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.     

两相流中非平衡相变与平衡相变比定压热容差异的研究

本文以空气-水蒸气-水组成的两相流混合物为例,应用两相流及热物理理论,推导了有相变的两相流系统非平衡过程的比定压热容计算式,并对实际的空气-水蒸气-水两相流动的换热过程进行了数值模拟.计算结果揭示了比定压热容的变化明显受到水颗粒相变过程的影响,颗粒的半径越小,比定压热容变化越大.同时,平衡相变过程比定压热容计算的流体温度要高于非平衡相变过程,两者的差异随着颗粒蒸发过程的进行而逐渐增大,且靠近轴线的差异要比靠近壁面处的差异大,颗粒半径越小,两者的差异越小.     

固体热容激光器冷却方式的数值模拟

 固体热容激光器连续运转一段时间后，需要进行冷却，以进行下一次运转，因此冷却速度直接影响着热容激光器运转的效率和实用性。从热传导方程出发，以沉积热为内热源模型，利用有限元分析方法对激光二极管阵列从4个方向对称泵浦的板条Nd:GGG激光介质的温度场和和热应力场进行了数值模拟。并对冷却阶段分别采用过冷气体、水循环、喷雾、相变冷却方式时的介质温度和应力随时间变化过程进行了模拟。结果表明在相同条件下采用相变冷却方式能在较短时间内将介质冷却到初始温度。     

相变微胶囊复合板相变传热数值研究

本文以相变微胶囊复合板隔热组件为研究对象,基于焓法方程建立了蓄热/隔热型耦合相变传热数值模型,预测了板内的温度分布、相界面移动等响应特征,系统地分析了Stefan数及相变温度区间对传热的影响。结果表明:相变微胶囊板内固相界面的移动速度大于液相界面,固相界面消失后,液相界面移动明显加速;固、液相界面移动速度随Stefan数的增大而增快,同时板内整体温度水平升高;固相界面移动速度随着相变温度区间的增大而增快,但相变温度区间对相变材料完全熔化所需时间影响不大。     

Ti-50.8at%Ni马氏体相变中的电磁特性

研究Ti-50.8at%Ni合金在马氏体-奥氏体相变温度附近的电磁性质.由M-H曲线分析了传导电子的顺磁性以及少量局域电子引起的铁磁性.在M-T曲线中，降温曲线在180K附近有突降，升温曲线在230K附近有突升.在电阻率测量中，降温和升温的ρ-T曲线也有类似的突变.升温过程的质量热容c_p曲线在230K附近出现了由奥氏体相变引起的跳跃.这些实验结果表明，样品的马氏体相变温度约 关键词： TiNi合金 电磁性质 马氏体-奥氏体相变 质量热容     

多年冻土区埋地输油管道热力影响研究

基于冻土区土壤带相变的传热过程建立了埋地管道周围土壤温度场的二维计算模型,采用数值方法对其进行了求解,并模拟了在不同油温、不同保温层厚度与不同土壤含水量等因素影响下管道运营期内管道周围土壤的温度变化。研究结果表明,采用等效热容法能较好地处理冻土相变问题并能有效地应用于埋地管道周围土壤所受热力影响的计算,能够为预测管道运营期内周围土壤的融化范围提供技术支持。     

相变材料热物理性质的分子动力学模拟

为从微观尺度探寻相变材料的热物性变化机理, 本文采用分子动力学的方法, 构建了由正二十二烷组成的无定形结构的相变材料体系, 采用周期性边界条件以及COMPASS力场对相变材料的比热以及导热系数进行了模拟, 并对纯正二十二烷进行了DSC测试. 结果表明, 模拟所得的相变材料热容与文献实验值的偏差是6.5%, 熔点与DSC实验值的偏差是0.98%. 当温度为288–318 K时, 相变材料的导热系数在0.1–0.4 W·m^-1·K^-1 范围内波动, 且随着压力增大略呈下降趋势. 关键词： 扩散系数 比热 导热系数 分子动力学     

外延铁电薄膜相变温度的尺寸效应

考虑外延钙钛矿型铁电薄膜内的等效应力、表面晶格变化和表面电荷引起的退极化效应等机电耦合边界条件,利用铁电薄膜系统的动态金茨堡-朗道方程(DGL),系统分析和讨论了外延铁电薄膜相变温度与临界相变厚度的尺寸效应.结果表明,铁电薄膜相变温度与临界相变厚度完全依赖于各种与薄膜厚度相关的力电耦合边界条件.也给出了BaTiO₃外延铁电薄膜相变温度在各种边界条件下随厚度的变化,从结果看出,本文的分析与结论更符合实验数据. 关键词： 尺寸效应 外延铁电薄膜 相变温度 力电耦合边界     

GaP相变及热力学性质的理论研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了闪锌矿和氯化钠结构的GaP的相变及热力学性质.对两种结构的能量体积曲线做公切线,得到了从闪锌矿到氯化钠结构的相变压力约为26.2GPa,与实验结果一致.通过准谐德拜模型得到了不同温度下体积和热膨胀系数与压强的关系,以及不同压强下热容与温度的关系.     

相变材料微胶囊流体相变过程对储热蓄热影响

用石蜡混合物(以C_(19)H_(40)为主体,相变温度:25~38℃,比热容极大值出现在31.5℃左右)作芯材,树脂材料作囊壁,与水混合制备成微纳米胶囊流体,将其填充在矩形密闭容器内,在下表面加热,其余各表面绝热条件下,对相变材料相变化过程的储热蓄热特性进行分析。结果表明,相变材料相变化过程提前了自然对流的启动时间,加强了换热强度;在蓄热温度超过35℃之前,相变化的促进作用随温度增加而逐渐增强,超过35℃以后,相变化的促进作用开始减弱.     

定形相变墙板改善轻质墙体夏季隔热性能研究

本文提出了将定形相变蓄能墙板安装在轻质保温墙体内侧,取代传统重质材料,改善围护结构夏季隔热性能的方法.以北京地区为例,比较了定形相变蓄能墙板与重质混凝土在改善轻质围护结构隔热性能方面的差异,并从相变温度和相变墙板厚度两个方面对定形相变蓄能墙板的使用效果进行了优化.研究表明定形相变蓄能墙板能有效改善轻质保温墙体的隔热性能,而对建筑自身承重增加很小.     

红外热像法研究空心砖墙表面温度

建筑墙体的室内表面温度直接反映墙体的保温隔热性能,并且作为室内平均辐射温度的主要组成部分对室内热环境有重要影响。针对建筑工程中大量使用的空心砖墙体具有表面温度不均匀的特点,采用ThermaCAM P20型红外热像仪和ThermaCAM Reporter分析软件,研究应用红外热像法测量空心砖墙体的表面温度,分析空心砖墙体的温度特征以及空心砖、 砌筑砂浆、 配砖等组成材料对表面温度分布的影响。在高层住宅建筑工程现场,选择三层住宅的填充外墙位置,使用不同的烧结页岩空心砖、 砌筑砂浆和配砖砌筑成三种空心砖墙体进行传热实验。通过采集三种烧结页岩空心砖墙体在冬季室内采暖条件下的内表面温度红外热像图,对比分析了两种空心砖和两种砂浆砌筑的墙体表面温度特性数据以及温度均匀性和温度频率分布。结果表明：提高空心砖和砌筑砂浆的保温性,能够有效提高墙体内表面温度,改善室内热环境;由保温砂浆代替水泥砂浆砌筑的节能型烧结页岩空心砖墙体,表面温度的不均匀性从0.6 ℃下降为0.4 ℃,并使表面温度频率分布发生变化,从非对称分布变为正态分布;随着表面温度均匀性的提高,平均温度所占的频率增大。本研究为空心砖墙体热功能的提高和优化提供了依据。     

空间太阳望远镜主镜精密温度控制方案介绍

通过光-机-热集成分析，用简单可靠的热控方法，对空间太阳望远镜直径为1m的主镜进行了热设计：采用周边绝热、将热量从正面传导到背面，再设计装有控温回路和热管的集热板，以及与卫星平台辐射器冷板连接散热，保证了主镜的温度水平和稳定性；在主镜压紧结构前设置挡光板，减少压紧结构引起的主镜温度不均匀．结果表明，利用智能型高准确度控温仪和加热回路的优化设计实现主构架均匀性热设计，采用高传热性能热管排散准直镜热反射面极高热流密度，可以消除主镜周围热环境对主镜温度影响的结论．     

CFETR内冷屏结构方案初探

基于现有冷屏结构,结合 CFETR 聚变堆装置的结构特点,提出了一种沿冷却板厚度方向钻冷却通 道的深孔结构方案。对内冷屏各部件设计了并联加串联的特殊流道,采用有限元法计算了该方案内冷屏各部件的 温度分布。结果表明,采用深孔法冷却方式,冷屏温度分布更均匀,降温效果更好。在输出辐射功率相近的条件 下,深孔法的冷却方式可将表面辐射率上限由 0.05 提高到 0.075,能用低表面辐射率和低活化性材料如铬和钨元 素作为冷屏表面涂层替代银涂层。     

草原枯萎植物的热红外偏振特性研究

为了探究草原枯萎植物的热红外偏振特性,根据热红外偏振的探测机理,利用热红外辐射计对草原枯萎植物样品进行室内测量,发现其热红外偏振辐射亮度、亮温都有随探测角的增大而增大、随方位角和偏振态的增大先增大后减小的趋势,需要特别说明的是虎尾草在180°方位角的亮温是先减小后增大,实验所反映的热红外偏振特性与物质的粗糙程度、探测方向、物质的内部结构及其发射能力有关,该研究为定量研究奠定了基础。     

基于对流传热模型的LD端面泵浦圆形激光晶体的热效应研究

通过对半导体端面泵浦棒状Nd∶YAG晶体的热效应进行了理论分析,研究了端面抽运圆形截面激光晶体内部温度场,建立了符合条件的激光晶体热模型。考虑晶体侧面与冷却液之间的对流传热,以及晶体端面与外界非绝热边界条件,从而建立更为合理的边界条件,得出更符合实际的晶体的温度分布场。研究结果表明,考虑端面的对流传热后,计算的晶体中心温度降低,而相应的热焦距稍有增加;空气传热系数增加时,晶体中心温度明显降低,热焦距显著增加,减弱了晶体热效应。     

辐射背景对岩石受力热红外光谱变化影响的实验研究

研究表明,岩石在加载过程中表面的红外辐射随应力发展而变化,而辐射信息的有效提取与辐射背景存在密切关系。通过理论分析不同实验环境对岩石受力热红外光谱变化影响,开展了花岗岩在室内外环境下的受力热红外光谱观测实验,分析了不同辐射背景下岩石红外辐射与应力的相关性以及由应力引发的辐射变化信息的强弱差异,并对两种环境下岩石应力热红外探测的优势波段进行了对比分析。结果表明,辐射背景对岩石受力热红外光谱探测结果有重要影响,室外环境因背景辐射较弱,相同应力作用下的红外辐射变化更加显著,与应力之间的相关程度更高,优势波段区间更宽,更加有利于岩石应力的热红外探测。8.0~11.8 μm波段是利用热红外遥感监测地表花岗岩应力变化的优势波段。     

CFETR杜瓦冷屏初步设计与热分析

选择304LN 不锈钢作为冷屏的制作材料,将杜瓦冷屏分为16 个扇区,每个扇区由20 个子部分组成,在每一个子部分上布置相应的冷却管。选择液氦作为冷却剂。为检验杜瓦冷屏结构是否符合设计要求,分析了杜瓦冷屏的传热方式以及冷却原理,利用FLUENT 软件对设计的冷屏结构进行了热分析,得到了杜瓦冷屏面板的温度分布情况以及冷却管道进出口压力差。结果表明,杜瓦冷屏面板温度和冷却管道进出口压力差在合理范围内,验证了冷却管道布局的合理性,为后续杜瓦冷屏的设计提供了重要参考。     

内嵌定向高导热层疏导式结构热防护机理分析

针对飞行器高超声速飞行时严重的气动加热环境, 提出内嵌定向高导热层的疏导式热防护系统. 运用数值方法分析了特定条件下内嵌定向高导热层的疏导式系统的防热效果, 外壁面最高温度下降了9.1%, 内壁面最高温度下降了31.5%, 高温区和低温区都被封闭在外层区域, 内层温度更加均匀, 实现了热流由高温区向低温区的转移, 削弱了高温区的热载荷, 强化了整体结构的热防护能力. 研究表明, 随着气动热流密度比与辐射散热面积比的增大, 疏导结构的冷却效果增强. 本文还对疏导防热系统的结构参数和材料参数对冷却效果的影响进行了分析, 为结构的设计和材料的选取提供一定的依据.     

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Cryostat thermal shield (CTS) of China Fusion Engineering Test Reactor (CFETR) is designed with 304LN stainless steel being selected as the CTS material. The CTS is divided into 16 sectors with each sector encompassing 20 sub-sectors, the corresponding cooling tubes are arranged on each sub-sector of the CTS panel sector, and liquid helium is selected as the coolant. The thermal analysis of the designed CTS structure is performed based on FLUENT, and the temperature distribution of the CTS panel and the pressure difference between the inlet and outlet of the cooling pipeline are obtained. The results show that the temperature of the CTS panel and the pressure difference between the inlet and outlet of the cooling tubes are within a reasonable range, which verifies the rationality of the layout of the cooling pipeline, and it provides reference for optimal design of the CTS.