热管的新用途

热管是一种新颖的传热元件。它的主要优点是传热量非常大、温度均匀、简单、可靠、没有转动部件。此外,热管还有轻便、价廉、寿命长等特点。1964年报道了第一根热管原理性实验成功后(J. Applied      

500安培可控硅元件风冷热管散热器的设计与实验

热管是一种新型的传热与温度控制元件。它主要通过工作液的蒸发与冷凝来输送与分配热量,并借助毛细力、重力、离心力等完成工作液的循环。热管的工作原理、性能及其应用,资料[1]已作了通俗的简述。经过十年来各国的研究,热管的发展已逐步完善,在-200℃至2000℃温度范围内都可以应用。热管具有输热效率高的特性,它不仅用于宇宙空间电子设备的冷却,而且用于工业上的电子元件与设备的冷却。如用于硅整流元件、可控硅及集成电路、行波管等的冷却。特别是热管应用于大功率可控硅的风冷冷却,显示出较大的优越性。可控硅是六十年代迅速发展起来的新型大功率半导体器件,它被广泛应用在坦克、军舰、轧钢、有色冶炼、电力牵引、电机励磁、     

钠热管运行成功

热管是1964年开始发展起来的一种高效率的新型传热元件。目前,国外已开始逐步将热管应用到空间技术、原子能技术、卫星温度控制及电子工业新型冷却技术等方面。中国科学院力学研究所经过几个月的努力,于1972年9月初成功进行了钢热管试验多次,运行正常。      

钠热管性能实验研究

热管是一种新型传热元件,它不但具有极高的传热性能和很好的等温性,而且自成封闭系统,结构简单,重量轻,工作可靠。自1964年第一个热管出现以后,热管的研究与应用日益广泛深入。热管作为传热、散热和温度控制的工具,已成功地应用于空间技术、电子、动力及原子能等工业领域。     

水-甲醇混合工质两相闭式热虹吸管传热特性的研究

对水－甲醇混合工质两相闭式热虹吸管的传热特性进行了实验研究,实验表明,水－甲醇混合工质热管与纯工质（水）热管之间,以及在不同倾角条件下,热管轴向壁温分布均有较大差别,这是由于甲醇（易挥发组分）轴向浓度分布不同造成的。     

500安培可控硅热管散热器研制成功

热管是60年代新发展的一种体积小、效率高的传热元件。中国科学院北京力学研究所于1972年开始研制,次年试制成功,达到预定的设计要求。为打开热管用于工业部门的路子,最近与北京变压器厂协作又完成了500安培大型可控硅元件的风冷冷却任务,克服了大型可控硅元件的冷却难关,从而为大型设备广泛使用可控硅元件创造了条件。      

热管简介

热管是一种1964年起始被引起广泛注意的新型热传导元件,一般简单的热管外表象一根金属棒、但内部结构和传热方式则与金属棒有显著的不同。内部结构是这样:外面是一根管子,一般是金属制的。且名之为外管,内壁紧贴一层多孔性物质,其空隙中充满了一种液体介质。      

金属结构航天器陨落过程三维瞬态传热有限元算法研究

构建金属桁架结构航天器陨落再入气动热环境有限元传热模型,是准确预测在轨服役期满大型航天器陨落再入解体过程温度分布的关键。本文采用四节点四面体单元对空间进行离散,依据泛函理论,将传热控制方程离散为代数方程组;利用有限单元法总体合成得到具有对称正定、高度稀疏和非0元素分布的规则性刚度矩阵,发展一维变带宽压缩存贮技术,有效解决大型稀疏矩阵的数据存贮问题;为有效抑制求解过程出现的温度在时间和空间上的振荡问题,发展集中热容矩阵系数处理方法,将热容矩阵的同行或同列元素相加代替对角线元素,使非对角线元素化为0,构造求解三维瞬态温度场的两点向后差分格式、Crank-Nicolson格式和Galerkin格式。通过对正方体瞬态传热计算验证分析,在相同条件下,采用以上三种格式均可获得一致稳定的温度解,并得到与现有ANSYS有限元软件较为吻合的计算结果,验证了所建立三维瞬态传热有限元计算模型的准确可靠性。在此基础上,对铝合金低轨航天器薄壳结构进行了传热计算,给出了类天宫飞行器两舱体陨落飞行107.5 km～90 km不同高度的瞬态温度分布,为这类寿命末期航天器陨落再入解体预报提供理论支撑与可计算模型。     

燃气射流冲击传热特性的数值模拟

针对射流传热问题,利用基于RNGk-ε湍流模型的数值方法模拟了射流垂直冲击平板的流动过程,并与实验数据比较,验证了模型的可行性。在此基础上,以火箭喷管入口参数为入口条件,建立了超音速燃气射流垂直冲击平板和冲击浸没平板的计算模型,分析了不同冲击条件下努塞尔数分布规律和温度分布规律, 论述了超音速射流传热的特性及影响传热特性的因素。得到了冲击距离为(14~18)D的努塞尔数取值范围,并表明冲击距离和射流温度是影响传热效率的关键因素;冲击距离增加,传热效率降低,冲击平板表面的射流温度越高,传热效率越高。     

金属结构航天器陨落过程三维瞬态传热有限元算法研究

构建金属桁架结构航天器陨落再入气动热环境有限元传热模型，是准确预测在轨服役期满大型航天器陨落再入解体过程温度分布的关键。本文采用四节点四面体单元对空间进行离散，依据泛函理论，将传热控制方程离散为代数方程组；利用有限单元法总体合成得到具有对称正定、高度稀疏和非0元素分布的规则性刚度矩阵，发展一维变带宽压缩存贮技术，有效解决大型稀疏矩阵的数据存贮问题；为有效抑制求解过程出现的温度在时间和空间上的振荡问题，发展集中热容矩阵系数处理方法，将热容矩阵的同行或同列元素相加代替对角线元素，使非对角线元素化为0，构造求解三维瞬态温度场的两点向后差分格式、Crank-Nicolson格式和Galerkin格式。通过对正方体瞬态传热计算验证分析，在相同条件下，采用以上三种格式均可获得一致稳定的温度解，并得到与现有ANSYS有限元软件较为吻合的计算结果，验证了所建立三维瞬态传热有限元计算模型的准确可靠性。在此基础上，对铝合金低轨航天器薄壳结构进行了传热计算，给出了类天宫飞行器两舱体陨落飞行107.5 km~90 km不同高度的瞬态温度分布，为这类寿命末期航天器陨落再入解体预报提供理论支撑与可计算模型。     

短脉冲激光加热分数阶导热及其热应力研究

短脉冲激光加热引起材料内部复杂的传热过程及热变形,现有的以Fourier定律或Cattaneo-Vernotte松弛方程结合弹性理论为框架建立起来热应力理论在刻画其热物理过程存在严重缺陷. 本文基于分数阶微积分理论, 以半空间为研究对象, 建立了分数阶Cattaneo热传导方程和相应的热应力方程, 给出了问题的初始条件和边界条件, 采用拉普拉斯变换方法, 给出了非高斯时间分布激光热源辐射下温度场和热应力场的解析解, 研究了短脉冲激光加热的温度场及热应力场的热物理行为. 数值计算中, 首先对理论解进行数值验证, 然后取分数阶变量$p=0.5$研究温度场和热应力场的变化特点及激光参数对温度和热应力的影响,最后数值计算分数阶参数对温度和热应力场的影响. 计算结果表明, 分数阶Cattaneo传热方程和热应力方程描述的温度和热应力任然具有波动特性,与经典的Fourier传热模型和标准的Cattaneo传热模型相比, 分数阶阶次越大, 热波波速越小, 热波波动性越明显; 反之, 则热波波速越大, 热扩散性越强.激光加热和冷却的速度越快, 温度上升和下降的速度越快, 压应力和拉应力交替变化越快, 温度变化幅值越小, 热应力幅值影响不明显.      

轻质多层热防护结构的一体化优化设计研究

大面积防热结构在航天航空领域应用广泛, 其创新结构设计是关键技术之一. 航天飞行器的工作条件要求热防护材料与结构同时具备轻质、隔热、抗冲击的特点, 因此热防护材料与结构正在朝着一体化的方向发展. 基于这种发展趋势, 提出了一种轻质多层热防护结构设计方案. 以一体化多层防热结构在航天器再入过程中的传热为研究对象, 引入大面积防热结构的一维传热假设, 依照航天器再入大气层的温度条件, 建立了防热结构一维非稳态传热的物理模型和封闭的控制方程, 使用差分方法求解方程, 进行一维非稳态的传热分析, 并采用商业有限元软件ABAQUS的传热分析进行验证. 得到了航天器再入大气过程中多层防热结构的各层温度分布, 提出了在满足一定的热约束要求的条件下, 以轻质多层热防护结构的总重量为目标函数的优化设计方法, 得到了多层结构的最优几何参数, 并将优化后的结构进行了有限元承载分析.      

应用ESPI研究水平热管的自然对流现象

本文应用 Vintens ESPI、全息干涉及新发展的 Video 的全息干涉技术,研究了水平热管的自然对流现象。介绍了这三种技术的光学系统,和关于气体温度场的测量原理和测量结果。与热电偶所测温度值比较,结果相当一致。文中还就可能的测量误差作了定性分析。     

水流损失和热补偿共同作用对增强型地热系统(EGS)产能影响的研究

基于青海共和盆地-3705m地热田实测数据,结合流固耦合传热理论并运用Comsol软件,建立了离散型裂隙岩体流体传热模型。考虑水流损失和热补偿共同作用,模拟得到了开采过程中上、下岩层(盖层和垫层)为绝热不渗透、传热不渗透、渗透传热时,储层(上、下岩层和压裂层)温度场的变化特征,分析了产出流量、水流损失、产出温度、产热速率的变化规律。研究结果表明:采热过程中产出流量始终小于注入流量;产出流量增幅速率先增大后减小,最后趋于稳定,前3a产出流量增幅超过总增幅量的3/4;忽略水流损失,将高估产热速率,采热初期甚至达到考虑水流损失时产热速率的3倍以上;考虑水流损失,产热速率呈先快速上升再趋于稳定后逐渐下降的趋势,最优开采时间为3a^11a;研究上、下岩层对产出温度的影响,仅考虑传热,采热寿命延长5.43%,同时考虑渗流传热时,采热寿命延长2.71%;采热前9a,水流损失占主导作用,即流入上、下岩层水流损失对产热速率的影响高于热补偿效应,开采10a后,热补偿效应占主导作用;同时考虑水流损失和热补偿效应得到的产热速率变化规律与实际工程更为符合,建议选择低渗透能力的上、下岩层延长增强型地热系统(EGS)运行时间。     

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      

基于流固耦合的燃气冲刷烧蚀内膛特性分析

火炮发射时,火药燃气与身管间发生剧烈的传热传质作用是导致身管烧蚀的重要因素。为了研究某155 mm火炮中高温高压高速的燃气流对身管的烧蚀特性,采用CFD流固耦合方法,建立了发射过程中的身管非稳态流动传热模型,并根据炮钢在不同温度下的烧蚀特点,将烧蚀过程分为热化学烧蚀和熔化烧蚀,建立了分段烧蚀模型。计算结果表明,身管内壁温度随时间的增加先迅速增大,随后逐渐降低。整体上,内壁温度随身管轴向距离的增大而逐渐降低。身管膛线起始区域的壁面温度最高,其烧蚀是熔化和热化学烧蚀共同导致的,而线膛部的大部分区域仅发生了热化学烧蚀。总烧蚀量随着身管轴向距离的增大而逐渐降低,膛线起始部的烧蚀最为严重,单发总烧蚀量（常温）为5.06μm。同时分析了不同工况对身管烧蚀特性的影响,发现最大烧蚀量与初始壁面温度呈现很强的正相关性,温度的升高会加剧身管的烧蚀。     

正弦波温度边界下多孔介质方腔内非热平衡对流传热数值模拟

采用局部非热平衡模型,在方腔左侧壁面温度正弦波变化、右侧壁面温度均一的边界条件下,通过SIM-PLER算法数值研究了固体骨架发热多孔介质方腔内的稳态非达西自然对流,主要探讨了不同正弦波波动参数N及方腔的高宽比M/L对方腔内自然对流与传热的影响规律。计算结果表明:正弦波温度边界使得方腔内的流场出现了复杂的变化,流体及固体区域左侧壁面附近出现了周期性的正负变化的温度场分布,左侧壁面局部Nusselt数出现了周期性的震荡现象;存在一个最佳温度波动参数N=1,此时多孔介质方腔内的整体散热量达到最大值;增加方腔高宽比会显著地削弱方腔内的自然对流传热过程,小高宽比也会在一定的程度上削弱多孔介质方腔内的对流传热。     

对流传热边界层温度分布的激光干涉测量

本文介绍利用双镜干涉仪测量对流传热边界层中二维温度分布的方法。当冷空气流经热板模型时,附面层内的干涉条纹发生弯曲。根据条纹弯曲偏移量,由折射率与温度的关系,画出空气温度的二维分布图。整个过程由光学方法及微计算机全盘处理,是一种无接触测量方法。     

非线性热环境下高温合金蜂窝板隔热性能研究

金属蜂窝板结构在高温热环境下的隔热特性是高速飞行器热防护设计的重要参数. 使用自行研制的高速飞行器瞬态气动热试验模拟系统, 对高温合金蜂窝平板结构在高达800℃的非线性热环境下的隔热性能进行实验研究, 获得了蜂窝板结构的瞬态和稳态传热特性以及在多种不同温度下金蜂窝平板结构隔热效果的实验数据. 在考虑结构内部蜂窝芯壁面间辐射、金属结构的传热以及蜂窝腔内空气传热的多重热交换条件下, 采用三维有限元计算方法对蜂窝板的隔热特性进行了数值模拟, 计算结果和试验结果的吻合性良好, 验证了数值模拟方法的可信性和有效性, 并为数值模拟方法能够在一定程度上较好地替代价格昂贵的气动热模拟试验打下了基础. 讨论了在复杂非线性高温环境下金属蜂窝板隔热效率的变化, 加热面温度的升降速度与隔热效率的关联性以及金属蜂窝板表面发射率的选取等问题, 对高速飞行器金属蜂窝结构的热防护研究具有重要的参考价值.      

建立零长弹簧传热等效模型

零长弹簧作为高精度重力敏感器的核心元件,其温度场分布直接影响重力敏感器的测量精度,由于弹簧结构特殊,为了研究其传热特性,提出建立零长弹簧传热的等效模型。首先通过实验测得零长弹簧电阻温度系数,再设计实验测量零长弹簧的分段阻值变化来反求各段平均温度变化,通过最优化方法计算求解零长弹簧的温度分布曲线,结果表明,该曲线为幂函数曲线。为使零长弹簧可以用等长等直径的圆柱体来代替,利用Ansys进行仿真并建立了一个适于工程应用的导热系数随温度变化表格。仿真结果表明,该表格能够达到用圆柱体代替零长弹簧来研究其传热特性的目的,最大相对误差为2.8%。