰减系数趋于稳定。FDTD计算所得的透过率的结果与经典多层介质的净辐射热量法获得的不同厚度泡沫铝的透过率预测结果吻合较好，说明将泡沫铝等效为半透明介质利用经典辐射传递理论进行辐射换热的分析是可行的。