Fiber-reinforced composites (FRC) provide structural systems with unique features that appeal to various civilian and military sectors. Often, one needs to modulate the temperature field to achieve the intended functionalities (e.g., self-healing) in these lightweight structures. Vascular-based active cooling offers one efficient way of thermal regulation in such material systems. However, the thermophysical properties (e.g., thermal conductivity, specific heat capacity) of FRC and their base constituents depend on temperature, and such structures are often subject to a broad spectrum of temperatures. Notably, prior active cooling modeling studies did not account for such temperature dependence. Thus, the primary aim of this paper is to reveal the effect of temperature-dependent material properties -- obtained via material characterization -- on the qualitative and quantitative behaviors of active cooling. By applying mathematical analysis and conducting numerical simulations, we show this dependence does not affect qualitative attributes, such as minimum and maximum principles (in the same spirit as \textsc{Hopf}'s results for elliptic partial differential equations). However, the dependence slightly affects quantitative results, such as the mean surface temperature and thermal efficiency. The import of our study is that it provides a deeper understanding of thermal regulation systems under practical scenarios and can guide researchers and practitioners in perfecting associated designs.


翻译:纤维增强复合材料(FRC)为结构系统提供了吸引众多民用和军事领域的独特特性。通常,需要调节温度场以实现这些轻质结构的预期功能(例如自修复)。基于血管网络的主动冷却是此类材料系统中实现热调控的有效途径之一。然而,FRC及其基础组分的物理热特性(如导热系数、比热容)随温度变化,且此类结构常处于宽温域工况。值得注意的是,先前的主动冷却建模研究并未考虑这种温度依赖性。因此,本文的主要目标是通过材料表征获取温度相关材料特性,揭示其对主动冷却定性与定量行为的影响。通过数学分析与数值模拟,我们证明这种依赖性不会影响定性的属性(如最小值与最大值原理,与Hopf关于椭圆偏微分方程的结果相呼应)。然而,该依赖性对平均表面温度与热效率等定量结果产生轻微影响。本研究的意义在于深化对实际工况下热调控系统的理解,并为研究人员与工程技术人员完善相关设计提供指导。

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