金属橡胶迟滞特性本构模型研究

金属橡胶作为一种新型阻尼材料, 其原材料及加工工艺具有一定特殊性. 基于材料的细观结构特征, 选取了金属丝螺旋卷作为金属橡胶的基本微元体结构, 并以圆柱压缩螺旋弹簧理论为基础, 分别建立了横向和纵向排列微元体结构的刚度. 鉴于库仑摩擦模型, 分别建立三种接触状态螺旋卷接触对的力学模型. 考虑整个加工工艺流程的特点, 分析了不同接触状态数目变化规律, 建立了金属橡胶迟滞特性本构模型. 从理论上解释了金属橡胶迟滞特性的特点, 以及刚度和阻尼非线性的产生机理. 最后, 通过对比不同相对密度金属橡胶试件的理论和试验结果, 验证了理论模型的适用性. 本模型从螺旋卷微元体结构上描述了金属橡胶迟滞特性, 为工程上预测和分析金属橡胶的刚度、阻尼特性和设计金属橡胶产品提供了有效的理论基础.     

"Ω"形微槽热管传热性能的实验研究

本文对一定型"Ω"形轴向槽道热管传热性能进行了实验研究,着重分析了该型热管在水平工况下的轴向温度分布、当量导热系数和总热阻、蒸发/凝结传热系数和最大传热能力.研究表明,该型热管元件具有良好的等温特性和导热性能,可实现高热流、长距离、低温差的热量传输;热管的最大传热能力受其工作温度影响较大,在工作温度较低时具有良好的传热能力,但在高温工况下,传热能力受到削弱.     

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.     

HL-2M装置第一壁传热结构设计及传热性能测试

在 HL-2M 第一壁传热结构设计中,利用导热管的轴向快速导热特性及较短的传热路径,将面对等离 子体的第一壁表面热量快速传至真空室内壁上。第一壁背板和真空室内壁上分别焊接导热铜块作为冷热连接端, 导热管嵌入其内,导热管与铜块之间增垫导热金属箔并用压板固定压紧,以增强接触界面传热。根据此传热结构 设计,设计加工了相应的传热性能测试试验件。通过对试验件进行传热性能测试及实验条件外推可知,试验件冷 热端面间的最大传热功率为 4kW,端面间最大对流换热系数为 6kW·m^‒2。     

燃烧室出口辐射对气膜冷却传热影响研究

燃气轮机高温透平中包含对流/导热/辐射等复杂传热现象。本文依托高温流热固耦合实验台,提出燃烧室与透平联合计算的方法,采用数值模拟和实验对比的方式分析了平板气膜冷却的对流/导热/辐射传热特性。同时研究了不同燃气吸收系数以及不同进口辐射条件对于平板气膜冷却的表面温度分布的影响。结果表明:辐射传热是燃气轮机首级高温叶片传热特性的重要影响因素,辐射传热使得实验平板温度抬升50～70 K,燃烧室/透平联合计算方法有效地分析了燃烧室出口辐射强度对高温平板气膜冷却辐射传热的影响;高温燃气辐射特性对于平板温度分布具有明显影响。     

低温下粗糙表面接触间隙气体热导的研究

对低温非真空环境下粗糙接触界面间隙中介质气体的传热进行了理论分析．依据克努森数的大小,建立了不同传热区域的间隙气体热导理论模型．并对影响接触界面间隙热导的克努森数、普朗特数、热导率、适应系数、压力等参数进行了分析,为实际情况下接触界面的传热提供了理论基础．而且通过实验证明了在界面接触压力较小的情况下,即使对于硬度较小导热性能好的接触固体,间隙气体的导热量仍大于通过实际接触点的导热量．     

特殊环境下织物的导热系数试验研究

舱外航天服织物的研究是舱外航天服设计工作中的一项重要环节,尤其是其热特性,对航天员舱外作业安全和工效有着重要的影响.为此,本文通过对织物的传热机理、服装的热舒适性及平板导热仪的原理等进行分析,研制了一种新型的双平板式导热仪对特殊环境(超低温、真空)下的织物导热系数进行了试验研究,得到了不同特殊环境下织物的导热系数,并对结果进行了分析和讨论.     

一种新型重力热管传热性能研究

提出了带内循环管的新型重力热管,通过内循环的引入提高了液体的有效提升高度,增大了换热面积;而且在蒸发段实现了降膜蒸发,大大提高了热管的传热传质性能,最终提高了其热传导性能.内循环管的引入也消除了常规重力热管的携带限和沸腾限的约束,提高了热管的工作温度范围.对相同规格的常规重力热管和新型重力热管分别建立数学模型,分析其传热传质性能.结果表明,与常规重力热管比,新型重力热管蒸发段的导热系数和相当导热系数分别提高了11.5～13倍和386～563倍.     

基于多物理场的TFC磁头热传导机理及其影响因素仿真研究

为了利用微尺度热效应的热致飞高控制(TFC)磁头技术实现磁头飞行高度的精确控制,分析了工作状态下TFC滑块在多物理场综合作用下所呈现出来的传热特性及其主要影响因素,考虑了磁头磁盘间超薄气膜的稀薄效应,建立滑块导热、空气轴承表面传热、气膜流动等模型,利用有限元法,对磁头热变形作用机理及热传导特性对滑块动力学特性影响进行了仿真研究,结果表明,建立的传热模型及对雷诺方程的修正适用于求解磁头磁盘界面气膜传热问题和磁头滑块的动力学问题;影响滑块热力学性能的因素主要可以归结为加热器高度、热生成率以及材料的传热系数;空气轴承力及工作表面热变形的双重作用决定了滑块飞行高度的改变.仿真结果为磁头滑块加热器的设计及空气轴承动力学特性分析提供了依据.     

金属橡胶材料声学参数理论计算及实验研究

研究了用于理论分析金属橡胶材料吸声特性的声学参数。依据金属橡胶材料是均匀、各向同性的多孔材料条件,推导出金属橡胶材料有效声速、特性阻抗、传播常数等声学参数的理论计算公式.确定了金属橡胶材料结构常数和流阻率的计算公式,通过实验研究获得并分析了不同结构参数金属橡胶材料的结构常数值。比较分析了金属橡胶材料特性阻抗和传播常数的实验值和理论值.研究结果表明:用均匀、各向同性的多孔材料理论模型计算金属橡胶材料声学参数方法是可行的.     

激光二极管阵列端面抽运复合棒状激光器热效应的有限元法分析

建立了激光二极管阵列(LDA)端面抽运棒状激光介质的数值模型.考虑到介质与空气的对流换热和介质的热力学参数随温度的变化,根据经典热传导方程和热弹性方程,运用有限元法得出了复合棒状介质和未复合棒状介质内瞬态温度、热应力和应变的时空分布,分析了温度、热应力和应变随抽运功率、换热系数和时间的变化规律.结果表明,复合棒的最高温度、最大张应力和最大轴向应变的位置与未复合棒不同,并且数值分别为未复合棒的73%,60%和33%.由此可知,利用复合棒可极大地减小热效应的影响.理论分析结果可为LDA抽运固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考.     

0.53 μm毫秒脉冲激光对GaAs热分解损伤特性

针对波长0.53 m的毫秒脉冲激光辐照GaAs的表面热分解损伤问题,建立了二维轴对称热传导模型,在考虑材料的热物性参数随温度变化的基础上,采用有限元法模拟了材料的瞬态温度场,得到了温度场分布特征及其随时间的变化规律,给出了材料表面发生热分解损伤阈值曲线。数值结果表明:毫秒脉冲激光对GaAs作用时,热传导影响着激光作用全过程,对应的损伤机理主要为热损伤;在激光作用下,被作用表面中心处温度最高,并且首先发生热分解损伤;随着作用激光能量密度的增加,GaAs表面发生热分解损伤的时刻不断提前。     

随机结构多孔介质等效热导率数值计算

本文对二维颗粒弥散多孔介质的辐射导热耦合等效热导率进行了数值计算研究。首先采用随机生成结构方法(Random generate-growth method,RGGM)生成实际多孔材料的复杂结构。在此基础上,采用离散坐标法及有限容积法求解了复杂结构内部辐射导热耦合换热,进而计算得到材料的等效热导率。根据建立的材料随机结构模型及等效热导率数值计算模型,分别研究了衰减系数、弥散相体积分数、温度等因素对材料等效热导率的影响,并将数值计算结果与理论计算结果进行对比,吻合较好,反映出模型用于预测实际多孔材料等效热导率的有效性。     

LDA侧面泵浦薄片激光器的泵浦光和温度分布

建立了激光二极管阵列(LDA)环绕侧面泵浦复合薄片激光器的数值模型,LDA的快轴垂直于薄片表面并被压缩。依据LDA的输出光束特性,考虑到介质与空气的对流热交换和材料热导率的温度相关性,根据经典热传导方程,运用有限单元法,得出了薄片内的泵浦光和温度分布。分析了LDA个数、泵浦距离、吸收系数和光束发散角对薄片内泵浦光分布和吸收效率的影响规律,讨论了温度与泵浦功率、换热系数、冷却液温度和时间的变化规律,所得的有关规律与相关实验相符合。计算结果可为LDA泵浦固体激光器的结构优化设计和实验研究提供理论参考。     

LDA侧面抽运棒状激光器热透镜效应的有限单元法分析

建立了激光二极管阵列端面抽运棒状激光介质的数值模型.考虑到介质与空气的对流换热和介质的热力学参量随温度的变化,根据经典热传导方程和热弹性方程,运用有限单元法,得出了棒状介质内瞬态温度、热应力和应变的分布.分析了热透镜焦距随抽运功率的变化规律,所得的规律与有关文献相符合.理论分析结果可为激光二极管阵列抽运固体激光器的结构优化设计和实验提供理论参考.     

Conservation laws and associated Lie point symmetries admitted by the transient heat conduction problem for heat transfer in straight fins

Some new conservation laws for the transient heat conduction problem for heat transfer in a straight fin are constructed. The thermal conductivity is given by a power law in one case and by a linear function of temperature in the other. Conservation laws are derived using the direct method when thermal conductivity is given by the power law and the multiplier method when thermal conductivity is given as a linear function of temperature. The heat transfer coefficient is assumed to be given by the power law function of temperature. Furthermore, we determine the Lie point symmetries associated with the conserved vectors for the model with power law thermal conductivity.     

气冷涡轮叶片传统热分析中热边界条件的影响

以MarkII气冷涡轮叶片为研究对象,考察了换热系数分布对叶片外表面温度分布的影响。首先分别以温度和换热系数实验值作为热边界条件验证了固体导热计算方法和CFD程序的有效性,然后分析了6种典型热边界条件下的叶片外表面温度分布,并与实验值进行对比。由分析结果可知:叶片外表面温度与换热系数紧密关联,经验关联式(层流、湍流)条件下预测得到的温度偏差较大,当换热系数由能考虑边界层转捩影响的CFD计算得到时,预测得到的温度与实验值较为接近。     

Thermal conductivity of micro/nano-porous polymers: Prediction models and applications

Micro/nano-porous polymeric material is considered a unique industrial material due to its extremely low thermal conductivity, low density, and high surface area. Therefore, it is necessary to establish an accurate thermal conductivity prediction model suiting their applicable conditions and provide a theoretical basis for expanding their applications. In this work, the development of the calculation model of equivalent thermal conductivity of micro/nano-porous polymeric materials in recent years is summarized. Firstly, it reviews the process of establishing the overall equivalent thermal conductivity calculation model for micro/nanoporous polymers. Then, the predicted calculation models of thermal conductivity are introduced separately according to the conductive and radiative thermal conductivity models. In addition, the thermal conduction part is divided into the gaseous thermal conductivity model, solid thermal conductivity model and gas–solid coupling model. Finally, it is concluded that, compared with other porous materials, there are few studies on heat transfer of micro/ nanoporous polymers, especially on the particular heat transfer mechanisms such as scale effects at the micro/nanoscale. In particular, the following aspects of porous polymers still need to be further studied: micro scaled thermal radiation, heat transfer characteristics of particular morphologies at the nanoscales, heat transfer mechanism and impact factors of micro/nanoporous polymers. Such studies would provide a more accurate prediction of thermal conductivity and a broader application in energy conversion and storage systems.     

飞秒激光热反射实验系统测量金属薄膜中的超快速热传递过程

飞秒激光热反射技术已经成为研究不同材料中超快速热传导过程的有效实验方法.实验中采用前表面加热、后表面探测的方法对不同厚度的Au薄膜进行了测量,通过比较表面电子温度可以得到超快速激光加热条件下Au薄膜材料中电子温度振荡的传递速度.结果表明瞬态条件下非平衡态电子是热量的主要载体,根据实验测量值拟合得到的能量传递速度接近于非...