沸腾换热的分形分析

研究沸腾换热过程是安全、高效地利用能源的基础.简要评述了沸腾换热(池内沸腾、流动沸腾、临界热流密度和纳米流体沸腾换热)的研究进展;详细论述了采用分形理论和方法研究沸腾换热分析解的理论和方法;指出了采用分形理论和方法有可能解决其它尚未解决的有关沸腾换热的若干课题和方向.      

液氮过冷流动沸腾数值模拟中的双流体模型

液氮过冷流动沸腾广泛见于各种低温换热设备中.采用双流体模型分析液氮过冷流动沸腾,需要为模型提供适当的封闭方程,用于描述汽液两相间质量、动量以及能量的传输过程,封闭方程的合理性直接决定了双流体模型的准确性.将液氮流动沸腾通道划分为近壁区和主流区,分别介绍液氮核态沸腾壁面上的传热传质机理模型,以及两相流程内汽液之间的相互作用的相间传输模型,建立液氮流动沸腾过程适用的双流体模型,并分析了对模型预测能力具有显著影响的因素,指出存在的问题和解决方案.      

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.     

以有限元方法为主体的计算气动热力学

计算气动热力学是一个新的领域,它是航天技术发展的产物,同时它又对航天技术的发展起了很大的推动作用.本文论述了航天器与气动热力学,计算气动热力学与有限元法,有限元法与气体-热-结构三位一体化以及计算气动热力学的前景.     

蛋白质折叠的统计热力学基础 ————- 非共价作用的统计热力学原理

蛋白质折叠是一个复杂的物理、化学和生物过程,涉及热力学、统计力学、高分子动力学等多个领域的相关知识,单独从宏观或微观角度出发,试图建立蛋白折叠物理模型,都面临着巨大的困难. 统计热力学方法是研究蛋白质分子运动规律的重要途径,本文从溶液环境下蛋白质折叠的非共价作用出发,介绍了疏水作用、氢键、静电力和范德华力的统计热力学机理,并探讨了这些作用力对蛋白质结构稳定性的影响.通过深入理解微观结构相互作用与系统熵、焓、自由能之间关系,有助于我们发展蛋白质折叠的统计热力学理论,进而为蛋白质结构宏观热力学研究提供重要的微观统计力学机理.      

微重力气液两相流动与池沸腾传热

综述了近年来中国科学院微重力重点实验室(国家微重力实验室)完成的一系列微重力气液两相流动与池沸腾传热方面的地基实验、飞行实验和理论研究等方面获得的主要成果.在微重力气液两相流动方面,提出了半理论Weber数模型用于预测微重力条件下气液两相弹-环状流转换,并采用Monte Carlo方法,针对气泡初始尺寸对泡-弹状流转换的影响进行数值研究.通过俄罗斯"和平号"空间站与IL-76失重飞机实验,获得了微重力下的气液两相流型图,与此同时在地面利用小尺度毛细管模型模拟了微重力气液两相流动特征.实验测量了微重力气液两相流压降,并基于微重力流动特性建立了一个泡状流压降关联模型.在微重力池沸腾传热方面,利用我国返回式卫星完成了两次空间实验,其中,第22颗返回式卫星搭载铂丝表面R113池沸腾实验采用控制温度的稳态加热方式,而实践8号育种卫星搭载平面FC-72池沸腾实验则采用控制加热电压的准稳态加热方式.同时,还进行了地面常重力和落塔短时微重力条件下的对比实验研究.观察到丝状加热表面微重力时轻微的传热强化现象,而平板加热表面微重力核态池沸腾低热流时传热强化、高热流时传热恶化.微重力实验中观察到气泡脱落前存在横向运动现象,据此分析了气泡行为与传热之间关系,并提出了一个预测丝状加热表面气泡脱落直径的半理论模型.旨在对相关领域的进一步发展和空间两相流系统的应用提供数据及理论支持.     

形状记忆合金的热力学本构方程

利用形状记忆因子,直观地描述了形状记忆合金(SMA)实现其超弹性与形状记忆效应的热力学宏观过程.根据热力学基本原理并假设SMA为各向同性材料,建立了描述复杂应力状态下SMA热力学行为的三维本构方程.该本构方程具有直观的表述形式且所含材料常数均可以通过宏观实验测定,克服了现存SMA三维本构方程由于表述形式复杂和材料参数不...     

热力学相容的混凝土各向异性单边损伤模型

微裂缝演化(损伤)引起的各向异性和单边效应,对于混凝土材料和结构的变形和内力有非常重要的影响. 在描述单边效应时,已有的各向异性损伤模型均会得出与热力学基本原理相矛盾的结论即损伤卸载时能量耗散不为零. 基于不可逆热力学和内变量理论,直接以材料柔度张量的增量作为损伤内变量,建立了各向异性单边损伤模型的一般形式,给出了热力学相容的投影算子,推导了模型的率本构关系.文中详细发展了模型的Newton-Raphson数值实现算法及其算法一致性模量,建立了合理的损伤准则和演化法则并应用于混凝土材料. 数值模拟结果初步验证了建议模型的有效性. 需要说明的是,模型完全构筑于热力学基础上,无需引入应变 等效或应变能等效等经验性假定.      

STRUCTURE AND THERMODYNAMICS OF GRANULAR MATERIALS

颗粒介质由大量离散的粗颗粒聚集而成,如自然界中的粗砂和碎屑堆积体等. 在工程实践中,人们依据经验和实验数据建立了许多模型,虽然可以满意地描述某些力学现象,但是对颗粒介质力学性质全貌的认识以及颗粒介质物理本质的理解仍远远不够. 颗粒介质长程无序、短程有序的结构和复杂的能量转化过程,注定了其独特的力学性质. 该文综述了颗粒介质结构探测和表征技术、热力学理论和固态-流态转变方面的新进展,特别介绍了清华大学近5 年来开展的颗粒介质结构模型化方法和双颗粒温度热力学理论. 最后,提出了开展结构分析-热力学理论的联合研究思路,以期更加深入认识颗粒介质的力学特性,探究颗粒介质的热力学根源,改善现有唯象研究现状.     

土的本构方程与热力学

介绍一种基于热力学理论建立土力学本构方程的一般性理论框架. 这一方法利用两个势函数即自由能势函数和耗散势函数(或屈服函数)以及固定的过程和框架, 建立土的本构方程. 简要介绍了建立热力学本构方程中所用到的热力学内变量理论, 利用Legendre变换建立了热力学势函数之间以及各耗散函数与屈服函数之间的关系;利用自由能势函数和耗散势函数(或屈服函数)建立土的本构方程及其具体步骤. 最后讨论了土力学本构方程研究的意义以及它和应用之间的关系.      

2-叠氮-1,3,5-三硝基苯热解反应的机理及其热力学和动力学理论研究

用PM3-MO法对2-叠氮-1,3,5-三硝基苯的热解机理进行了计算研究,基于统计热力学和过渡态理论求得该反应的热力学和动力学参数.结果表明,"氧化呋咱"机理下的热解活化能(103.750kJ/mol)比C-NO2均裂反应活化能(205.415kJ/mol)小得多,且反应动力学参数的计算值与DSC实测值相符.400K以下C-NO2均裂反应的ΔGθ值为负,热力学上可能发生,但速率常数为0s-1.     

高温气体的热物化特性介绍

在文献[1]中,我们对高焓气体边界层的一些基本特征作了概括性论述.本文目的是介绍一些在高焓气体边界层中所必需的气体的热力学特性、输运特性和所包含的化学速率过程等方面的知识.确定高能流体的热物化特性,也是近代高温气体动力学的研究课题之一.1.热力学特性热完全气体的平衡热力学特性,可以用量子统计方法很有把握地计算出来.单原子和双原子分子的这方面知识,一般可以从光谱资料推算,而且如此精确,以致根据这些光谱数据确定的热力 ...     

分析力学方法在平衡态热力学中的应用:分析热力学

分析热力学乃是用分析力学的方法来研究平衡态热力学。本文用较简单的方法证明了“熵最大”变分原理与“Gibbs自由能最小”变分原理或“Helmholtz自由能最小”变分原理是等价的;以这三个Gibbs变分原理为出发点,导出了平衡态热力学的正则方程。由平衡态热力学中的正则方程,可以证明热力学基本Poisson括号成立。本文的另一主要任务是借助于Gibbs变分原理,讨论平衡态热力学中热力学量的正则变换。可以得到热力学正则变换的四种形式。在分析(平衡态)热力学中也可提出“化准Hamiltonian为压强或容积的正则变换技术”。作为应用正则变换的实例,讨论了理想气体并得到了简明的结果。     

页岩凝析气藏相平衡的快速准确计算方法

对页岩油气藏中复杂流体的相平衡计算需要建立考虑毛细作用效应的先进的数值模型, 并设计出快速可靠的算法以应对实际工况中储层流体包含多达数十种组分的复杂情况. 本文将基于适合页岩油气藏常见组分的真实流体状态方程, 即Peng?Robinson状态方程构建具有热力学一致性的VT型孔观相平衡计算体系. 通过引入描述毛细压力做功的数学模型实现对页岩流体热力学性质更准确的刻画. 结合扩散界面模型建立动力学演化格式, 采用成熟的凸分裂方法求解摩尔数和体积分数的演变, 从而描述相平衡的动态过程. 在此基础上, 本文开发了一套具有自适应性的深度学习算法, 设计了独特的双网络结构以实现对不同流体中不同组分的广泛适用性. 该神经网络的输入和输出参数均在热力学分析的基础上选取关键的热力学性质参数, 并进行了全面的超参调试以确定最合适的网络架构和最后形成的预测模型的基本结构, 且通过多种深度学习技术解决了过拟合问题, 在显著加速了传统的基于迭代方法的闪蒸计算的同时保证了相平衡状态预测的准确性, 得到了较好的预测效果. 相分离判定自动整合在预测结果中, 且从最终预测结果可以显著地捕捉到毛细作用的影响. 这一套快速、准确、可靠地基于深度学习算法的页岩油气孔观相平衡计算体系可以为后续的多相流动模拟提供具有物理意义的相分布初场, 确定系统内各个阶段的相数, 并可以作为构建具有物理守恒性的多相数值模型的热力学基础.      

平衡状态下空气的几种热力学函数的近似计算

在平衡状态下,空气的热力学函数可利用热力学方法直接进行计算,也可查现成的空气热力学函数表。当在电子计算机上求解气体动力学问题时,若是用热力学方法直接进行热力学量的计算,计算工作量大,需占用大量的机器时间;由于计算机存储容量的限制,要在机器上使用热力学函数表也有许多     

《冶金热力学与动力学问题》一书即将出版

本书译自英国培加蒙出版社1977年出版的 Problems in Metallurgical Thermodynamics and Kinetics 一书,该书为英国大学教材,由 G.S.乌帕达耶、R.K.杜布著,全书252页,约15万字.众所周知,物理化学是一门基础学科,而热力学和动力学是冶金学的核心问题.对于冶金过程要有深入的了解,首先必须掌握热力学与动力学的基本理论和计算.但是,就目前国内出版的大专院校这方面的教材而言,从     

《冶金热力学与动力学问题》一书即将出版

本书译自英国培加蒙出版社1977年出版的 Problems in Metallurgical Thermodynamics and Kinetics 一书,该书为英国大学教材,由 G.S.乌帕达耶、R.K.杜布著,全书252页,约15万字.众所周知,物理化学是一门基础学科,而热力学和动力学是冶金学的核心问题.对于冶金过程要有深入的了解,首先必须掌握热力学与动力学的基本理论和计算.但是,就目前国内出版的大专院校这方面的教材而言,从 ...     

及分析(上)——一个新的热力学参数

前言众所周知,经典热力学应用两个基本研究方法,一个是由卡诺和克劳修斯创始的循环法,另一个是由吉布斯奠定的特性函数法。工程热力学迄今仍沿用着传统的循环法.循环法也可确定由于不可逆性产生的总损失。但为了确定装置内部各部件间的损失分布,则需用熵增法,按高乌(M.Gouy)-斯托多拉(A.Stodola)公式进行补充计算。     

真空电弧的光谱诊断

本文在多重态热力学平衡的基础上,通过光谱测量,测得了真空电弧的电子密度、电子温度和蒸气密度,结果说明,真空电弧处于热力学非平衡态     

关于C-J爆轰与定压爆燃的稳定性

本文从不可逆过程热力学的某些原理出发,讨论了平面爆轰波和爆燃波的稳定性问题,证明了只有C-J爆轰和定压爆燃是热力学稳定的。