多孔金属是近年来随着材料制备以及机械加工技术的迅速发展而出现的一类新颖多功能材料，具有重量轻、高比强、高比刚度、以及高效散热的多功能特性，适合用于轻质承载的热防护结构。针对某高温气体冲击热防护结构，提出一种由高温层、隔热层及多孔金属承载层三部分所组成的热防护结构，高温层用于承受高温气体冲刷，隔热层用于阻止热量从高温层向承载结构传递，多孔金属主要用于承载，其内部可通风冷却或者填充相变材料以降低内表面温度。围绕该问题开展了如下关键科学问题研究。第一，基于多孔介质模型，建立了多孔金属夹层结构在热气冲击射流复杂热载荷和主动冷却下的稳态和非稳态传热数值模型，搭建传热风洞和热气冲击射流实验台架，测量得到热气冲击面上温度分布以及冲击中心点的温度响应并验证了数值模型的正确性。与传统上的求解NS方程模拟方法相比，该模型预测复合热防护结构的传热性能更加经济快捷。第二，研究了多孔金属内孔隙填充相变材料之间的局部传热行为，首次实验阐述了两者之间的局部热平衡行为，并通过与孔隙结构直接数值模拟结果对比进行了进一步验证。此外，本项目同时开展了多孔金属的强化散热机理研究。为克服金属泡沫高孔隙率所致低等效导热系数的缺点，提出在金属泡沫内插入翅片强化导热的思想。结果表明，在相同冷却空气流量和相同压降条件下，采用翅片增强导热后金属泡沫的散热性能较无翅片强化时提升了2-3倍。同时，通过分析流动烟雾可视化图片，揭示了空气进入泡沫和向外逃逸规律及其随泡沫高度和冲击距离的影响，从而揭示了相关参数对传热的影响机理。本项目研究成果可为开发基于多孔金属的轻质防热结构和紧凑式散热器提供指导。 2100433B