导热与弹性系统及导电的相似性

本文将导热系统与弹性力学系统以及带电系统类比,发现这三种不同类型的系统在输运方面具有一致的行为特征,有相同的数学表达方式。都是在强度量的作用下,广延量的输运过程。强度量在被传递的广延量上的累积效果由广义功反映,广义功就是传递过程中的传递能力,传递能力在过程中有损耗。定义了导热过程中的热力功,它等于传热温度与传递的热量的乘积,反映了温度在传热量上的累积效果。热力功是传递中的热量传递势容,总热力功等于系统热量传递势容的改变量,热量传递势容表示物体的导热能力。     

热传导中的变分原理

采用力学中建立最小势能原理和最小余能原理的加权余量法,分别得到了热传导中势能型与余能型的变分原理。通过对势能型变分原理的分析发现,对于可逆的导热过程,“力”(热流)在“位移”(温度)上做的“功”完全转换为物体的“势能”,即热量传递势容。而在不可逆的稳态导热过程中,这个势能完全被耗散掉了,成为传递势容耗散。对于非稳态导热过程,则类似于粘弹性物体,热流在温度位移上做的“功”一部分转换为物体的传递势容,而另外一部分成为传递势容的耗散。     

基于最小热量传递势容耗散原理的导热优化

导热是一个不可逆过程,它的优化遵循最小热量传递势容耗散原理。本文根据该原理,对体点问题中的高导热材料布置进行了优化。当域内导热系数的积分为定值时,最小热量传递势容耗散对应于导热系数与当地热流成正比,即全场的温度梯度均匀。以温度梯度均匀化为准则,利用仿生优化方法得到了域内有均匀和非均匀热源时高导热材料的最优布置。     

不同目的热优化目标函数:热量传递势容损耗与熵产

热量传递势容(势容)反映了物体的导热能力,在导热过程中势容有损耗,对应于势容损耗最小的导热过程效率最高,传热速率最大。熵反映了过程的不可逆性,在导热过程中熵有增加(熵产),对应于熵产最小的过程是系统做有用功的能力((?))损失最小的过程。以势容损耗和熵产为目标函数,分别对导热平板和圆形导热管进行了导热优化计算。以势容损耗作为目标函数的优化,要求沿传热方向温度的梯度为常数,结果是系统具有最大的导热能力。以熵产作为目标函数的优化,要求沿传热方向温度的自然对数的梯度为常数,结果是系统具有最小的(?)损耗。     

用射线踪迹法解黑表面矩形介质耦合换热

本文用射线踪迹-节点分析法研究了二维黑体表面矩形、各向同性散射半透明介质内辐射与导热瞬态耦合换热。采用全隐格式的有限差分法离散二维瞬态微分能量方程,用辐射传递系数来表示辐射源项,结合谱带模型并采用射线踪迹法求解辐射传递系数。采用Patankar线性化方法将辐射源项及不透明边界条件线性化,并采用附加源项法处理边界条件,运用ADI方法求解名以上的线性化方程组,从而解得二维矩形介质内的瞬态温度分布。     

分形多孔介质中的热传导

本文将多孔介质视为由骨架和空隙组成的二元混合介质,研究了多孔介质中的热传导过程,发现分形结构中的导热规律与孔隙的分布有关,存在着与实体导热完全不同的特征。计算表明,分形介质中的导热过程除了与基质(骨架)的分形维数有关外,还与基质率以及反映介质中热量传递动态过程有关。     

二维变折射率介质辐射传递的近似模型

发展了二维梯度折射率介质热辐射传递求解的两种近似模型,线性折射率bar模型和混合bar模型.对于辐射能传递路径的求解,涉及到四个坐标系的转换:系统坐标系、网格坐标系、网格旋转坐标系和散射的当地坐标系.同时假设辐射能在每个网格内是在平面内传递.通过这两个模型的建立和新的假设条件,对于二维梯度折射率介质的热辐射传递求解的一系列问题均可较为容易地求解.     

等截面消声管道传递损失计算的简化方法

本文提出了等截面消声管道传递损失计算的简化方法，方法利用消声管道截面形式的特点，将三维声学计算问题简化为二维问题，消声管道的传递损失可以表示为与轴向波数有关的表达式，轴向波数可以通过计算截面的特征值得到。对于规则截面结构，使用传递矩阵法计算特征值；复杂非规则截面的特征值使用二维有限元方法得到，进而可以计算消声管道的传递损失。仿真结果与文献中的数值方法及实验值在较宽的频率范围内吻合较好，说明了方法的正确性，此外，该方法可以考虑均匀流对消声管道声学性能的影响。方法的计算效率高，对消声管道的前期优化设计具有实际意义。     

蒙特卡洛法、离散传递法中的假散射与射线效应

本文构造了激光平行入射二维半透明介质的物理模型,研究了蒙特卡洛法、离散传递法中的假散射。通过分析 边界净热流研究了蒙特卡洛法、离散传递法中的射线效应。计算分析表明:蒙特卡洛法、离散传递法不存在假散射。蒙特 卡洛法不存在射线效应,离散传递法存在射线效应。在离散传递法中,随着射线数的增加,射线效应逐渐减少。     

消声管道声学性能计算的二维等几何有限元方法及应用

将等几何有限元方法应用于消声管道的声学性能计算,使用二维等几何有限元方法求解管道截面的声学特征值,考虑了存在穿孔边界和吸声材料边界的情况,进而使用特征值计算消声管道的传递损失。对包覆式消声管道进行传递损失的计算,结果与二维有限元方法吻合较好.对圆形截面的特征值计算结果表明,在计算量相同的情况下,等几何有限元方法取得了比传统有限元方法更好的计算精度.在不同结构参数条件下对消声管道的声学性能进行计算,结果与三维数值方法吻合良好。方法能够在宽频范围内较好地预测消声管道的传递损失。      

1-N型热交换链的(火用)传递分析

依据工程传递原理建立1-N型热交换链的传递模型,并确立相应的评价准则。对动力锅炉内热交换过程的 各输元及全过程进行了传递计算及分析,并与传统的传热分析及分析比较,提供了一些新的技术评价信息。     

能··传递链式发展的相贯性及必然性

依据热力学第一、第二定律(下文简称一、二定律)阐述了能具有量和质的双重属性,能量与能质系于同一属体而不可分离。(火用)是由热力学第二定律所赋予的用以表征能质的参数。能量传递必然伴随着能质(火用)的传递,(火用)传递如同热传递一样是客观存在的。由(火用)概念发展到(火用)传递有其必然性。     

界面常质量流湍流（火用）传递

导出了常温下充分发展湍流传递方程组,依此研究了界面常质量流管内湍流传递,研究了由于粘性耗散、径向和轴向传质不可逆性引起的损率随流体性质、边界条件及空间位置的变化规律,分析了不同地点由于不同过程产生损失的机理.对单位长度的总损率计算表明,对给定的流体单位长度总损率是传质单元几何参数、边界条件和雷诺数的多元函数,通过损率最小化可设计和优化传质单元.     

工程(火,用)传递及其评价准则

在阐述工程传递的概念及其特点的基础上,探讨了不同形式的转换过程的评价准则,稳态与非稳态传递过程的评价准则.给出了各评价准则的定义式或表达式,并对其工程意义作了必要的阐述.     

Effect of Swirl Generator Inserted Into a Tube on Exergy Transfer: Decaying Flow

This study experimentally investigates the effect of conical injector type swirl generator inserts on heat and exergy transfer in a uniform heat flux tube for turbulence regime. One hundred twenty watts of heat are applied by coiling a flexible silicone heater on the tube (copper pipe) with an inside diameter of 62 mm and length of 1,200 mm. The conical injector type swirl generator has a conical shape, which is similar to a funnel, with angle (α) of 30°, 45°, and 60°. Circular holes are drilled on the conical injector type swirl generator as three different cross-sectional areas (A_h). The total areas (A_t = N.A_h) of the holes on the conical injector type swirl generator equal each other. Because of this, the three different holes numbers (N) are produced. Flow directors having three different angles (β = 30°, 60°, and 90°) to radial direction are attached to every one of the holes. This study is a typical example for decaying flow. Reynolds number (Re) was varied from 10,000 to 35,000, so the flow was considered as only a turbulent regime. All experiments were conducted with air accordingly; Prandtl number was approximately fixed at 0.71. The local and average heat transfer Nusselt number (Nu_h) and exergy transfer Nusselt number (Nu_e) are calculated and discussed in this article. It is found that the Nu_h increases with an increase in Reynolds number, director angle (β), and director diameter (d) but with a decrease in the conical injector type swirl generator angle (α). However, Nu_e decreases depending on the same independent parameters.     

传递过程的统一描述

提出了传递公理,即任何形式的传递过程都是在相应基本强度量差推动下,基本广延量的流动过程;基本广延量的传递过程也同时是与之对应的能和(火用)的传递过程。定义了热力学流密度和热力学力的数学表达式,在传递公理的基础上,利用能和(火用)的普遍化表达式,分别建立了三类广延量的传递定律。利用传递定律,结合广延量的平衡方程,导出了传递方程的普遍化表达式。     

对流换热过程的热力学优化与传热优化

为了进一步明确对流换热过程中热力学优化与传热优化之间的差异,本文分别利用熵产最小原理、(火积)耗散极值原理针对两种边界条件下的对流换热问题进行分析,讨论熵产,(火积)耗散与有用能损失以及对流换热能力之间的关系.结果表明:熵产最小意味着系统的有用能损失最小,但并不反映系统的对流换热能力的强弱;而(火积)耗散取极值意味着系统的对流换热能力最强,但与系统的有用能损失不存在对应关系.因此,对于将降低有用能损失作为优化目标的换热问题应采用熵产最小原理进行分析;而对于需要将提高换热能力作为优化目标的对流换热问题应采用(火积)耗散极值原理进行分析.     

以低温热为热源的再沸器(火用)经济优化与传热强化

精馏塔再沸器是炼油、化工、轻工等行业中非常重要的换热设备,这种再沸器的优化和传热强化对热能的优化利用具有重要意义.本文运用经济学方法和传热强化技术,对以低温热为热源的再沸器进行优化设计,建立了同时考虑传热损、流动损和传热强化的再沸器经济优化目标函数和约束条件.并给出了应用实例.     

油水两液相一维非等温渗流的传递分析

在求解油水两液相非等温渗流的温度场、压力场基础上,以驱动功、驱动功率、驱动阻力、驱动速率为特征参数,对该过程进行(火用)传递分析。数值模拟的结果表明:含水通过降低油的相对渗透率、从而增大驱动阻力、减小驱动功率, 最终导致原油产量降低。