温度依变性对纳米颗粒悬浮液导热系数测量影响

本文报告了50 nm氧化铜(体积百分比φ≤0.6%)与去离子水的悬浮液有效导热系数测量结果,讨论了温度依变性对导热系数的影响,运用适用于低浓度悬浮液的能量和质量方程进行分析表明,颗粒空间分布和温度场间相互影响,进而影响导热系数测量结果.考虑低浓度悬浮液中颗粒布朗扩散和热泳作用,讨论了运用准稳态方法测量纳米颗粒悬浮液导热系数的有效性,即需同时保证合适的加热热流密度和液体试样两侧的温差.     

用傅里叶定律分析无限大平行平板中的准稳态

从傅里叶定律和比热容的定义出发,分析了第二类边界条件下,无限大平行平板中发生的准稳态过程.由此说明了当平板内热流密度函数为线性时,平板处于"稳定平衡"的传热状态.计算出的温度分布函数及导热系数公式与传统解偏微分方程的方法得到的结果一致.     

测量材料热物性的准稳态方法与参数估计

测量材料热物性的准稳态方法与参数估计张欣欣，殷晓静（北京科技大学热能工程系北京１０００８３）关键词热物性，参数估计，准稳态测量方法１前言材料的导热系数人建立了热流密度与温度梯度的关系，表征物质的导热能力；体积热容量ｐＣ则表征单位体积物质的蓄热能力；对...     

地面导热系数对液氢泄漏扩散影响的研究

地面导热系数是影响液氢泄漏扩散行为特征的重要因素之一。本文推导了地面导热热流密度和液池半径的理论计算公式;建立了基于Mixture多相流模型和Realizable k-ε模型的CFD数学模型;开展了不同地面导热系数条件下,液氢泄漏后两相流动、气液相变和云团扩散数值计算。研究表明:热流密度和液池半径与地面导热系数紧密相关;地面导热系数对可燃氢气云团下风向方向的扩散范围影响不大,增加地面导热系数会促进氢气云团向上运动,并加速气云的扩散和稀释。     

热质的运动与传递-微尺度导热中的热质动能效应

基于热质(热量的当量动质量)的概念,通过建立和分析热质的运动方程得到了反映热质动能变化的稳态导热微分方程,表明Fourier导热定律只有在热质的动能变化相对热质势能变化很小而可以忽略时才成立;在高热流密度和低温的情况下热质的动能变化不可忽略,这种动能效应表现为热流密度和温度梯度不再成线性关系.动能效应也导致Fourier导热定律不能通过热流和温度梯度准确地获得物体的导热系数,本文基于热质运动方程给出了导热系数动能效应的修正式.最后针对高热流密度和低温一维稳态导热进行了分子动力学模拟验证.     

导热优化:热耗散与最优导热系数场

本文讨论了通过重新布置场内的导热系数分布来强化热传导的导热优化问题。针对边界上传热量一定的任意几何区域的稳态导热,在全场的导热系数积分为定值的条件下,以最小热耗散作为目标,利用变分方法导出了导热优化的基本准则;导热系数与局部热流密度成正比。该准则指导下的导热优化过程可获得热耗散最小的导热系数分布。实例证明了该方法是有效且合理的。     

以R21为工质开式系统喷雾冷却实验研究

本文采用准稳态法对以R21为工质的开式系统喷雾冷却性能进行了实验研究。实验在一个大气压和室温条件下进行,并与去离子水的喷雾冷却性能进行了对比。实验结果表明;热流密度在2.87×10~5~7.99×10~5 W/m~2范围内,并且热流密度相同的工况下,工质为R21的热沉表面温度明显低于去离子水;喷雾流量在10.7~17.7 L/h范围内,热流密度和换热系数随着喷雾流量的增加而增大;喷雾高度在6~15 mm范围内,热流密度和换热系数随着喷雾高度的增加先增加后减小。     

一类变导热系数下三维温度场解析模型

热传导过程中将材料考虑为无穷大时,其导热系数、容积和比热均为相同的温度函数,先通过Kirchhoff变换得到关于导热系数的偏微分方程,再通过傅里叶积分得到这类变导热系数下热传导方程的解,在外部为双椭球和半椭球热源下得到关于变导热系数的三维温度场解析模型。最后应用于熔化极气体保护电弧焊接(GMAW)和钨极惰性气体焊接(TIG),通过对比分析实验与计算结果说明这类温度场模型的可行性,从而推广了材料物理性能变化下这类热传导方程温度场解析模型。     

热质的运动和传递-热子气的守恒方程和傅立叶定律

本文在热质和热子气概念的基础上建立了热子气的质量、动量、能量守恒方程.基于傅立叶导热定律求得了热子气粘性系数和粘性力的近似表达式.分析了傅立叶定律的物理意义:傅立叶定律是在忽略惯性力的条件下对热子气动量方程的近似.在极低温度或极高热流密度条件下傅立叶定律不再适用.     

基于变换热力学的三维任意形状热斗篷设计

在变换热力学的基础上,通过坐标变换的方法,推导出三维任意形状热斗篷导热系数的通解表达式,并进行了全波仿真验证.结果表明:热流均能绕过保护区域流出,保护区域的温度保持不变,而且热斗篷外的温度场并没有破坏,具有很好的热保护和热隐身的效果.这一方法把变换热力学从二维拓展到三维,具有普遍的适用性.同时,这种技术为热流流动路径和目标温度场的控制奠定了理论基础,在微芯片、电动机的保护以及目标热隐身上有潜在应用.     

喷雾冷却表面瞬态热流密度计算方法研究

瞬态喷雾冷却过程中,表面热流密度是衡量表面冷却效果的重要参数。本文以环氧树脂为冷却基体,分别采用直接与间接两种方式测量冷却表面瞬态温度,通过构建新的传递函数,将Green函数法成功拓展至半无限大多层平板导热反问题的热流密度计算。对比分析了Duhamel定理、顺序函数法(SFSM)与Green函数法在不同测温方法下计算表面瞬态热流密度的有效性与适用性,结果表明,在表面温度直接测量方式下,三种方法均能较准确计算出表面瞬态热流密度。在间接测温方式下,Duhamel法忽略了测点和表面之间材料的散热影响,因此无法准确计算出瞬态表面热流密度,SFSM在温度快速变化阶段计算结果有一定失真,而利用Green函数法求解表面热流密度最为准确。     

非均匀背景中任意柱状热斗篷的研究与设计

在变换热力学的基础上,通过坐标变换的方法严格推导出在层状背景和渐变背景下二维任意形状热斗篷导热系数的通解表达式,并在此基础上设计出非均匀背景下二维非共形热斗篷.全波仿真结果表明:在不同背景下,热流均能绕过保护区域流出,保护区域的温度保持不变,而且热斗篷外的温度场并没有破坏,具有很好的热保护和热隐身的效果.这一方法考虑到背景的复杂性,更加贴近工程实际应用,为未来灵活控制热流传递提供了一种可行的方法,对目标热隐身和热保护具有重要借鉴意义.     

液相饱和度对多孔介质稳态导热系数的影响

在非饱和含湿多孔介质传热传质的过程中,由于湿分迁移的存在,使得真实导热系数的测量和处理存在争议。为此,运用有限元方法,求解了二维稳态条件下非饱和含湿多孔体特征单元的温度和热流密度,给出了不同液相饱和度时的有效导热系数。结果表明,对于通常的导热能力固体远大于液体、液体远大于气体的情形,随着液相饱和度的增加,多孔介质的导热系数先迅速增加,然后逐渐趋于平稳。     

高热流密度下悬架单壁碳管的热量传递特性

极高热流密度条件下导热机理的探索对于纳米器件的发展具有指导意义。本文在173.2 K至室温之间,利用拉曼光谱测量了高热流密度加热条件下悬架单根单壁碳纳米管的温度分布.实验中最大热流密度达到3.18×10~(11)W/m~2.利用傅里叶导热定律和理论公式估计得到碳管的最大热导率为3486.9 W·m~(-1)K~(-1),与文献值吻合,证明在实验中的极高热流密度条件下,傅里叶导热定律依然适用.     

低温下不锈钢导热系数的测量

在低温条件下利用稳态纵向热流法测量了制造低温阀门常用的316L不锈钢和17-4PH不锈钢的导热系数,通过实验表明两者的导热系数与316不锈钢的导热系数十分接近。     

振荡流共轭换热格子——Boltzmann模拟

振荡流共轭换热现象广泛存在于热声热机等工程应用中.基于双分布格子-Boltzmann模型,对平行平板间振荡流共轭换热进行了数值模拟.通过假定共轭界面处流体和固体的未知内能分布函数均为对应的平衡态滑移修正格式,提出了一种处理共轭换热边界的新方法.模拟结果表明,该方法可以保证共轭界面上温度连续和热流连续.分析了不同流体与固体导热系数比情况下振荡流共轭换热的速度场、温度场以及热流分布的特点.     

基于热质运动概念的普适导热定律

根据爱因斯坦的质能等效关系式,热能具有的等效质量称为热质,从而在固态和气态介质中分别建立了声子气质量和热子气质量的概念.应用牛顿定律建立了含有驱动力、阻力和惯性力的热质(声子气或热子气)运动的动量守恒方程.由于热量在介质中的传递本质上就是热质(声子气和热子气)在介质中的运动,所以热质动量守恒方程就是普适的导热定律,能够统一描述各种条件下的导热规律.当热流密度不是很大从而热质惯性力可以忽略时,热质动量守恒方程就退化为傅里叶导热定律,这表明傅里叶导热定律是特殊条件下的导热定律,对于微纳尺度条件下的导热,热流密度可以极高,由速度空间变化引起的惯性力不能忽略,在稳态导热情况下也将出现非傅里叶导热,此时在计算或者实验中不能用热流密度除温度梯度求导热系数.在超快速加热条件下,必需考虑惯性力,与基于CV导热模型的波动方程相比,普适的导热定律增加了因速度空间变化引起的惯性力项,所以在介质中热波叠加时不会出现产生负温度的非物理现象,表明基于热质运动概念的普适导热定律更为合理. 关键词： 傅里叶导热定律 普适导热定律 热质运动 非傅里叶导热     

基于准稳态实验方法研究橡胶材料的热传导性质

采用准稳态方法探讨测量橡胶材料导热系数的最佳实验条件,当在加热电压为18V,测量时间间隔为60s时,橡胶导热系数的测量值λ=(0.64±0.030)W/(m·K),与相关文献给出的参考值误差非常小.在满足测量精度的前提下,准稳态法具有操作简便、耗时少、实验条件容易达到,得出的结果更加准确.     

二维导热过程(火用)传递描述

引用导热微分方程并结合工程传递的评价准则,建立了二维导热过程热传递的数学模型,给出了传递系数和流密度的表达式,并以矩形截面的无限长柱体为例,对二维稳态导热过程传递进行了数值求解.     

准稳态法测量纳米颗粒悬浮液的热物性

通过添加亲水性分散剂,经超声振动制备了粒径为50 nm CuO纳米颗粒悬浮液。理论和实验分析了运用准稳态法测量纳米颗粒悬浮液有效导热系数和比热容等热物性的可行性。加热密度为100～500 W/m~2时,热物性测量结果的合理性和重复性都较好;而加热密度较小时离散性较大。实验表明,常温下2~(wt)％的CuO纳米颗粒悬浮液的有效导热系数约为纯水的1.08倍,比热容约为纯水的1.02倍。