CN113128097B - 一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纤维膜性能仿真模拟技术领域，具体涉及一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，基于静电纺PU多孔纤维膜的真实几何结构及其真实纤维测量数据作为参数，进行参数化建模，建立高度仿真的3D几何模型；将建好的3D几何模型导入有限元模拟软件中，利用四面体单元进行网格划分；添加层流物理场生成表观速度，添加传热物理场进行热传递仿真模拟分析。本发明以真实纤维结构作为模拟参数设置基础，进行3D建模模拟，模拟结果与实验结果具有较好的一致性，验证了本发明热传递性能模拟预测方法能够满足静电纺PU纳米纤维膜的3D几何建模和热传递的模拟过程，对多孔纤维膜介质热传递性能的研究具有重要的理论意义。
Description
技术领域
本发明属于纤维膜性能仿真模拟技术领域，具体涉及一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法。
背景技术
近年来，随着科学技术的不断进步，科学研究的深度也在不断扩展。计算机仿真模拟技术越来越多地应用到科研领域中。计算机仿真模拟可以收集和分析各种复杂的数据，能够全方位、有效地研究物理现象，调整优化测试参数；这样不仅减少了经济损失和人力物力的浪费，而且可以突破实验条件的界限，减少人为因素造成的误差，为各种材料的应用提供可靠的理论依据。计算机仿真模拟技术的发展为各种材料的研发设计提供了极大的助力，因此在纺织品的各种物理性能的研究中，借助计算机仿真模拟技术进行研究，已成为越来越多的纺织研究者关注的焦点。对纺织品织物进行几何模型构建，并利用有限元分析织物的各项性能，是近些年来研究的热点。
对于多孔纤维膜等织物的真实几何结构描述是对织物性能仿真研究的基础，这直接决定了仿真结果的准确性。对于其建模技术手段的探索，从二十世纪三十年代就已经开始，迄今为止已发展出多种具有实用性的方法。主要包括：利用计算机编程语言在三维空间中产生随机的长纤维形成3D几何模型；利用磁共振成像(MRI)、数字体积成像技术(DVI)、X射线断层扫描成像技术(X-CT)等成像技术，对采集的图像数据进行形态学处理，进而构建基于真实材料相关信息的3D几何模型；通过各种实验测量仪器获得多孔纤维织物的纤维直径、孔隙率等信息，使用相关专用软件直接构建等方法。
对织物有限元模拟热传递的基本方法首先构建相关条件下的传热模拟模型，然后使用有限元模拟软件，利用有限元法的相关理论，精确计算和模拟不同物理场和不同试样的热传递性能。随着相关理论研究和实践探索的不断深入，织物热传递模型逐步从理论模型扩展到二维几何模拟模型再发展到三维立体模拟模型。国内外很多研究者在研究织物热传递性能时，利用了有限元模拟技术。伴随有限元模拟技术的发展，对织物热传递性能研究的模型从开始的二维数值模型，逐步过渡到现在接近真实织物结构的3D几何模型。利用有限元模拟研究织物热传递性能，有利于开展对其传热过程的精细化研究，为织物热性能的预测提供可靠的理论基础。
关于静电纺多孔纤维膜热性能的研究，传统方法是采用重复性的物理实验，但存在成本高、效率低等问题。将计算机仿真模拟引入静电纺多孔纤维膜的传热性能研究中有利于缓解这些问题。依据多孔纤维膜等织物的真实几何结构进行描述，不仅是确保仿真模拟结果的真实性和准确性的基础，也是对织物性能进行仿真模拟的基础。因此，探索静电纺多孔纤维膜3D几何建模的方案并将其3D几何模型应用于其传热性能的有限元模拟研究中，具有极大的现实意义。
发明内容
基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，包括以下步骤：
(1)以溶解度参数为依据选择溶剂配置纺丝液，进行静电纺丝，得到多孔纳米纤维膜；
(2)获取多孔纳米纤维膜的结构参数，包括纤维膜的厚度、孔隙率、透气率及单纤维的平均直径；
(3)利用Digimat-FE并根据纤维膜的孔隙率、单纤维的平均直径建立3D几何模型；根据纤维膜的厚度设定3D几何模型的几何尺寸；通过设置不同二维朝向的随机算法种子，改变单纤维的朝向，生成单纤维分布位置不同的3D几何模型；
(4)将单纤维分布位置不同的3D几何模型导入ANSYS Workbench，进行布尔运算，合并成一个整体，将3D几何模型中的所有几何体连接为网格共节点，构建得到3D几何模型；
(5)将构建得到的3D几何模型导入COMSOL中，设置纤维域和空气域的材料属性，接着进行网格划分，然后分别进行步骤(6)和步骤(7)；
(6)对3D几何模型添加层流物理场，并设置边界条件，然后进行稳态分析求解模拟透气率；若模拟透气率与纤维膜的透气率在目标误差阈值内，则转至步骤(7)；
(7)对3D几何模型添加传热物理场，并设置边界条件，然后进行瞬态分析，通过有限元模拟得出3D几何模型中热传递方向上的热通量和温度梯度，进行热量传递模拟，计算3D几何模型的导热系数。
作为优选方案，所述步骤(1)中，纺丝液的溶质为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、环氧乙烷或聚酰胺。
作为优选方案，所述步骤(1)中，静电纺丝的参数包括：
纺丝速率为0.2～5.0毫升/小时，接收距离为10～30厘米，纺丝电压为5～30千伏，环境温度为25±5℃，环境相对湿度为40±5％。
作为优选方案，所述步骤(2)中，测量多孔纳米纤维膜不同位置的厚度并求其平均值作为纤维膜的厚度；
根据多孔纳米纤维膜的扫描电镜照片，测量数根单纤维的直径并求其平均值作为单纤维的平均直径；
纤维膜的孔隙率为利用体积-密度法计算多孔纤维膜的有效体积分数，体积-密度法计算公式如下：
其中，Vf为体积分数，m为多孔纤维膜的质量，h为多孔纤维膜的厚度，S为多孔纤维膜的面积，ρ为多孔纤维膜的密度。
作为优选方案，所述步骤(3)中，启动Digimat-FE软件，新建Analysis，项目类型选择thermal，RVE类型选择3D，新建Material项目后，在Microstructure中添加Phase1作为连续纤维相，添加Phase2作为空气相；输入纤维膜的有效体积分数、单纤维的平均直径，将纤维相方向设定为2D随机，设定3D几何模型的外围尺寸为20×20×40μm，最小相对体积设为0.5，勾选允许间杂体交叉选项，变化随机种子生成单纤维分布位置不同的3D几何模型，随后在Geometry界面中，选择export Geometry，将生成的几何模型导出，导出格式选择为xmt_txt。
作为优选方案，所述步骤(4)中，将步骤(3)导出的几何模型在ANSYS Workbench软件中打开，选择几何形状，进入预处理平台Design Modeler，选择分析单位为微米；选择命令Form New Part，合并成一个整体，将所有几何体连接为网格共节点，构建得到3D几何模型。
作为优选方案，所述步骤(5)中，纤维域的材料属性设置为聚氨酯，空气域的材料属性设置为空气；采用四面体单元对3D几何模型进行网格划分。
作为优选方案，在网格划分过程中，纤维域划分尺寸选择“粗化”，最大单元大小设为2.06μm，最小单元大小设为0.617μm，最大单元增长率为1.2，曲率因子为0.7，狭窄区域增长率为0.6；空气域划分尺寸选择“极粗化”，最大单元大小设为6.79μm，最小单元大小设为1.44μm，最大单元增长率为1.4，曲率因子为1，狭窄区域增长率为0.3。
作为优选方案，所述步骤(6)中，针对层流物理场设置的边界条件为：添加上下表面、压力大小及流动方向，使上下表面间存在压力差，将四个竖直面设置为无滑移壁；
稳态分析中计算表观速度以反馈模拟透气率，表观速度为：
其中，u为表观速度，为流动方向上的压力梯度，κ为渗透率，μ为空气的动力粘度。作为优选方案，所述步骤(7)中，针对传热物理场设置的边界条件为：
τ>0时，
其中，τ为时间常数，n为3D几何模型边界面的法线方向，λ为导热系数，w表示3D几何模型的边界面，t为时间；f(τ)为以时间常数为自变量的函数关系式；
导热系数为：
其中，z为热通量传递的方向；q″z为热通量传递方向的热通量；为热通量传递方向的温度梯度。
本发明相对于现有技术，具有如下技术效果：
本发明是以溶解度参数为依据配置纺丝液，通过静电纺丝工艺纺制多孔纤维膜，所得的多孔纤维膜整体形貌良好，粗细均匀，基本无串珠；
通过实验分别测量了多孔纤维膜的厚度、有效体积分数、单纤维的平均直径后，根据多孔纤维膜在二维方向上随机排布的真实样貌特征，建立了用于有限元模拟的多孔纤维膜3D几何模型；采用非结构性的单元(四面体单元)对多孔纤维膜的3D几何模型进行网格划分，并添加层流物理场测试3D几何模型的表观速度，验证了多孔纤维膜的3D几何模型的结构准确性，模拟值与实验值实现了较好的一致性；还利用有限元模拟，对多孔纤维膜的热传递过程进行了仿真模拟分析，经过比对分析，验证了模拟结果与实验结果之间误差较小，说明热传递性能模拟预测的方法的可行性和可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例的静电纺丝装置示意图；
图2是本发明实施例的真实静电纺PU多孔纤维膜的扫描电镜图像；
图3是本发明实施例中3D几何模型的随机算法种子、长纤维根数和有效体积分数；
图4是本发明实施例中3D几何模型的截面(a)和电镜截面图(b)；
图5是本发明实施例的3D几何模型图；
图6是本发明实施例的3D几何模型求解表观速度的模拟域和边界条件；
图7是本发明实施例的3D几何模型中由层流物理场求解的干燥空气的速度场；(a)x-z截面速度，(b)y-z截面速度；
图8是本发明实施例的3D几何模型的网格划分情况；(a)纤维域的网格，(b)空气域的网格，(c)网格质量分布云图，(d)网格质量分布直方图；
图9是本发明实施例的3D几何模型的边界条件定义图；
图10是本发明实施例的样品在25℃时模拟的温度分布云图(单位：K)；(a)0s时；(b)40s时；(c)80s时；(d)120s时；(e)160s时；
图11是本发明实施例的样品在测试结束时的等值面温度分布图。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步解释说明。
本发明实施例的多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，包括以下步骤：
(1)以溶解度参数为依据配置聚氨酯(PU)的DMF/丙酮或DMF/BuAc的混合溶液；经磁力搅拌12小时后获得澄清透明不含气泡的纺丝液；将纺丝液倒入微型注射泵，将微型注射泵固定，设置相关的纺丝参数后启动静电纺丝；多孔纳米纤维膜纺制完成后，放入真空干燥箱中进行干燥保存，得到PU多孔纳米纤维膜。
其中，纺丝液采用的溶剂不同，溶剂为DMF与丙酮的混合或者DMF与BuAc的混合，DMF与丙酮的体积比为4：1，DMF与丙酮的体积比为2：1，DMF与BuAc的体积比为2：3。采用复合溶剂，便于实现得到的PU多孔纳米纤维膜的纤维尺寸差异较大，从而提升模拟预测的准确性。
如图1所示，静电纺丝装置包括微型注射泵、纺丝槽、接受板、高压电，具体可以参考现有技术；纺丝参数如下：纺丝速率为0.6毫升/小时，接收距离为15厘米，纺丝电压为15千伏，纺丝时间为4小时；环境条件为：温度环境为25±5℃，相对湿度为40±5％。另外，纺丝速率为0.5～1.0毫升/小时，接收距离为10～30厘米，纺丝电压为5～30千伏，纺丝时间为2～8小时，可根据实际应用在上述范围内自由选取。
(2)将真实静电纺的PU多孔纳米纤维膜在扫描电子显微镜下扫描，获得PU多孔纳米纤维膜的扫描电镜图像，如图2所示；
(3)测量PU多孔纳米纤维膜的结构参数，包括纤维膜的厚度、纤维膜中单纤维的平均直径、纤维膜的孔隙率以及纤维膜的透气率；
测量多孔纳米纤维膜不同位置的厚度并求其平均值作为纤维膜的厚度；
根据多孔纳米纤维膜的扫描电镜照片，测量数根单纤维的直径并求其平均值作为单纤维的平均直径；
纤维膜的孔隙率为利用体积-密度法计算多孔纤维膜的有效体积分数，体积-密度法计算公式如下：
其中，Vf为体积分数，m为多孔纤维膜的质量，h为多孔纤维膜的厚度，S为多孔纤维膜的面积，ρ为多孔纤维膜的密度。
具体地，测量纤维膜厚度为38.7μm，通过Image-Pro Plus软件测量计算单纤维的平均直径为1.643μm，使用体积-密度法计算测量静电纺PU多孔纤维膜的有效体积分数(孔隙率)为54.7％，如图3所示。
(4)使用热常数分析仪对PU多孔纳米纤维膜的导热系数进行测试；
具体地，采用测试仪器是TPS2500型Hot Disk热常数分析仪，测量原理依据瞬态平面热源法。实验测试中采用的输入功率为0.6W，测量时间为160s，在25℃的室温下进行实验测量，实验测量计算的结果：导热系数为0.162W/(m·K)，表面温升为4.11K，总体比上特征时间为0.466，平均偏差为3.050×10-4K。
(5)启动Digimat-FE软件，进入软件主界面新建一个Analysis，将步骤(3)中统计的单纤维的平均直径、纤维膜的孔隙率作为建立3D几何模型的基础依据；通过设置不同二维朝向的随机算法种子，改变单纤维的朝向，参数化生成具有单纤维分布位置不同的3D几何模型；
具体地，启动Digimat-FE软件，进入软件主界面新建一个Analysis，项目类型选择thermal，RVE类型选择3D，新建Material项目后，在Microstructure中添加Phase1为连续纤维相，添加Phase2为空气相；并输入纤维的有效体积分数为54.7％、纤维平均直径为1.643，纤维相方向设定为2D随机，设定整个几何的外围尺寸为20×20×40μm3，最小相对体积设为0.5，勾选允许间杂体交叉选项，变化随机种子生成长纤维朝向不同的3D几何模型，其中，3D几何模型的随机算法种子、单纤维根数(即长纤维根数)和有效体积分数数值，如图3所示；随后在Geometry界面中，选择export Geometry，将生成的几何模型导出，格式选择为xmt_txt。
(6)将生成的3D几何模型导入ANSYS Workbench，进入主界面进行预处理，即进行布尔运算，合并成一个整体，将3D几何模型中的所有几何体连接为网格共节点，构建得到3D几何模型；
具体地，将导出的几何模型包括纤维相和空气相两部分在ANSYS Workbench软件中打开，进入主界面，选择几何形状，进入预处理平台Design Modeler，选择分析单位为微米；将由Digimat-FE软件中生成的几何模型导入，选择命令Form New Part，合并成一个整体，将所有几何体连接为网格共节点，构建得到3D几何模型；3D几何模型构建完成后，选择保存路径保存材料RVE模型，生成的3D几何模型截面图如图4所示以及3D几何模型图如图5所示。
(7)将构建完成的3D几何模型导入COMSOL中，并对3D几何模型分别设置纤维域和空气域的材料属性，接着进行网格划分；
具体地，纤维域的材料属性设置为聚氨酯，空气域的材料属性设置为空气；采用四面体单元对3D几何模型进行网格划分；在多孔纤维膜的3D几何模型中，同一水平面上的长纤维会相互交叉，在竖直方向上也会有部分重叠，所以采用非结构性的单元(四面体单元)对多孔纤维膜的3D几何模型进行网格划分，根据模型中长纤维的直径大小，将最小单元尺寸设为长纤维的平均半径大小，有效地减少错误警告的出现；在COMSOL网格划分过程中，纤维域划分尺寸选择“粗化”，最大单元大小设为2.06μm，最小单元大小设为0.617μm，最大单元增长率为1.2，曲率因子为0.7，狭窄区域增长率为0.6；空气域划分尺寸选择“极粗化”，最大单元大小设为6.79μm，最小单元大小设为1.44μm，最大单元增长率为1.4，曲率因子为1，狭窄区域增长率为0.3，得到的网格划分情况，如图8所示。
(8)对3D几何模型添加层流物理场，并设置边界条件，然后进行稳态分析求解模拟透气率；将步骤(8)中的模拟计算透气率与步骤(3)中实验测得透气率进行对比分析，若模拟透气率与纤维膜的透气率在目标误差阈值内，则验证3D几何模型满足要求，转至步骤(9)；
具体地，针对层流物理场设置的边界条件为：添加上下表面、压力大小及流动方向，使上下表面间存在压力差，将四个竖直面设置为无滑移壁；如图6所示，下表面为压力入口，压力大小为0Pa，流动方向为法向流，并设置为抑制回流；上表面为压力出口，压力大小为100Pa，其他设置同下表面。
稳态分析中计算表观速度以反馈模拟透气率，表观速度为：
其中，u为表观速度(即单位横截面积的体积流速)，为流动方向上的压力梯度，κ为渗透率(表述多孔介质对流体的传输性能)，μ为空气的动力粘度。
表观速度可以体现渗透率，进而可通过表观速度的大小反映出多孔介质内微观结构的复杂程度。
另外，气体(干燥空气)的流动特性通过矢量形式的连续性和动量守恒方程(Navier-Stokes)：
其中，ρ、p和μ分别是速度(m/s)、密度(kg/m3)、压力(Pa)和动力粘度(Pa·s)，n为3D几何模型边界面的法线方向，Fn是法线方向的质量力(N)，/>是单位张量，/>表示变化，表示法线方向的速度变化。
在COMSOL软件中模拟计算层流物理场求解的干燥空气的速度场的过程，如图7所示。
(9)对3D几何模型添加传热物理场，并设置边界条件，然后进行瞬态分析，通过有限元模拟得出3D几何模型中热传递方向上的热通量和温度梯度，进行热量传递模拟，计算3D几何模型的导热系数。
具体地，边界条件用来说明导热物体边界面的温度、热通量分布以及与周边环境之间的热交换情况等。为了模拟材料测试时的实验环境，将3D几何模型的下表面设为边界条件；对于瞬态热分析，边界条件的关系式为：
τ>0时，
其中，τ为时间常数，n为3D几何模型边界面的法线方向，λ为导热系数，w表示3D几何模型的边界面，t为时间；f(τ)为以时间常数为自变量的函数关系式；
另外，多孔纤维膜热传递模型的控制方程为：
其中，ρ为多孔纤维膜的材料密度，单位为kg/m3；Cp为多孔纤维膜材料的比热容，单位为J/(kg·K)；μtrans为速度矢量，单位为m/s；T为温度；Qh指模型内部的热源，单位为W；Qc为多孔纤维膜上表面与周围环境对流换热的总热量；
为模型内增加的总能量；/>的大小为单位时间内经过热通量边界以热传导传入的热量值；
导热系数又称热导率，是指给定材料传导/传递热量的能力，用λ来表示，单位为W/(m·K)。导热系数通常由下式计算得出：
式中，z为热通量传递的方向；q″z为热通量传递方向上的热通量大小，W/m2；为热通量传递方向上的温度梯度，单位是K/m。
为了模拟材料测试时的实验环境，对多孔纤维膜3D几何模型边界条件进行设置，设置方式如图9所示；通过有限元模拟，对建好的3D几何模型进行热量传递模拟，在COMSOL软件中，3D几何模型在25℃时的模拟温度分布云图，如图10所示。3D几何模型在测试结束时的等值面温度分布图，如图11所示。由COMSOL软件计算得出3D几何模型的导热系数为0.169W/(m·K)，表面温升为4.75K；而实验测得的导热系数为0.162W/(m·K)，表面温升为4.11K，与3D几何模型模拟计算得到的导热系数相差不大，说明静电纺多孔纳米纤维膜的3D几何建模的方案并将其3D几何模型应用于其传热性能的有限元模拟研究中，具有极大的现实可行性。
另外，上述本发明实施例中的聚氨酯还可以替换为聚丙烯腈、聚乙烯醇、环氧乙烷或聚酰胺，相应地，根据溶解度参数为依据选择相应的溶剂即可；本发明实施例的热传递性能模拟预测的方法同样适用。
以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以溶解度参数为依据选择溶剂配置纺丝液，进行静电纺丝，得到多孔纳米纤维膜；
(2)获取多孔纳米纤维膜的结构参数，包括纤维膜的厚度、孔隙率、透气率及单纤维的平均直径；
(3)利用Digimat-FE并根据纤维膜的孔隙率、单纤维的平均直径建立3D几何模型；根据纤维膜的厚度设定3D几何模型的几何尺寸；通过设置不同二维朝向的随机算法种子，改变单纤维的朝向，生成单纤维分布位置不同的3D几何模型；
(4)将单纤维分布位置不同的3D几何模型导入ANSYS Workbench，进行布尔运算，合并成一个整体，将3D几何模型中的所有几何体连接为网格共节点，构建得到3D几何模型；
(5)将构建得到的3D几何模型导入COMSOL中，设置纤维域和空气域的材料属性，接着进行网格划分；
(6)对3D几何模型添加层流物理场，并设置边界条件，然后进行稳态分析求解模拟透气率；若模拟透气率与纤维膜的透气率在目标误差阈值内，则转至步骤(7)；
(7)对3D几何模型添加传热物理场，并设置边界条件，然后进行瞬态分析，通过有限元模拟得出3D几何模型中热传递方向上的热通量和温度梯度，进行热量传递模拟，计算3D几何模型的导热系数。
2.根据权利要求1所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，纺丝液的溶质为聚氨酯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、环氧乙烷或聚酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，静电纺丝的参数包括：
纺丝速率为0.2～5.0毫升/小时，接收距离为10～30厘米，纺丝电压为5～30千伏，环境温度为25±5℃，环境相对湿度为40±5％。
4.根据权利要求1所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，测量多孔纳米纤维膜不同位置的厚度并求其平均值作为纤维膜的厚度；
根据多孔纳米纤维膜的扫描电镜照片，测量数根单纤维的直径并求其平均值作为单纤维的平均直径；
纤维膜的孔隙率为利用体积-密度法计算多孔纤维膜的有效体积分数，体积-密度法计算公式如下：
其中，Vf为体积分数，m为多孔纤维膜的质量，h为多孔纤维膜的厚度，S为多孔纤维膜的面积，ρ为多孔纤维膜的密度。
5.根据权利要求4所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，启动Digimat-FE软件，新建Analysis，项目类型选择thermal，RVE类型选择3D，新建Material项目后，在Microstructure中添加Phase1作为连续纤维相，添加Phase2作为空气相；输入纤维膜的有效体积分数、单纤维的平均直径，将纤维相方向设定为2D随机，设定3D几何模型的外围尺寸为20×20×40μm，最小相对体积设为0.5，勾选允许间杂体交叉选项，变化随机种子生成单纤维分布位置不同的3D几何模型，随后在Geometry界面中，选择export Geometry，将生成的几何模型导出，导出格式选择为xmt_txt。
6.根据权利要求5所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，将步骤(3)导出的几何模型在ANSYS Workbench软件中打开，选择几何形状，进入预处理平台Design Modeler，选择分析单位为微米；选择命令Form New Part，合并成一个整体，将所有几何体连接为网格共节点，构建得到3D几何模型。
7.根据权利要求6所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，纤维域的材料属性设置为聚氨酯，空气域的材料属性设置为空气；采用四面体单元对3D几何模型进行网格划分。
8.根据权利要求7所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，在网格划分过程中，纤维域划分尺寸选择“粗化”，最大单元大小设为2.06μm，最小单元大小设为0.617μm，最大单元增长率为1.2，曲率因子为0.7，狭窄区域增长率为0.6；空气域划分尺寸选择“极粗化”，最大单元大小设为6.79μm，最小单元大小设为1.44μm，最大单元增长率为1.4，曲率因子为1，狭窄区域增长率为0.3。
9.根据权利要求7所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(6)中，针对层流物理场设置的边界条件为：添加上下表面、压力大小及流动方向，使上下表面间存在压力差，将四个竖直面设置为无滑移壁；
稳态分析中计算表观速度以反馈模拟透气率，表观速度为：
其中，u为表观速度，为流动方向上的压力梯度，κ为渗透率，μ为空气的动力粘度。
10.根据权利要求7所述的一种多孔纳米纤维介质热传递性能模拟预测的方法，其特征在于，所述步骤(7)中，针对传热物理场设置的边界条件为：
τ>0时，
其中，τ为时间常数，n为3D几何模型边界面的法线方向，λ为导热系数，w表示3D几何模型的边界面，t为时间；f(τ)为以时间常数为自变量的函数关系式；
导热系数为：
其中，z为热通量传递的方向；q″z为热通量传递方向的热通量；为热通量传递方向的温度梯度。
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