多孔材料内非傅立叶导热现象的实验研究结果及理论分析

本文介绍了室温条件下多孔材料的瞬态脉冲激光加热实验及其初步理论分析。文中列示了实验观察到的、受微秒脉冲激光加热的多孔材料内的非傅立叶导热现象。实验研究结果表明：只有当热扰动足够强（实验中反映为激光脉冲的脉宽足够小,脉冲功率密度足够大）时,才有可能在热扰动过后的极短时间瞬时观察到非傅立叶导热现象,而且明显的非傅立叶导热现象只可能在介质受热扰动位置附近的极薄厚度空间中存在;理论分析时采用了双曲线非傅立叶导热模型来描述多孔材料受微秒脉冲激光加热这一非傅立叶导热过程,并用有限差分（ＦＤＭ）结合ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ预测－校正（Ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ－Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）方法对其进行了数值求解。理论分析结果和实验结果定性地吻合。     

高热流密度激光作用下含湿多孔材料的传热传质分析

建立了快速高热流密度激光作用下含湿多孔材料传热传质数学模型,并采用恰当的数值处理方法进行了数值计算.结果表明,快速高热流密度激光作用下含湿多孔材料的传热传质具有经典热质传递理论难以解释的超常效应-非傅立叶与非费克效应,且非费克效应比非傅立叶效应更明显,较高含湿量的材料在高热流密度激光作用下的非费克效应应予以足够重视.     

小型平板CPL蒸发器耦合计算及优化设计研究

本文建立了小型平板CPL蒸发器毛细多孔芯内汽液两相流动与传热的模型以及金属外壁和工质区的导热模型,并进行耦合求解.分析了金属侧壁效应对蒸发器性能的影响,提出小型平板CPL存在着侧壁效应传热极限.数值结果表明,工质蒸发发生在多孔芯加热表面附近,蒸发器采用单一金属外壁时由于侧壁效应导致系统传热极限低,而上壁采用导热系数大,侧壁及下壁采用导热系数小的新型结构能够明显的提高系统的传热能力,同时使加热表面的温度维持在较低的水平.     

脉冲激光照射生物组织中非傅里叶导热的研究

生物组织传热在皮肤病的激光热疗中研究意义显著。该过程介质极不均匀,加热时间极短且瞬时热流密度较大,有必要考虑非傅里叶效应.本文针对皮肤组织建立生物传热模型,非傅叶里效应采用基于双曲型导热方程的双相延迟模型描述.激光能量产生的热源项由蒙特卡洛法进行光传播模拟获得,采用三时层有限差分法求解传热方程.研究了激光照射下的生物组织温度场的变化及不同的热弛豫参数的影响作用,发现非傅里叶导热与经典生物传热相比存在本质区别,突出表现为计算温升显著降低且峰值滞后出现.     

激光容积吸收对生物组织内双曲型导热的影晌

将激光传输的七流模型与圆柱坐标系内二维双曲型导热方程相结合,讨论了激光容积吸收对生物组织内双曲型导热过程的影响。结果发现,当激光照射到生物组织表面时,将激光照射处理为第二类边界条件和将生物组织对激光的吸收考虑为容积吸收,差别较大。因此在生物传热的研究中,激光加热不能简单地按第二类边界条件处理。     

微型电阻加热推进器内的传热问题

分析了微型电阻加热推进器中沸腾的特征以及过热极限温度,分别采用经典的抛物型热传导方程和非傅立叶导热的双曲型模型(C-V模型)、双元相滞后模型(DPL模型)来描述导热过程,采用有限差分法对微型电阻加热推进器中导热过程的初始阶段进行了数值求解.发现非傅立叶模型较傅立叶模型有-定的时间延迟,DPL模型与C-V模型的延迟差别不太大;在加热过程中,加热电阻及其临近的水很快会升至300℃,而大部分水的温度升得较慢.     

基于REV的保温多孔材料传热“三箱”分析模型

保温材料广泛应用于建筑中的制冷与空调等领域,保温多孔介质材料的内部结构复杂无规律且孔隙分布具有不确定性,热质传递作用机理复杂多变,目前的分析方法和研究模型普适性差,对一些微观热质传递机理问题尚未提出解决方法。本文基于表征体元REV,建立了保温多孔介质材料传热计算"三箱"分析模型。利用"三箱"模型对保温多孔介质材料传热过程进行分析,并给出各模型下多孔介质导热系数计算公式。基于保温多孔介质材料传热计算"三箱"分析模型,对不同孔隙率、孔隙通道分布系数和迂曲度的硅酸钙材料进行了计算和模拟并研究了其对保温多孔介质材料导热系数的影响,总结出其变化规律。本文所做工作,不仅为保温多孔介质材料传热分析研究提供了新模型与新方法,在其他类型多孔材料研究中也有借鉴意义。     

用双热丝法同时测定介质的导热系数及导温系数

一、引言 单热丝法已被广泛地应用于各种材料的导热系数的精确测定。1978年J.Boeret al提出Parallel wire模型,这种模型不再将热丝既作为加热单元又作为测温单元,而是热丝只作为加热单元,检测温度变化是由距加热丝一定距离处的一对热电偶来完成,采用这种方法,他们将以往单丝法所能测试的导热系数的上限提高了一个数量级。 如果应用上述方法测定多孔材料(或非均质材料)的导热系数,则其热电偶所反映的     

非规则形状介质内辐射-导热耦合传热的间断有限元求解

采用间断有限元法(discontinuous finite element method,DFEM)求解非规则形状介质内的辐射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热问题的高精度数值结果.和传统连续型有限元方法不同,DFEM将计算区域划分成相互独立的离散单元,形函数的构造、未知量的加权近似以及控制方程的求解均在每一个离散单元上进行.通过在单元之间施加迎风格式的数值通量,DFEM保证了整个计算区域的连续性,因此这种方法兼具良好的几何灵活性和局部守恒性.推导了辐射传输方程和能量扩散方程的射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热的高精度数值结果.     

温室内多孔蓄热墙传热与流动特性

本文采用一维稳态饱和多孔介质能量双方程模型,对温室内多孔蓄热墙的传热与流动特性进行了研究.结果表明:多孔蓄热墙的固体骨架与空气之间的换热取决于空气的入口流速、多孔材料的孔隙率、渗透率和固体骨架的导热系数,由于多孔蓄热墙接受的太阳辐照是不均匀的,因此推荐采用具有不同孔隙率的新型复合多孔蓄热墙,以减少这种不利的影响.     

高强度激光加热薄层物料的数值模拟

本文对一侧表面存在对流换热的薄层物料受高强度脉冲激光加热的双曲型热传导问题利用有限差分方法进行了数值求解。考虑激光的容积吸收,将高强度脉冲激光处理为沿光程指数衰减的内热源。本文对考虑容积吸收及对流换热的影响后双曲型热传导方程的计算结果进行了分析。     

The Study on the Laser Ignition Modeland Its Analytic Solution of Solid Energetic Materials

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｌａｓｅｒｉｇｎｉｔｉｏｎ ,ａｓａｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅｎｅｗ ｔｙｐｅｉｇｎｉｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ,ｉｓｐａｉｄｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｂｙｍａｎｙｃｏｕｎｔｒｉｅｓ.Ｔｈｅｌａｓｅｒｉｇｎｉｔｉｏｎｉｓａｖｅｒｙｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｈｅａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ,ｗｅｃａｎｎｏｔｋｎｏｗｔｈｅｄｅｔａｉｌｅｄｓｅｃｔｉｏｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｎｌｙ ,ｓｏａｔｔｈｅ…     

基于拓展分离变量法的层合材料瞬态传热分析

层合材料各层热物理参数不同,难以用常规的分离变量法求解.针对此问题对常规分离变量法进行了拓展,将层合材料受热时的温度场在时间域上分成微小时间段,在每个微小时间段内层合材料交界处的温度可认为随时间正比变化,并假设比例系数,此时在微小时间段内对各层分别利用分离变量法单独求得解析解,根据交界处温度相等能量连续的关系可求出比例系数,进而求出该微小时间段内的温度场,通过循环求解可得整个时间段内的温度场.之后,利用拓展的分离变量法对常用层合隔热材料瞬态传热进行了分析,通过与有限元方法计算的结果比较,验证了本文方法的正确性,分析了隔热材料类型、厚度,材料表面对流换热系数,空气温度等参数对隔热效果的影响.拓展分离变量法利用解析的方式求解了层合材料瞬态传热问题,物理意义比常规的数值方法明确,计算效率也较高.     

管内层流充分发展段等效热边界层的构造及其场协同分析

本文采用数值计算方法分析了圆管中部分填充多孔介质时在充分发展段的流动与传热特征,并运用场协同原理分析了其强化传热机理.结果表明,采用部分填充多孔介质的方法可以在管内流动充分发展段构造等效热边界层;选择高热导率、高孔隙率的多孔介质以及合理的多孔介质填充率,可以显著强化换热而不引起流动阻力的过度增加.与传统的在流体边界区域采取传热强化措施不同,此时,主要是在流动的中心区域采取传热强化措施.计算表明,性能评价指标PEC数可达6,因此,本文方法对于高效、低阻换热器的设计有一定的借鉴意义.     

Effect of nonstationary thermal gravitation-capillary convection on temperature distribution in a thin vertical wall

Time dependences of temperature distributions in a thin metal wall were studied experimentally under two conditions of convective heat transfer in a tank model. In the first case, the vertical working wall was heated from within due to a convective heat flux from the opposite wall heated monotonously, and it was cooled due to heat transfer to the ambient medium. Dependence of the temperature field on a thin wall at the stage of convective flow development was retraced with the help of the thermographic camera and thermocouple sensors. In the second case, the tank wall was heated uniformly by IR radiation from the outside, and non-stationary convective flow and volumetric liquid heating were formed inside. Time dependence of temperature distribution over the wall height is studied. It is shown that the flow structure and convective heat transfer in a fuel layer with free boundary are subjected not only to the buoyancy force, but also to the thermocapillary effect. The local features of the flow affect temperature distribution in a thin wall.     

单面加热矩形通道热入口段层流对流换热特性的场协同分析

对单面加热矩形通道热入口段的层流对流换热问题进行了数值模拟研究,给出了不同截面比的局部努赛尔数。推导出单面加热时的场协同方程,以此分析了不同截面比下加热边界条件对努赛尔数的影响规律。     

周期热流法测量复合膜热扩散率的分析

在周期加热下薄膜二维导热分析的基础上，探讨了复合股非稳态导热的数值分析方法，并计算了使用周期热流法测量复合膜面向热扩散车时试样上温度波相位和幅值的分布．指出复合膜各膜层导热性质相差很大时，膜材料面向导热与基于一线导热分析的结果是不同的，为复合膜的测量提供了理论基础．     

激光辐照下金属／炸药温度场的计算

 用有限元模型分析了激光辐照下金属/炸药双层材料的温度分布,得到了炸药表面中心温升与激光强度、光斑尺寸以及激光作用时间的关系,还得到了激光对金属/炸药装置点火的初步规律,分析了亚音速气流的对流换热对靶面温度场的影响。     

Analysis of the Properties of Fractional Heat Conduction in Porous Electrodes of Lithium-Ion Batteries

Research on the heat transfer characteristics of lithium-ion batteries is of great significance to the thermal management system of electric vehicles. The electrodes of lithium-ion batteries are composed of porous materials, and thus the heat conduction of the battery is not a standard form of diffusion. The traditional heat conduction model is not suitable for lithium-ion batteries. In this paper, a fractional heat conduction model is used to study the heat transfer properties of lithium-ion batteries. Firstly, the heat conduction model of the battery is established based on the fractional calculus theory. Then, the temperature characteristic test was carried out to collect the temperature of the battery in various operating environments. Finally, the temperature calculated by the fractional heat conduction model was compared with the measured temperature. The results show that the accuracy of fractional heat conduction model is higher than that of traditional heat conduction model. The fractional heat conduction model can well simulate the transient temperature field of the battery. The fractional heat conduction model can be used to monitor the temperature of the battery, so as to ensure the safety and stability of the battery performance.