A lattice Monte Carlo analysis on thermal diffusion in syntactic hollow‐sphere structures

Abstract

AbstractThe Lattice Monte Carlo method [1] is a computationally intensive approach towards the study of thermal material properties. The Lattice Monte Carlo method has previously been used in the area of mass diffusion, and has more recently been applied towards the analysis of thermal diffusion in materials. Whilst previous studies have focused on two‐phase material consisting of component material and pore geometry only, this study applies the Lattice Monte Carlo method towards the investigation of three‐phase Metallic Hollow Sphere Structures (MHSS). MHSS consist of high‐conducting metallic shells, low‐conducting adhesive and non‐conducting pores. In the present study, three‐dimensional computerised models of the MHSS are built up from analysis of computed tomography (CT) scans. The results of this numerical analysis indicate a spatial variation of the thermal conductivity. However, MHSS can be considered as being isotropic to a good approximation.Die ‘Lattice Monte Carlo’ Methode [1] ist ein rechenintensiver Ansatz zur Bestimmung thermischer Materialeigenschaften. Die ‘Lattice Monte Carlo’ Methode hat sich für die Simulation der Diffusion in Festkörpern etabliert und wird seit kurzem auch für die Analyse thermischer Diffusion in Werkstoffen eingesetzt. Vorhergehende Studien konzentrierten sich auf Zwei‐Phasen‐Materialien bestehend aus Grundmaterial und Pooren. Die jetzige Analyse nutzt die ‘Lattice Monte Carlo’ Methode für die Untersuchung drei‐phasiger metallischer Hohlkugelstrukturen (abgekürzt aus dem Englischen ‘Metallic Hollow Sphere Structures’ als MHSS). MHSS bestehen aus hoch‐leitfähigen metallischen Schalen, thermisch‐isolierenden Kunststoff und nicht‐leitfähigen Poren. Drei‐dimensionale Rechenmodelle wurden in der vorliegenden Studie von computer‐tomographischen Daten abgeleitet. Die Ergebnisse der numerischen Analyse deuten eine räumliche Streuung der thermsichen Leitfähigkeit an. Die lokalen thermischen Leitfähigkeiten sind jedoch isotrop.