基于最小热量传递势容耗散原理的导热优化

导热是一个不可逆过程,它的优化遵循最小热量传递势容耗散原理。本文根据该原理,对体点问题中的高导热材料布置进行了优化。当域内导热系数的积分为定值时,最小热量传递势容耗散对应于导热系数与当地热流成正比,即全场的温度梯度均匀。以温度梯度均匀化为准则,利用仿生优化方法得到了域内有均匀和非均匀热源时高导热材料的最优布置。     

导热优化中的最小传递势容耗散与最小熵产

为了比较分析强化传热中存在的熵产最小化和传递势容耗散最小化两种不同的方法,针对体点问题,根据这两种方法对导热系数分布进行了优化。数值计算和理论分析的结果表明,根据最小传递势容耗散原理得到的结果优于最小熵产原理得到的结果。其原因在于传递势容耗散最小的优化目标是提高热量传递效率,而熵产最小的优化目标实际上是减少可用能损失。     

基于(火积)理论的“+”形高导热构形通道实验研究

基于构形理论和■理论,对"+"形高导热通道的方形构造体开展导热实验研究,并对不同优化目标和不同高导热通道布置形式下的构造体导热性能进行比较.结果表明:对于"+"形高导热通道的方形构造体,实验和数值计算所得到的构造体最高温度点均位于"+"形高导热通道两分支之间,实验和数值计算所得到的构造体平均温差和■耗散率的误差均在可接受范围内,这从定性和定量的角度证明了导热构形优化结果的正确性.与"H"形高导热通道的方形构造体相比,构造体内高导热通道采用一级"+"形布置使得其导热■耗散率得到降低.■耗散率最小的一级"+"形高导热通道构造体最优构形与最大温差最小的构造体最优构形相比,前者的导热■耗散率降低了5.98%,但最大温差提高了3.57%.最大温差最小目标有助于提高构造体的热安全性,■耗散率最小目标有助于提高构造体的整体导热性能.在保证热安全性能的前提下,实际微电子器件设计中可采用■耗散率最小的构造体最优构形以提高其整体导热性能.     

径向导热条件下圆柱状样品金属导热系数的测定

由于棒状样品轴向导热法测定导热系数的实验中无法准确测定棒表面的散热,故实验结果误差较大;而稳态平板法又不能用于金属导热系数的测定。另外,这两种方法均无法反映导热系数随温度的变化;故此类方法的意义有限。本文尝试采用圆柱状样品径向导热法来测定金属的导数系数。实验结果显示该方法取得了初步成功。一、轴对称区域上的稳态导热稳态导热条件下,各向异性区域内的温度分布满足▽·(λ▽T)=0 (1) 由于导热系数λ仅为温度的函数,故(1)式可化为     

填料导热胶粘剂的性能研究

以石墨、铜粉、铝粉三种导热填料填充到环氧树脂中制备导热胶粘剂,采用SEM和金相显微镜对材料进行形貌表征,采用TPS 2500导热系数测定仪测试样品的导热系数。研究了这三种类型导热填料在不同填充量时的热导性能的变化规律,并对比讨论了三种填料在最大填充比例时胶粘剂的导热系数。     

基于稳态电热拉曼技术的碳纳米管纤维导热系数测量及传热研究

利用稳态电热拉曼技术测量了碳纳米管纤维对流换热环境下的导热系数. 该方法基于材料拉曼信号与温度之间的关系, 实时探测一维材料在不同电加热(内热源)下的中心点温度, 利用对流环境下的稳态导热模型推导出材料的导热系数, 实现了一维微纳材料热物性的无损化和非接触式测量. 实验发现: 碳纳米管纤维的导热系数远低于单根碳纳米管的导热系数, 但高于碳纳米管堆积床的导热系数. 这表明碳纳米管体材料的热物性主要取决于内部管束的列阵和管束间的接触热阻.     

热损耗条件下导热系数反演模型及实验研究

通过导热反问题反演求解导热系数通常误差较大,本文构建考虑热损耗条件下的虚拟薄板模型精确求解导热系数。首先通过数值算例验证模型的准确性和稳定性,正向问题使用有限差分法进行求解,反问题求解采用人工蜂群算法进行目标函数最优化。然后搭建第二类边界条件下导热正向装置,进行导热系数实例反演和实验研究,并将新模型与理论模型反演结果对比分析。结果表明理论模型反演结果的相对误差约为-14.76%,而新模型下导热系数反演相对误差达到-4.67%。新模型较理论模型反演结果更精确,有效降低了热损耗对反演的影响,提高了反演精度,更符合实际工况。     

双室热保护法测定真空绝热板导热系数的研究

给出了双室热保护法测定真空绝热板(VIP)的导热系数的原理,设计了测试装置.外室作为热保护装置,内室作为测试加热装置,基于稳态下测试VIP平板的导热系数,该装置不受VIP尺寸的限制.分析了影响测试结果的因素和理论误差,并与标定值对比,测试结果较精确.该装置可以用于VIP出厂前的导热系数的测试及使用过的VIP的老化程度的...     

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.     

3ω法测量单根碳纤维导热系数和热容

考虑环境热损失,建立了单根碳纤维沿轴向的导热方程,得到了碳纤维热参数与交流加热信号的频域特性之间的关系.建立了适用于微细导电线或丝的3ω测试系统.利用3ω方法同时测量了单根碳纤维沿轴向的导热系数和热容.在室温下测量了Pt丝的导热系数和热容,验证了建立的实验系统的合理性,利用该方法测量的直径为7 μm单根碳纤维沿轴向的导热系数和热容分别为84.35 W·m-1·K-1和1.19 MJ·m-3·K-1.给出了实验测量的不确定度分析.建立的实验系统可用于单根碳纳米管或导电纳米线热参数的表征.     

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.     

金属蜂窝结构的稳态热性能

采用MCM、FVM方法数值模拟金属热防护系统蜂窝内辐射导热耦合换热,研究了一正六角形蜂窝的稳态热性能及其影响因素,定量分析了各种热量传递机制的作用.结果表明,金属蜂窝表面辐射换热和侧壁导热是主要热量传递方式,对所研究的蜂窝结构,在750 K以上蜂窝内表面辐射换热成为热量主要传递方式.     

粒径均匀散体导热系数的分形描述

本文以分形理论为工具,采用填充率、散体颗粒直径等宏观易等测参数较准确地描述了颗粒散体的几何结构;运用导热与逾渗的类比,建立了均匀散体导热系数的逾渗模型,模型的预测值与实验测量结果基本一致。     

非均匀多孔介质有效热导率分析

本文采用控制容积法,界面调和平均导热系数值以及图形处理方法对典型非均匀多孔介质硬质聚氨酯泡沫材料的导热过程进行了分析与模拟计算。结果表明:多孔介质的内部结构是影响温度分布和热量传递的主要的因素,其影响程度与骨架和孔隙的导热系数,孔隙的大小和分布有关;计算得到的有效热导率值与文献中实验测量结果吻合较好。本文的研究结果可以推广到更为复杂的非均匀多孔介质的场合,从而可以进一步认识非均匀多孔介质中的导热规律,为工程计算提供更精确的计算方法。     

纳米悬浮液热导率测量及其预测模型的探讨

纳米颗粒悬浮液具有广泛应用于强化传热的潜在优势。本文采用加入表面活性剂的方法提高纳米悬浮液的悬浮稳定性,并用瞬态热线法测量了热导率。在分析现有理论模型和纳米悬浮液热导率影响因素研究的基础上,从弹性传动和非弹性传动两方面分析了纳米尺度效应导致纳米悬浮液热导率提高的机理。发现已有的理论公式仍然存在一定欠缺,预测值比实验值偏低,有关机理尚有待于深入探讨。     

热质的运动和传递-最低热质能耗散原理和热质运动方程

过增元基于质能方程提出了热质的概念.在非平衡热力学中,存在最低能量耗散原理,根据该原理可以导出热传导,扩散及粘性流动等不可逆输运过程的方程式.当采用热质模型对传热现象进行描述时,发现热质的运动也满足最小作用量原理:最低热质能耗散原理,根据该原理可以推导得出热质运动的动量守恒方程。     

半无限体内双圆柱亚表面热波散射问题的研究

本文基于非傅里叶导热定律,采用波函数展开法,研究了含双圆柱缺陷非透明半无限体中热传播问题,给出了基于热传导波动模型的热波散射问题的一般解．温度波由调制光束在材料表面激发,缺陷表面的边界条件为绝热,分析了各物理参数对温度分布的影响,特别是热波波长对温度变化的影响,并给出了温度变化的数值结果。     

用扫描热显微镜测量微小区域热导性质的探讨

随着高新技术的迅速发展,许多研究对象已进入亚微米和纳米范畴。在对这些对象的热性能和热可靠性的研究中,亚微米尺度的热物性测量已成为关键技术之一。例如：在微电子、微电子机械系统（MEMS）领域中,已使用纳米量级厚度的材质和做出纳米尺度线宽的器件。在材料科学、生物学、医学和化学等许多领域,高空间分辨率下的热物性测量也具有重要意义。本文经过实验;初步用扫描热显微镜判定了微小区域材料热导性质的差别,并从理论上探讨了用该仪器测量微小区域热导性质的方法原理。     

导热系数测定设计性实验

导热系数测定是大学物理热学中比较重要的实验,对稳态法测量不良导体导热系数的原理和实验方法进行研究,对于不同形态的导热材料,提出了几种可行的实验方案。实验内容和测量结果符合设计性实验要求,有助于启发学生的创新意识。