泡沫金属内相变材料融化传热过程的数值模拟

以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料能有效改善相变传热性能.考虑金属骨架与流体之间的不同的传热特性,建立了泡沫金属内融化相变传热的双温度模型.运用显热容法模拟了泡沫铝内融化相变的温度分布与流场.计算结果显示对比纯相变材料,加入泡沫铝能显著强化传热性能.固体骨架与储能材料之间在其相变时有较大的温差.     

气凝胶纳米多孔隔热材料传热计算模型的研究

本文研究并建立了气凝胶复合隔热材料传热计算模型.针对气凝胶纳米多孔材料的分形结构特征,结合规则交叉球杆结构,提出了气凝胶纳米多孔材料的分形交叉球杆结构模型,并以此结构模型为基础,建立了气凝胶纳米多孔材料热导率分形计算模型,模型中同时考虑了尺寸效应对气相、固相传热方式的影响.对气凝胶中添加的遮光剂、增强纤维等微米典型结构,以Mie辐射散射理论为基础,结合Rossland扩散近似模型,考虑了辐射传热对热量传递的增强作用;同时结合经典的两相系统等效热导率计算公式,获得复合材料的辐射导热耦合热导率计算模型.本文从纳米尺度的气凝胶多孔材料传热模型到微米尺度的气凝胶复合隔热材料传热模型,建立了完整的气凝胶纳米多孔复合隔热材料等效热导率计算模型.模型与多个文献中气凝胶材料热导率实验数值进行比较,获得了满意的结果,验证了模型应用于气凝胶复合隔热材料等效热导率预测计算方面的有效性.     

用ZnO薄膜仿真研究皮肤对不同热特性材料的触觉热响应

表面传热特性的测量是探究不同材料的传热参数的基础。本文仿照人体对不同导热特性材料的感知原理,用氧化锌薄膜作为温度感受器,将珀尔帖半导体制冷片的热端作为一个近似恒温源,建立了一套传热过程测量装置,用以研究人体触摸室温下物体时的感受过程。使用搭建的实验设备测量了3种不同尺寸的金属和泡沫材料在近似恒温源加热状态的温度-时间变化曲线,并将其与实际经验相对照给出合理解释。同时,根据实际的传热情况,建立了传热过程的微分方程,并对变化曲线进行了理论分析。该工作有望成为材料热导率或其他热力学参数测量一种便捷快速的方法。     

水平金属泡沫管外R134a凝结传热实验研究

对六根金属泡沫强化管在R134a工质饱和温度分别为35℃和40℃时的凝结传热进行了实验研究,分析了金属泡沫孔密度、厚度等结构参数对凝结传热性能的影响.研究表明:孔密度为130 ppi的强化管凝结传热效果最好,强化倍率最大为光管的3.06倍;金属泡沫材料厚度的增加会导致凝结传热过程恶化.通过对相同孔密度、不同饱和温度和金...     

SiO_2纳米孔隔热材料制备与热导率计算

以SiO_2气凝胶纳米颗粒、石英纤维和遮光剂为原料,制备了SiO_2纳米孔隔热材料.采用扫描电镜和氮气吸脱附法表征了SiO_2纳米孔隔热材料微观结构,采用瞬态平面热源法测试了材料在25～800℃, 10～10~5 Pa范围内的热导率.建立了Si02纳米孔隔热材料热导率计算方法,计算了材料在不同温度和压力下的热导率,热导率计算值和实验值相符较好,表明所发展的计算方法适用于纳米孔隔热材料的热导率计算.此外,还获得了材料气相热导率与辐射热导率随温度的变化规律,对材料结构设计及性能优化具有很好的指导意义.     

封装有相变材料的金属泡沫复合散热器实验研究

相变材料的固液相变具有较高的相变潜热且相变体积变化小,在间歇性工作的电子器件的温控中得到广泛的应用。本文采用将铜泡沫嵌入相变材料中的方法来强化固液相变的传热性能的方法,提出一种封装有金属泡沫和相变材料的复合式散热器结构,实验研究了该散热器的加热表面的温度与时间的变化关系,分析铜泡沫孔隙率、孔密度以及石蜡物性等各个参数对该复合式热沉散热效果的影响。     

二维材料XTe_2(X=Pd,Pt)热电性能的第一性原理计算

利用密度泛函理论结合玻尔兹曼输运方程,预测了二维层状热电材料XTe_2 (X=Pd, Pt)的热电性质.两种材料都具有较低的热导率,材料的晶格热导率随温度的升高而降低,且表现出各向异性.而电子热导率随温度的升高而升高.在较低温时,晶格热导率对总热导率的贡献占据主导地位.较高的载流子迁移率、电导率及塞贝克系数也对材料的热电转换效率产生极大的影响,展现出较为优异的电输运性能.对比分析PdTe_2和PtTe_2两种材料的ZT值,发现两种材料的热电性能以p型掺杂为主. PtTe_2单层的ZT值高于PdTe_2单层,并且PtTe_2单层在常温下的ZT峰值可达到2.75,是一种极具潜力的热电材料.     

层间稀薄气体传热对多层绝热材料性能的影响分析

通过建立的热量传递模型,分析了不同的气体稀薄程度(Knudsen数)时,气体传热对多层绝热材料有效热导率和各层温度分布的影响。分析表明:由多层绝热材料真空度变化引起的稀薄气体传热量波动较大,在10—60层/cm层密度范围,真空度低于100Pa时,Kn数属于自由分子状态区域和中间压强区域,此时材料的有效热导率随残留气体热适应系数的增大而减小,并随着真空度的降低而增大;当残留气体为空气时,为保证多层材料的绝热性能,尽量维持真空度不低于10-2Pa。同时分析表明,为有效降低低真空下稀薄气体传热对多层绝热性能的影响,可以采用综合热适应系数较低的气体置换夹层中的空气,以减少低真空多层绝热材料的有效热导率,改善绝热性能。     

新型导热塑料在蓄冰过程中的传热性能研究

在冰蓄冷空调系统中 ,载冷剂乙二醇溶液的腐蚀性对金属换热管道工作的长期稳定性产生严重影响 ,文中提出采用新型导热塑料来代替传统的金属管道。为了论证导热塑料的可行性 ,对在冰盘管蓄冰槽的蓄冰过程中 ,导热塑料的热导率对其传热性能的影响进行研究。建立了盘管蓄冰过程的物理数学模型 ,求出蓄冰时间随盘管材料热导率的变化曲线 ,并对三种盘管材料对盘管传热性能的影响作出比较 ,认为新型导热塑料制成的冰盘管具有较大的优越性 ,可在工程实际中采用。     

基于量子修正的石墨烯纳米带热导率分子动力学表征方法

本文提出了基于量子修正的非平衡态分子动力学模型,可用于石墨烯纳米带热导率的表征.利用该模型对不同温度下,不同手性及宽度的石墨烯纳米带热导率进行了研究,结果发现:相较于经典分子动力学模型给出的热导率随温度升高而单调下降的结论,在低于Debye温度的情况下,量子修正模型的计算结果出现了反常现象.本文研究还发现,石墨烯纳米带的热导率呈现出明显的边缘效应及尺度效应:锯齿型石墨烯纳米带的热导率明显高于扶手椅型石墨烯纳米带;全温段的热导率及热导率在低温段随温度变化的斜率均随宽度的增加而增大.最后,文章用Boltzmann声子散射理论对低温段的温度效应及尺度效应进行了阐释,其理论分析结果说明文章所建模型适合在全温段范围内对不同宽度和不同手性的热导率进行精确计算,可为石墨烯纳米带在传热散热领域的应用提供理论计算和分析依据.     

热阻对液氮冷屏性能的影响研究

超导元件需用液氦降温至极低工作温度才能实现超导性能,液氦温区仅靠真空多层绝热方式无法达到理想绝热效果,采用液氮冷屏隔断液氦和环境之间的传热,能够有效降低液氦系统蒸发损失和液氦用量。为研究热阻对液氮冷屏传热特性的影响,建立了液氮冷屏热阻模型,通过理论传热计算得到了不同热阻与冷屏板温度及传热量之间的关系,利用数值模拟软件对不同热导率材料和不同板厚下冷屏板的温度分布进行了分析。结果表明,最不利热阻为接触热阻和导热热阻,采用高导热系数材料及适度增加冷屏板厚度有助于提高冷屏板温度分布的均匀性,减小接触热阻和冷屏板表面发射率有助于提高冷屏隔热性能,为改善冷屏热屏蔽效果提供依据。     

GaN薄膜的热导率模型研究

准确预测GaN半导体材料的热导率对GaN基功率电子器件的热设计具有重要意义.本文基于第一性原理计算和经典Debye-Callaway模型,通过分析和完善Debye-Callaway模型中关于声子散射率的子模型,建立了用于预测温度、同位素、点缺陷、位错、薄膜厚度、应力等因素影响的GaN薄膜热导率的理论模型.具体来说,对声子间散射项和同位素散射项基于第一性原理计算数据进行了系数拟合,讨论了两种典型的处理点缺陷和位错散射的散射率模型,引入了应用抑制函数描述的各向异性边界散射模型,并对应力的影响进行了建模.热导率模型预测值和文献中典型实验数据的对比表明,基于第一性原理计算数据拟合的热导率模型和实验测量值总体符合较好,300 K温度附近热导率数值及其随温度变化的趋势存在20%左右的偏差.结合实验数据和热导率模型进一步确认了第一性原理计算会高估同位素散射的影响,给出了薄膜热导率随薄膜厚度、位错面密度、点缺陷浓度的具体变化关系,同位素和缺陷散射会减弱薄膜热导率的尺寸效应,主要体现在100 nm附近及更小的厚度范围.     

常压条件下复合多层绝热材料隔热性能研究

为研究常压环境湿度对硬质聚氨酯泡沫与多层绝热材料组合的复合多层绝热材料隔热性能的影响,常压下采用量热器法测量了该绝热材料在高、低湿度环境下的表观热导率,并通过建立多层绝热材料的常压逐层传热理论模型,分析了常压环境中复合绝热材料的隔热机理,及湿度对其隔热性能的影响。结果表明:常压条件下,环境湿度增加一倍,复合多层绝热材料的表观热导率增加约13.07%,且湿度对多层绝热材料隔热性能的削弱是其隔热性能降低的主要原因;基于干空气与凝结水/冰并联热阻的常压逐层传热模型与实验结果吻合良好,通过改进现有常压多层绝热材料的传热模型,分析了湿度对多层绝热材料隔热性能的作用机理。     

气体传热对多层绝热性能影响的试验研究

文中通过建立的能进行夹层气体置换的稳态量热器试验系统,试验分析了夹层气体传热对多层绝热材料有效热导率的影响,重点对置换气体种类、气体压强、材料层数及冷热边界温度对多层材料的影响进行试验研究。试验表明在10—60层/cm层密度范围,真空度低于100Pa时,Kn数属于自由分子状态区域和中间压强区域,此时材料的有效热导率随残留气体热适应系数的增大而减小,并随着真空度的降低而增大,当残留气体为空气时,为保证多层材料的绝热性能,应尽量维持真空度不低于10-2Pa。同时,分析表明为有效降低低真空下稀薄气体传热对多层绝热性能的影响,可以采用综合热适应系数较低的气体置换夹层中的空气,以减少低真空多层绝热材料的有效热导率,改善绝热性能。     

单级多单元热电制冷机制冷率优化

以不可逆单级多单元热电制冷机为研究对象,综合考虑热电单元内部效应、热电单元尺寸、热电材料物性随温度变化的特性、外部有限速率传热不可逆性,建立了较完备的有限时间热力学模型。在有限速率传热、有限尺寸(给定换热器总热导率、热电单元总数等)约束下,同步优化工作电流、热电单元尺寸和换热器热导率分配,得到装置的最大制冷率,并分析了重要参数对最大制冷率及最优变量的影响,所得结果可为热电制冷机设计提供指导。     

聚氨酯泡沫液氮温度下热导率的测量

运用稳态径向热流法对液氮温度下聚氨酯泡沫的热导率进行了测定 ,根据 GJB 1875 - 94建立的试验装置确保了使用径向量热法的前提条件。在液氮温度下聚氨酯泡沫的热导率可以达到 0 .86× 10 - 2 W/ m· K ,结果表明 :此材料在液氮的输运系统中是一种优良的绝热材料。另外 ,对聚氨酯泡沫的导热机理进行了讨论 ,最后对试验进行了误差分析 ,得到的最大相对误差为 4 %。     

随机结构多孔介质等效热导率数值计算

本文对二维颗粒弥散多孔介质的辐射导热耦合等效热导率进行了数值计算研究。首先采用随机生成结构方法(Random generate-growth method,RGGM)生成实际多孔材料的复杂结构。在此基础上,采用离散坐标法及有限容积法求解了复杂结构内部辐射导热耦合换热,进而计算得到材料的等效热导率。根据建立的材料随机结构模型及等效热导率数值计算模型,分别研究了衰减系数、弥散相体积分数、温度等因素对材料等效热导率的影响,并将数值计算结果与理论计算结果进行对比,吻合较好,反映出模型用于预测实际多孔材料等效热导率的有效性。     

双温度氦等离子体输运性质计算

获得覆盖较宽温度和压力范围内的等离子体输运性质是进行等离子体传热和流动过程数值模拟的必要条件.本文采用Saha方程计算等离子体组分, 采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法, 计算获得了电子温度(T_e)不等于重粒子温度(T_h)的情形下, 在300 K到40000 K的温度范围内氦等离子体的黏性、热导率和电导率. 研究结果表明压力和热力学非平衡参数(θ =T_e/T_h)对氦等离子体的输运性质有较大的影响. 在局域热力学平衡条件下,计算获得的氦等离子体输运性质和文献报道的数据符合良好.     

固着液滴蒸发薄液膜区传质传热特性数值研究

本文基于扩展Young-Laplace方程和动力学理论,以水为工质,建立固着液滴蒸发薄液膜区、宏观弯月面区、固体基底内部及气液、液固、气固界面的耦合传热模型,并探究固体基底厚度和热物性对蒸发薄液膜区传热特性的影响。结果表明,由于液滴蒸发过程中的冷却效应,三相接触线附近的基底温度低于周围固体温度;蒸发速度越快,温度差越大。蒸发薄液膜的长度、最大质量流量和传热量与基底厚度与液滴半径比值h_r有关;当h_r=0.4时,薄液膜区传热对总体传热贡献最大;基底的热导率越小,蒸发液滴具有更长的蒸发薄液膜长度及更强的界面传热,薄液膜区传热对总体传热影响越显著.     

软质聚氨酯泡沫塑料的低温热导率

讨论了软质聚氨酯泡沫塑料对流判据的低温传热机理.根据软质聚氨酯泡沫塑料结构简图,将各种参数和低温数据带入对流判据公式,得到对流判据L的计算结果.计算了软质聚氨酯泡沫塑料的低温热导率.为了与计算的低温热导率比较,采用测试硬质泡沫塑料热导率的稳态热流双试样保护热板装置,测试了软质聚氨酯泡沫塑料的低温热导率,最后给出了低温热导率与温度关系曲线.根据试验,讨论了低温热导率的影响因素如温度、密度、吸水率等.