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)为结构系统提供了独特的特性,吸引了民用和军事领域的各类应用。在这些轻质结构中,通常需要调节温度场以实现预期功能(如自修复)。基于脉管系统的主动冷却为这类材料系统提供了高效的热调控方式。然而,FRC及其基础组分的物理热特性(如导热系数、比热容)具有温度依赖性,且此类结构常暴露于宽泛温度范围中。值得注意的是,先前的主动冷却建模研究未考虑这种温度依赖性。因此,本文旨在揭示通过材料表征获得的温度依赖材料特性对主动冷却定性和定量行为的影响。通过数学分析及数值模拟,我们证明这种依赖性不会影响定性特征——如最小最大值原理(与Hopf对椭圆型偏微分方程的研究结论一致)。然而,该依赖性会轻微影响定量结果,如平均表面温度及热效率。本研究的意义在于为实际场景下的热调控系统提供了更深入的理解,并可指导研究人员及实践者完善相关设计。

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