A statistical model for effective thermal conductivity of composite materials

Xu, Jinzao; Gao, B.Z.; Du, Hongda; Kang, Feiyu

doi:10.1016/j.ijthermalsci.2015.12.023

Cited by 29 publications

(14 citation statements)

References 33 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…To better understand the construction of the thermal conduction channels in the composites, the experimental data were tted with Agari's semi-empirical model, [56][57][58] which could be used to characterize the connection mechanisms in UPE composites. The logarithmic equation of Agari is shown as follows: where C 1 denotes the effect of BNs on the aggregation structure of UPE; C 2 and C 3 denote the effect of BNs and CNTs on the continuous thermal conduction channel, respectively, wherein larger values of C 2 and C 3 indicate that the llers more easily form thermally conductive channels; V stands for the total volume fraction of BNs and CNTs; l, l 2 , l 3 and l 1 denote the thermally conductivities of the composites, BNs, CNTs and UPE matrix, respectively; and X 2 and X 3 represent the ratio of BNs and CNTs to total llers, respectively.…”

Section: Thermal Model Simulationmentioning

confidence: 99%

Largely enhanced thermal conductivity and thermal stability of ultra high molecular weight polyethylene composites via BN/CNT synergy

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

Section: Thermal Model Simulationmentioning

confidence: 99%

Largely enhanced thermal conductivity and thermal stability of ultra high molecular weight polyethylene composites via BN/CNT synergy

et al. 2019

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…In reviewing the effective medium theory model, we follow the approach outlined in [6]. Unlike Maxwell's model, we begin by treating the composite medium, consisting of spherical inclusions of a different material sufficiently far apart, as a single material with effective conductivity k eff .…”

Section: Effective Thermal Conductivity Models Of Maxwell Typementioning

confidence: 99%

“…EMT uses a similar approach to that used in deriving the Maxwell model, and can be applied to many other physical properties (see [4], for instance, for the electrical resistance problem). In [5,6], there is a comparison between the Maxwell model and EMT, and those works outline how certain bounds on the thermal conductivities can be obtained. The multipole expansion method [7] gives similar results.…”

mentioning

confidence: 99%

Maxwell-type models for the effective thermal conductivity of a porous material with radiative transfer in the voids

Kiradjiev

Halvorsen

Gorder

et al. 2019

International Journal of Thermal Sciences

View full text Add to dashboard Cite

There are several models for the effective thermal conductivity of two-phase composite materials in terms of the conductivity of the solid and the disperse material. In this paper, we generalise three models of Maxwell type (namely, the classical Maxwell model and two generalisations of it obtained from effective medium theory and differential effective medium theory) so that the resulting effective thermal conductivity accounts for radiative heat transfer within gas voids. In the high-temperature regime, radiative transfer within voids strongly influences the thermal conductivity of the bulk material. Indeed, the utility of these models over classical Maxwell-type models is seen in the high-temperature regime, where they predict that the effective thermal conductivity of the composite material levels off to a constant value (as a function of temperature) at very high temperatures, provided that the material is not too porous, in agreement with experiments. This behaviour is in contrast to models which neglect radiative transfer within the pores, or lumped parameter models, as such models do not resolve the radiative transfer independently from other physical phenomena. Our results may be of particular use for industrial and scientific applications involving heat transfer within porous composite materials taking place in the high-temperature regime.Common models for calculating the effective thermal conductivity of a solid composite material include the Maxwell model (based on the pioneering work of Maxwell [3], where an expression for the effective thermal conductivity was derived via far-field perturbations to solutions of the steady heat equation), as well as variants thereof, including the effective medium theory (EMT) model and the differential effective medium theory (DEMT) model. EMT uses a similar approach to that used in deriving the Maxwell model, and can be applied to many other physical properties (see [4], for instance, for the electrical resistance problem). In [5,6], there is a comparison between the Maxwell model and EMT, and those works outline how certain bounds on the thermal conductivities can be obtained. The multipole expansion method [7] gives similar results. In applying the DEMT, one incrementally adds one of the materials to the composite, and considers the effect of an infinitesimal change in the composite material composition on the effective thermal conductivity, obtaining a differential equation for the effective thermal conductivity in terms of the volume fraction of inclusions; see [8,9]. Reviews of many current models and methodologies, including those outlined above, can be found in [10,11,12].Recent work has involved the application of Maxwell-like models to the study of composite materials [13], including polymer composites [14,15]. Such models have recently proven useful in understanding nanoflake thermal annealing [16], and in the understanding of effective thermal conductivity in a variety of materials, such as for a wood cell modelled as a constituent element of briquette c...

show abstract

“…Анализу теплопроводности гетерогенных смесей посвящено множество публикаций, что объясняется сложностью проблемы, появлением новых, в том числе наноструктуриро-ванных материалов, расширением областей применения гетерогенных структур [1][2][3][4][5]. Тео-ретическое описание явлений переноса в твердых телах, жидких и газообразных средах бази-руется на сходстве основополагающих уравнений [1,6,7].…”

Section: ключевые слова: теплопроводность дисперсный материал полимunclassified

Linear model for thermal conductivity of dispersed materials based on polymer binder

Mikheev¹,

Sulaberidze²,

Мушенко³

2017

Izv. vysš. učebn. zaved., Priborostr.

View full text Add to dashboard Cite

2 Общество с ограниченной ответственностью " СТОЛП", 195197, Санкт-Петербург, Россия Предложен метод конструирования формулы для оценок эффективной тепло-проводности композиций на основе полимерных связующих (силикон, поли-уретан, эпоксидная смола) с порошковыми теплопроводными диэлектрически-ми наполнителями (кварц, корунд, нитрид алюминия, карбид кремния и их пар-ные комбинации). Метод основан на обобщении экспериментальных данных, расчетно-экспериментальном определении эффективной теплопроводности аг-регатов наполнителей и поиске обобщенного эмпирического коэффициента в формуле, аналогичной формуле Бургера. Сконструированная с учетом ранее выявленных закономерностей при исследованиях трехкомпонентных смесей и статистическом моделировании их эффективной теплопроводности формула модифицирована с целью обеспечить условия выполнения трех предельных пе-реходов. Предложена степенная зависимость эмпирического коэффициента формулы от отношения теплопроводности наполнителя к теплопроводности связующего. Результаты расчетов по предложенной формуле в 95 % случаев отли-чались от интерполяционных значений эффективной теплопроводности на ±20 %. Ключевые слова: теплопроводность, дисперсный материал, полимерное свя-зующее, моделирование, линейная модельАнализу теплопроводности гетерогенных смесей посвящено множество публикаций, что объясняется сложностью проблемы, появлением новых, в том числе наноструктуриро-ванных материалов, расширением областей применения гетерогенных структур [1][2][3][4][5]. Тео-ретическое описание явлений переноса в твердых телах, жидких и газообразных средах бази-руется на сходстве основополагающих уравнений [1,6,7].Исходными данными для расчетов теплопроводности гетерогенного материала по теоре-тическим моделям являются как характеристики компонентов, так и свойства и структура мате-риала -теплопроводность, размеры частиц, шероховатость поверхности твердых частиц, плотность, степень черноты (при рассмотрении механизма переноса тепла излучением), пло-щадь контакта частиц, тепловое сопротивление контакта, а также температура и влажность среды, в которой материал применяется, и др. [1, 7 -11]. Расчетным моделям присущи су-щественные упрощения. Разработка более детальных моделей переноса тепла в гетерогенных материалах приводит к серьезному усложнению расчетных формул, но, как правило, не из-бавляет от необходимости введения допущений и эмпирических коэффициентов [9]. Собст-венно, этим в основном и объясняются продолжающиеся экспериментальные исследования новых композиций, равно как и поиск корректных моделей описания их свойств.В работе [11] показана возможность применения линейных моделей для приближенных оценок эффективной теплопроводности трехкомпонентных смесей для широкого диапазона содержаний порошковых наполнителей. Это позволяет для практических оценок использо-вать простые расчетные модели, например, формулу Бургера для сферических частиц [8]:

show abstract

A statistical model for effective thermal conductivity of composite materials

Cited by 29 publications

References 33 publications

Largely enhanced thermal conductivity and thermal stability of ultra high molecular weight polyethylene composites via BN/CNT synergy

Largely enhanced thermal conductivity and thermal stability of ultra high molecular weight polyethylene composites via BN/CNT synergy

Maxwell-type models for the effective thermal conductivity of a porous material with radiative transfer in the voids

Linear model for thermal conductivity of dispersed materials based on polymer binder

Contact Info

Product

Resources

About