一维非稳态多层介质导热问题的研究

本文针对一维非稳态多层介质的导热问题,建立了导热的数学模型,通过数值解代替解析解的方法,求得导热过程中的温度分布的情况。首先,建立各层介质热传导的偏微分方程,确定了该方程的定解条件,从而得到了一维非稳态多层介质导热的数学模型。其次,由于偏微分方程的解析解难以求解,所以利用差分法将偏微分方程的解析解用数值解代替,再运用Crank-Nicolson方法将差分后的方程转化为三对角线性方程组,利用追赶法进行求解。最后,将所建立的导热模型运用到实例中,验证了该模型的实用性和可行性。     

非稳态导热问题分析解特征函数正交性的讨论

非稳态导热问题分析解是传热学中十分重要的内容之一,多数传热学教材对特征函数正交性的论述较为简略,影响了对求解过程的理解.本文以大平板非稳态导热问题分析解求解过程为例,重点讨论了特征函数正交性的含义、特征函数正交性的证明以及特征函数正交性的应用,给出了保持求解过程连贯、帮助学生理解的教学建议,为非稳态导热问题分析解及其数学解析过程的教学提供了参考.     

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.     

圆筒形半透明介质内非稳态复合导热与辐射的研究

本文研究细长电加热体在圆筒形半透明介质中的温度响应，通过对控制非稳态导热与辐射复合传热过程的积分-微分方程直接进行数值求解，分析了热辐射对内部径向热流及温度变化的影响．模拟计算结果对热线法测量半透明介质导热系数的研究具有理论指导意义。     

采用共轭梯度法的管内壁温度导热反问题求解

建立了采用共轭梯度法的非稳态二维导热反问题数学模型,并利用FORTRAN语言编写了程序进行计算求解,由同心圆管外壁温度随时间的变化得到管内壁温度随时间的变化.计算结果表明,计算值与准实验值吻合,共轭梯度法能够准确地计算得到管内壁不同位置温度随时间的变化.     

二维导热过程(火用)传递描述

引用导热微分方程并结合工程传递的评价准则,建立了二维导热过程热传递的数学模型,给出了传递系数和流密度的表达式,并以矩形截面的无限长柱体为例,对二维稳态导热过程传递进行了数值求解.     

基于热质理论的Hamilton原理

基于热质理论,类比经典力学,给出了热质运动遵循的Hamilton原理以及相应的导热Lagrange方程.由于考虑了热质动能,热质运动的Hamilton原理有望应用于非Fourier效应的讨论,在忽略热质动能时,回归到Fourier热学.应用Lagrange方程对含内热源一维瞬态导热问题进行了近似求解,计算结果与解析解符合较好.从分析力学的角度对传热理论以及热学与力学的统一做了新的阐释,指出了现有文献中采用分析力学方法讨论导热问题时存在的某些不足,为导热问题的近似求解提供了新的思路,同时也说明了热质和热质能     

有内部热源的非稳态导热与自然对流换热及辐辐射换热耦合问题研究

采用大型通用计算程序ＰＨＯＥＮＩＣＳ（１．４版本）、并结合虚拟密度法,对有内部热的非稳态导热与自然对流换热及辐射换热的耦合问题进行了数值求解。分析和比较了在直角坐标和贴体价值下得到的速度场及温度场及温度场的数值模拟结果,并示出了在两种坐标下发热物质内部靠近中心处的最高温度阴时间的变化趋势。     

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.     

材料热物性与热源强度辨识的改进遗传算法

建立二维非线性导热逆问题(IHCP)的数学模型.通过对基本遗传算法逐步改进得到三种不同改进阶段的遗传算法,分别用于反演导热问题中材料的导热系数及其内部热源强度,并比较遗传算法在各改进阶段用于求解导热逆问题时的收敛速度与求解精度,寻求一种使导热逆问题求解效率与计算精度更高的遗传算法改进策略.结果表明:提出的遗传算法改进策略达到了预期目的.     

基于热质理论的广义热弹性动力学模型

具有微尺度传热特征的超常传热过程中,热流矢与温度梯度之间存在延迟效应,且热流的运动受到空间效应的影响.基于热质概念的普适导热定律,结合Clausius不等式和Helmholtz自由能公式,构建了计及热流矢和温度对时间和空间惯性效应的广义热弹性动力学模型,推导了各向同性材料超常传热行为的热弹性控制方程组.通过与已有广义热弹性动力学模型进行对比分析可得,当热流密度不大的条件下,热流矢与温度对空间的惯性效应可忽略时,基于热质概念的广义热弹性模型可分别退化为L-S,G-L和G-N的模型;对于尺度微观、稳态导热条件时,热流矢与温度对空间的惯性效应不可忽略,此时导热系数将受到热质运动惯性效应的影响,利用所建模型可揭示稳态导热时呈现的非傅里叶现象,并可避免基于已有广义模型得到的导热系数随结构特征尺寸变化的非物理现象.     

良导体导热系数实验中稳态时间、稳态温度与水流量的相关性

通过改变参数进行实验测定,分析了稳态法测量良导体导热系数实验中系统达到稳态的时间、水流量、稳定温度及测得导热系数结果的准确性等相关问题,提供了可供参考的经验数据,对学生实验过程有指导作用.     

热电制冷器在第三类边界条件下的非均匀内热源工程求解

随着电子设备不断向小型化、集成化发展,热电制冷器作为一种有效的主动冷却器件被应用于精密恒温器、医疗仪器、电子控制元件等的快速制冷及在环境条件变化下的适应性调节,其非稳态传热研究具有重要价值.虽然国内外学者针对热电制冷器工作原理和制冷性能的研究已做了大量工作,但大多都将热电偶内焦耳热视为均匀内热源,忽略了微观导热情况.为了得到适于工程应用的分析方法,遵循实际情况,将焦耳热作为热电偶内非均匀内热源,建立了分析模型,并基于分流和叠加的思想,提出了一种热电偶内温度和热流量分布的工程求解方法,最终得到了热电偶在第三类边界条件下的温度和热流量分布公式.通过对结果的验算,证明了所得计算公式的正确性,为热电制冷技术的深入研究和应用提供了理论指导.     

非线性二维稳态导热反问题的一种新解法

1引言导热反问题，是指根据实验测得的物体表面或内部某些位置的温度值，通过求解导热微分方程，反推导致这一结果的原因。在数学上是一种不适定问题，求解结果对测量误差十分敏感，即使有较小的测量误差也会带来较大的影响。待定边界条件类型的导热反问题在工程和科学试验中有广泛的应用背景。许多学者对此进行了研究，但多停留在一维和二维线性问题上，对多维非线性问题的研究较少［‘－’］。Beck山对一线问题讨论了五种求解方法：分析法，D’souza法，Weber法，RB方法和HillHensel方法，其中前三种不能求解非线性问题，后两种对非稳…     

单颗种子导热系数的测定及传热过程实验研究

对于种子干燥方面的研究,大多是针对其宏观传热传质即干燥动力学方面。本文采用热成象技术对单颗蚕豆种子的传热过程进行了研究,用实验求解导热方程反问题的方法计算出不同含水率下单颗种子的导热系数,对种子在非稳态下内部温度场进行了测试与分析．研究结果表明,在含水率小于 ２０％时,其导热系数随着含水率的增加而增大,当含水率大于 ２５％时则表现出较强的非均质性和非稳态性。对单颗蚕豆种子内部温度场测定而得到的种子热剖面温度分布表明,种子内部存在温度梯度其热扩散具有均匀性,同时反映出种皮传热热阻的存在。这些结果对于深入研究种子内部的传热传质机理,具有重要的实际意义。     

氧化铝纤维传热方式及反问题研究

本文分析了典型热防护绝热材料氧化铝纤维内部的传热方式及传热反问题。氧化铝纤维内部的传热主要以固体纤维导热、纤维孔隙气体导热和辐射传热为主。本文以气-固耦合导热模型和辐射模型为依据,利用数值方法求解了氧化铝纤维内部的温度场,并拟合得出耦合气体导热,固体导热和辐射三种方式的有效热导率。本文利用遗传算法求解氧化铝纤维的稳态传热反问题,根据氧化铝纤维的温度数据,优化得到有效热导率的预测值,并与参考值进行对比,结果表明在一定进化代数内优化误差随进化代数的增加而减小。     

管内变密度流体流动与换热的充分发展及解析解

本文提出了圆管内变密度流体流动与换热充分发展的概念和相关假设及其推论.在所提出的概念和假设基础上对理想气体在圆管内的流动与换热进行了解析求解,得到了充分发展时的无量纲速度抛物分布及无量纲温度分布.对圆管内密度随温度变化的氩气的流动与换热数值模拟所获得的无量纲速度分布及无量纲温度分布在入口段后与上述解析解非常吻合,从而验证了在本文的计算条件范围内,圆管内变密度流体充分发展流动与换热的概念及其解析解是合理的.     

利用Excel处理稳态法测定导热系数的实验数据

基于稳态法测定导热系数实验,为了求得更为精确的散热铜盘在稳态点的冷却率,用Excel软件处理实验数据,拟合出散热铜盘温度和时间的高阶曲线,并得出稳态点的切线方程,从而求得冷却率及导热系数。减少了手工作图求解切线方程所带来的误差,提高了数据处理的效率和实验结果的准确性。     

堆积床内非驻定过滤燃烧的一维研究

多孔介质内气体过滤燃烧不同于自由流中燃烧,燃气与多孔介质强烈换热.热波波速和燃烧波波速是燃烧过程的特征参数.以惰性堆积床内的甲烷/空气的低速过滤燃烧为例,提出一维解析模型,用摄动理论推导出燃烧波波速,用直接求解方法和格林函数方法给出充分发展后的和瞬态的燃烧温度分布,并进行计算验证.     

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.