基于不同孔隙率Gyroid结构的对流传热过程数值模拟研究

罗浩; 王云飞; 程子维; 刘可英; 江晨阳

doi:10.12465/issn.0253-4339.20250730001

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基于不同孔隙率Gyroid结构的对流传热过程数值模拟研究

更新时间：2026-02-03

- 基于不同孔隙率Gyroid结构的对流传热过程数值模拟研究
- Numerical Simulation of Convective Heat Transfer in Gyroid Structures with Varying Porosity
- 制冷学报 2026年页码：1-8
- 作者机构：
  
  1.新乡学院3D打印学院新乡 453003
  2. 南华大学机械工程学院衡阳 421001
  3. 上海交通大学材料科学与工程学院上海 200030
- 作者简介：
  
  罗浩，男，高级工程师，博士，新乡学院3D打印学院，0373-3683993，E-mail：624879420@qq.com。研究方向：传热传质学，增材制造。
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52275329)
- DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250730001
  中图分类号： TB61⁺1;TP391.9
- CSTR：XXXXX.XX.XXX.20250730001
- 收稿：2025-07-30，
  
  修回：2025-09-06，
  
  录用：2025-09-30，
  
  网络出版：2026-02-03，
- 稿件说明：
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罗浩,王云飞,程子维等.基于不同孔隙率Gyroid结构的对流传热过程数值模拟研究[J].制冷学报,

Luo Hao,Wang Yunfei,Cheng Ziwei,et al.Numerical Simulation of Convective Heat Transfer in Gyroid Structures with Varying Porosity[J].Journal of Refrigeration,
罗浩,王云飞,程子维等.基于不同孔隙率Gyroid结构的对流传热过程数值模拟研究[J].制冷学报, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250730001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250730001.

Luo Hao,Wang Yunfei,Cheng Ziwei,et al.Numerical Simulation of Convective Heat Transfer in Gyroid Structures with Varying Porosity[J].Journal of Refrigeration, DOI：10.12465/issn.0253-4339.20250730001. CSTR： XXXXX.XX.XXX.20250730001.

摘要

本文通过共轭传热数值模拟，系统研究了4种孔隙率（55%、65%、75%、85%）下Gyroid结构的传热性能并阐明了其传热机理。研究表明：Gyroid结构通过干扰空气流道以增强湍流强度并有效破坏壁面热边界层，从而降低热阻并提升换热效率。随着孔隙率降低，Gyroid结构对热源的传热效果持续增强，对流传热系数与努塞尔数相应提升；然而摩擦因子也显著增加。通过

系数对不同孔隙率结构的对流传热性能进行量化对比，研究发现高孔隙率、低雷诺系数的Gyroid结构在综合对流传热性能方面更具优势。

Abstract

This study systematically investigated the heat transfer performance of gyroid structures with four different porosities （55%， 65%， 75%， and 85%） using conjugate heat transfer numerical simulations and elucidated the underlying heat transfer mechanisms. This research demonstrates that gyroid structures enhance heat exchange by disrupting airflow channels to intensify turbulence and effectively break down the thermal boundary layer near walls， thereby reducing thermal resistance. As porosity decreased， heat transfer efficiency from the heat source to the gyroid structure continually improved， accompanied by an increase in the convective heat transfer coefficient and Nusselt number. However， the friction factor increased significantly. By employing the

factor to quantify and compare the comprehensive convective heat transfer performance across different porosities， this study revealed that gyroid structures with higher porosities and low Reynolds numbers offer superior overall convective heat transfer performance.

关键词

Keywords

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