近壁流场的热线测速问题

近壁流动或称粘性底层的流动是流体力学重要的研究课题之一,它关系到固体表面和流体之间传热、传质;流动阻力和人工减阻;以及边界层中湍流的猝发和发展等物理机理的研究.本文对本课题的研究现状做了较好的总结,并对今后近壁流动的研究工作提出了自己的看法.     

近壁流场的热线测速问题

近壁流动或称粘性底层的流动是流体力学重要的研究课题之一,它关系到固体表面和流体之间传热、传质;流动阻力和人工减阻;以及边界层中湍流的猝发和发展等物理机理的研究.本文对本课题的研究现状做了较好的总结,并对今后近壁流动的研究工作提出了自己的看法.     

微重力池沸腾过程中的气泡热动力学特征研究

微重力池沸腾过程中的气泡热动力学特征研究项目是实践十号返回式卫星科学实验任务之一,主要关注微重力池沸腾过程中孤立生长气泡周围局部流动与传热机理.目前,实验装置SOBER-SJ10正样产品已完成研制和地面测试,并开展了一系列地面对比实验.地面实验结果表明设备工作正常,性能指标达到设计要求.地面实验结果表明过冷度对起始沸腾过热度影响甚微.空间飞行实验将于近期进行,其结果将加深对沸腾传热机理的认识.     

研究需要:工业喷雾过程,喷雾干燥和传热

我们曾对从事喷雾、干燥和喷雾传热设备的研究者和制造者进行了一次调查。那些应邀回答的人对需要特别注意的过程和设备作了说明。这里阐述了其中的几个问题(如,雾化如何发生的统一理论;评估喷雾(这是为了往水里溶进空气以加强传质过程而采用的)性能的方法;计算高压喷雾传热的综合模型;等等)。结论是,当实际需要已经提出,而且用喷雾法代替传统方法的革新办法已形成时,许多研究课题可以从工业中找出来。     

陶瓷刀具切削区温度场的计算机模拟

在切削金属过程中所消耗的能量几乎９０％以上都转化为热，致使工件，切屑和刀具的温度都上升，其中刀具的温升与切削机理及切削参数密切相关，并且直接影响刀具磨损及其全用寿命。为了研究陶瓷刀具切削温度分布对其磨损规律和机理的影响，根据传热理论建立了数学模型，用计算机模拟编制出陶瓷刀具切削区温度场计算的专业软件，可以得出不同陶瓷料刀具在不同切削条件下切步同工件材料过程中的温度分布曲线图，而且实际测量值与模拟值     

基于特征分裂有限元准隐格式的共轭传热整体耦合数值模拟方法

共轭传热现象在科学和工程领域中大量存在. 随着计算能力的发展, 对共轭传热现象进行准确有效的数值模拟, 成为科学研究和工程设计上的重要挑战.共轭传热数值模拟的方法可以分为两大类: 分区耦合和整体耦合.本文采用有限元法对共轭传热问题进行整体耦合模拟. 固体传热求解采用标准的伽辽金有限元方法.流动求解采用基于特征分裂的有限元方法. 该方法是一种重要的求解流动问题的有限元方法, 可以使用等阶有限元. 该方法的准隐格式与其他格式相比, 具有时间步长大的特点. 将稳定项中的时间步长与全局时间步长分开, 改进了准隐格式的稳定性. 基于改进的特征分裂有限元方法的准隐格式, 发展了一种层流共轭传热数值模拟的整体耦合方法. 采用这种方法可以将流体计算域和固体计算域作为一个整体划分有限元网格, 并且所有变量都可以采用相同的插值函数, 从而有利于程序的实现. 通过对典型问题的模拟, 验证了这种方法的准确性. 本工作还研究了固体区域时间步长对定常共轭传热问题数值模拟收敛性的影响.      

微尺度相变传热的关键问题

由于航天、信息、生物等高技术的发展,微尺度热物理问题得到了广泛的重视.作为一种非常高效的能量转换方法,微尺度相变传热的研究远未成熟.本文对微尺度相变传热作了较为系统的综述,论述了控制微尺度相变传热的准则数,分析了沸腾起始点、流型、压降、传热系数、不稳定性、临界热流密度六大关键问题.建议从实验和理论两个方面对微尺度相变传热进行深入的研究,以进一步理解其机理,为微蒸发器的设计、制造及运行提供科学依据和指导.      

基于COMSOL的简化对流传热结构拓扑优化方法

提出了一种基于COMSOL平台的简化对流传热结构拓扑优化实现方法。简化对流传热拓扑优化可用于获得性能更优的散热结构概念设计,但缺乏可行性强和适用范围广的实现方法,导致工程应用存在较高的技术门槛。为解决该问题,本研究采用在经典传热方程中引入对流换热项的方式,建立了可用于COMSOL平台简化对流换热分析的控制方程。进一步的,结合COMSOL平台提供的传热分析模块以及拓扑优化模块,搭建了简化对流传热结构拓扑优化计算框架。数值算例考虑了经典二维和三维的简化对流传热结构优化设计问题。结果显示了本文方法的有效性及可行性。     

纺织复合材料能量吸收性能的研究进展

纺织复合材料的能量吸收性能是近年来一个十分引人注目的研究课题．本文综述了近年来对纺织复合材料能量吸收性能研究的最新进展,包括纤维纺织结构、纺织复合材料的制造及加工、材料的能量吸收机理及失效模式、能量吸收性能的测试方法等．     

考虑非傅里叶微尺度效应涂层基体复合结构热冲击强度研究

针对在涂层热冲击研究中忽略非傅里叶传热微尺度效应的问题,本文引入一维平板涂层基体复合结构物理模型,建立涂层双曲线型传热、基体抛物线型传热的数学模型Ⅰ,并根据交界面处的传热行为建立合理边界条件.在此基础上,构建了涂层、基体的热弹性力学模型.采用隐式差分法对模型离散化处理,得到温度场的数值解,进而求得应力场,并给出了具体算例.同时,建立涂层和基体均为抛物线型传热的数学模型Ⅱ作为对比研究.结果表明：当初始条件和热扰动均相同,并考虑非傅里叶传热的微尺度效应时,在涂层内,模型Ⅰ热应力表现出变化的延迟性、分布的局域性以及波动性,任意位置热应力都不是从0开始变化,而模型Ⅱ不存在波动性,任意位置热应力从0开始变化.模型Ⅰ热应力产生后,率先达峰且峰值大于模型Ⅱ.在基体内,模型Ⅰ热应力大于模型Ⅱ,且变化梯度较大.在交界面处,模型Ⅰ产生“反射效应”,此处应力值以及应力骤降值均大于模型Ⅱ.对比表明,模型Ⅰ受到的热冲击更加复杂剧烈.该研究为极端热传导环境下确保涂层可靠性提供了有益参考.     

热流体力学及其应用

热流体力学是一门涉及传热学、流体力学和热力学的交叉学科,并把重点放在讨论热过程对流体流动的影响。它由5部分组成:①热阻力。在某些情况下热阻力的存在对通道中的流体流量和换热系数有重大影响。借助于热阻力系数的定义和分析表达式,不仅可以预示单相通道流中的压力降,而且能用简便的方法预示气-液两相通道流中的压力降和临界热流。②热绕流。运用“虚质量源”和“热偶极子”的概念,对热绕流现象进行了分析和数值研究。它可在热除尘、粒子样品收集和热设备中流量分配等方面获得广泛的应用。③热驱动。不仅在重力场中,而且在如离心力场、表面张力场和电磁力场中也存在着热驱动流。着重讨论了流体运动的起因及其带来的后果,它包括环境污染、传热强化和同位素分离系数的提高等,④热不稳定性。重点讨论了热不稳定性的物理机理。用各种动力学方法所得到的流动不稳定性的临界准则对材料加工、热减阻、水源热污染等都是十分重要的。⑤热优化。研究了基于熵产生最小(热力学第二定律)为目标函数的流动和传热过程的优化。探讨了在一定条件下热力学第一定律效率和第二定律效率的内在联系。     

热流体力学及其应用

热流体力学是一门涉及传热学、流体力学和热力学的交叉学科,并把重点放在讨论热过程对流体流动的影响。它由5部分组成:①热阻力。在某些情况下热阻力的存在对通道中的流体流量和换热系数有重大影响。借助于热阻力系数的定义和分析表达式,不仅可以预示单相通道流中的压力降,而且能用简便的方法预示气-液两相通道流中的压力降和临界热流。②热绕流。运用“虚质量源”和“热偶极子”的概念,对热绕流现象进行了分析和数值研究。它可在热除尘、粒子样品收集和热设备中流量分配等方面获得广泛的应用。③热驱动。不仅在重力场中,而且在如离心力场、表面张力场和电磁力场中也存在着热驱动流。着重讨论了流体运动的起因及其带来的后果,它包括环境污染、传热强化和同位素分离系数的提高等,④热不稳定性。重点讨论了热不稳定性的物理机理。用各种动力学方法所得到的流动不稳定性的临界准则对材料加工、热减阻、水源热污染等都是十分重要的。⑤热优化。研究了基于熵产生最小(热力学第二定律)为目标函数的流动和传热过程的优化。探讨了在一定条件下热力学第一定律效率和第二定律效率的内在联系。      

界面动力学研究近况

界面动力学主要包括界面波动力界面动态断裂两人部分，本文评述了其主要研究课题的最新进展，并在此基础上展望了其发展趋势，指出界面模型研究、界面无损检测、界面动态损伤与破坏机理、界面动态断裂韧性及弹塑性面裂纹动态扩展等是当前最关心且急待解决的问题。     

润滑剂中微纳米润滑材料的研究现状

随着纳米技术的发展,微纳米润滑材料在润滑剂中已得到广泛的应用。本文对润滑剂中微纳米润滑材料进行分类,通过分析润滑剂承载能力变化,对偶件磨损表面的修复情况,评价了不同类型微纳米润滑材料的摩擦学性能,总结了微纳米润滑材料在润滑剂中的特点,并根据微纳米润滑材料自身的理化性能,提出主要的减摩、抗磨和自修复机理,即光滑或超光滑表面滚动摩擦作用机理、沉积膜机理、嵌入渗透层/摩擦化学反应膜机理。最后,提出了微纳米润滑材料应用于润滑剂中存在问题的和今后关于该研究发展的一些建议。     

七十年代的传热学

本文的目的是收集传热研究工作者对传热研究工作的展望和设想,以及传热学应用的途径。作者访问了许多活跃在传热学研究领域的学者,也访问了传热设备的设计人员和有关工程技术人员。和他们中的一些人进行了书信联系。采访的初步结果写成报告。那时是1970年夏天,正好遇上第四届国际传热会议在法国凡尔赛开幕。这次国际会议期间专门召开了一次圆桌会议,讨论这份报告的初稿。会议上许多国家的传热专家发表      

膛口流场一维简化非傅里叶传热模型

针对膛口流场复杂的传热现象提出一个简化的工程计算模型。根据该模型得出:在一定条件下，流场内存在非线性波传热模式，并把运动的膛口焰火球近似看成一个非线性波，所得计算结果与实验数据相符。     

不同壁面条件下液滴撞击铺展特性的模拟研究

液滴撞击不同润湿性壁面的传热流动问题在自然界和工业生产中广泛存在。研究采用CLSVOF方法,引入描述壁面润湿特性的动态接触角,并考虑液滴物性参数随温度的变化,建立液滴撞壁模型,模拟研究液滴撞击流动行为,通过与实验对比验证,确定模型有效性。在此基础上,对传热作用下考虑壁面润湿性的液滴撞击问题展开研究,探讨壁面传热作用对液滴撞击铺展特性的影响。研究表明,在撞击过程中,液滴先铺展后逐渐收缩,与静态接触角模型相比,采用动态接触角模型所得的液滴流动特性与实验结果更加吻合;随着接触角增大,液滴在撞壁初期不易铺展,随后则易于收缩;虽然固液传热作用会影响液滴铺展直径,但不改变液滴的运动趋势。     

多孔介质中热对流的分叉机理研究

本文利用解析分析方法研究了数值模拟发现的多孔介质层中出现的对流分叉机理，指出控制方程中的Ｒａｙｌｅｉｇｈ数，是决定流动的特征参数。当Ｒａｙｌｅｉｇｈ数小于临界数值时，多孔介质内流动处于静止传热状态，并且这种状态是稳定的。如果Ｒａｙｌｅｉｇｈ数大于临界数值，非线性方程出现分叉解，文中指出，存在多个使平凡解失稳而分叉的临界Ｒａｙｌｅｉｇｈ数，当Ｒａｙｌｅｉｇｈ数由小到大经历这些临界数值时，其由平凡解发展起来的分叉解的流态，依次由单回流区转变为双回流区及三回流区。理论分析给出了分叉解和分叉解的振幅方程，阐明了分叉的机理，其结论和数值结果定性一致．     

湍流流动和传热整体传输特性的数学分析

湍流是极为普遍的流动现象, 整体传输特性和外部驱动力之间的关系是各类湍流流动和传热问题研究的中心问题. 对近年来Doering和Constantin发展的直接从Navier-Stokes方程推导出湍流流动和传热整体传输特性的显式界的变分方法进行了评述, 重点介绍了平面Couette湍流流动、平面槽道湍流流动和Rayleigh-Benard对流这几种典型的湍流流动和传热整体传输特性的显式界的数学分析. 最后, 讨论了存在的问题并对该领域今后的研究方向进行了展望.      

摩擦磨损试验机设计的基础 Ⅰ.摩擦磨损试验机的分类和特点分析

本讲提出了一种按摩擦系统的结构和摩擦副的相对运动形式对摩擦磨损试验机进行分类的新方法(这种分类法将摩擦磨损试验机分为五大类),阐述了摩擦磨损试验的目的和摩擦磨损试验机为实现此目的所应有的基本系统,分析了基本系统中各组成单元的每个要素在摩擦磨损试验机中的特殊性,最后还就摩擦磨损试验机的发展方向作了简要的探讨。