泡沫金属内相变材料融化传热过程的数值模拟

以泡沫金属为基体,孔隙中填充相变材料能有效改善相变传热性能.考虑金属骨架与流体之间的不同的传热特性,建立了泡沫金属内融化相变传热的双温度模型.运用显热容法模拟了泡沫铝内融化相变的温度分布与流场.计算结果显示对比纯相变材料,加入泡沫铝能显著强化传热性能.固体骨架与储能材料之间在其相变时有较大的温差.     

封装有相变材料的金属泡沫复合散热器实验研究

相变材料的固液相变具有较高的相变潜热且相变体积变化小,在间歇性工作的电子器件的温控中得到广泛的应用。本文采用将铜泡沫嵌入相变材料中的方法来强化固液相变的传热性能的方法,提出一种封装有金属泡沫和相变材料的复合式散热器结构,实验研究了该散热器的加热表面的温度与时间的变化关系,分析铜泡沫孔隙率、孔密度以及石蜡物性等各个参数对该复合式热沉散热效果的影响。     

泡沫金属复合相变材料的凝固及接触间距影响

相变材料(phase change material,PCM)具有解决能源利用时空不匹配问题的潜力,将PCM与泡沫金属进行复合是强化其传热性能的有效措施之一.本文针对一类泡沫金属复合PCM的凝固过程进行了三维数值模拟研究,分析了泡沫金属与恒壁温面不同接触间距对复合PCM凝固过程的影响规律.研究发现,复合PCM由于其泡沫...     

方腔内相变材料固液相变传热研究

基于相变材料(PCM,phase change material)的相变储能设备具有储能密度高的特点。本文建立了基于相变储能元件伪焓模型的固液相变格子Boltzmann模型,研究了内部管道位置、方腔倾斜角度对PCM融化过程的影响规律。结果表明,在内管道靠近方腔上部时,由于上部界面(固液相变界面或上壁面)对自然对流阻碍作用,使PCM的融化速率减慢。但是,在此时使方腔发生倾斜,会改变管道热流体到上部界面的距离,强化PCM的热质传递过程,使融化加快。     

填充泡沫金属的熔盐相变蓄热过程模拟

本文以管肋式熔盐相变蓄热结构为对象,将相变材料填充入高孔隙率泡沫金属中以弥补熔盐导热系数低的缺陷。考虑周期性边界和重力方向相邻结构的影响,以三层管肋式结构代替整个系统建立多孔介质固-液相变输运三维物理数学模型。利用数值模拟方法,探讨在重力环境中,管式加热条件下相变材料蓄热过程的传热性能。揭示出相变界面随时间的演化,以及自然对流对蓄热过程的作用机制;讨论了泡沫金属、肋片参数及加热温度对蓄热能力的影响。     

两种拓展达西模型对金属泡沫填充管中流动与传热的影响

本文就恒热流条件下金属泡沫填充管中的流动与传热进行了数值模拟,其中采用局部非热平衡的两方程模型作为能量方程,分别采用Brinkman拓展达西模型和Brinkman-Forchlheimer拓展达两模型作为动量方程,并把两者进行比较和分析.数值模拟结果表明:在两种拓展达西模型下解得的速度场不同,但是解得的温度场差异不大,因而其Nu数差异也很小.金属泡沫填充管的Nu数高达数百甚至数千,表明其换热性能很强,但同时却有着较高的压降.     

金属泡沫圆管换热器性能的数值模拟与分析

氩氦刀低温探针换热器的性能直接影响其探针的降温速率及其治疗温度,采用金属泡沫圆管换热器可简化低温探针的结构并提高换热效率。文中基于氩氦刀的工作原理和金属泡沫圆管换热器的换热特点,采用平行流模型分析该种换热器不同填充圆管长度和工质(氩气)流体回流时间对换热器性能的影响以及温度场分布。     

金属泡沫内纳米流体强化传热研究

金属泡沫集优良的力学、声学、电磁学和传热学性能于一体,易于集成换热器和散热器。本文基于局部非热平衡模型对纳米流体在金属泡沫内的双强化换热效果进行了数值研究,分析了泡沫形态参数和纳米颗粒浓度对其流动和换热的影响。研究了以水作为基本介质的纳米流体在金属泡沫内流动时的二次项效应、热弥散效应以及局部非热平衡效应,比较了不同模型对强化换热效果的影响。结果表明,换热随孔隙率减小或孔密度增加而逐渐增强,纳米颗粒使流体压降和换热性能都增加;对于含纳米颗粒的水,在金属泡沫内对流换热的惯性效应和热弥散效应在流速较大时更明显;局部非热平衡特性在固体导热系数较大时比较明显。     

充满金属泡沫的方腔自然对流数值模拟

本文使用格子-Boltzmann方法模拟了充满金属泡沫的封闭方腔自然对流.通过构建适用于上下边界绝热,左右边界恒定温度的封闭方腔自然对流的双分布函数热模型,模拟了充满不同孔隙率和不同孔密度的金属泡沫,在不同Ra数下的封闭方腔自然对流,结果表明金属泡沫具有强化传热的作用,并随着Ra数和孔密度的增大,换热增强.     

二氧化钛纳米流体的固液相变特性

采用“两步法”制备出不同浓度的TiO2-H2O纳米流体,选用紫外分光光度法对纳米流体的分散稳定性进行了评价,使用差示扫描量热仪对纳米流体以及基液一去离子水的固液相变过程进行了测试。实验结果表明：纳米流体的分散稳定性随着TiO2粒子质量浓度的增大先增强后减弱;添加纳米颗粒可以促进去离子水的异质成核,减小其固液相变过冷度;...     

基于焓法的固-液相变格子Boltzmann模型

潜热储能系统中的相变材料固液相变问题是一个重要的多相流动问题.本文研究了在具有不同类型源项下的焓法格子Boltzmann相变模型在还原温度场分布上的特性.为了消除外力项对温度场的额外影响,本文对源项进行了修正,并通过求解单区域相变问题和自然对流相变问题,验证了由Chapman-Enskog展开得到的焓守恒方程中源项的影...     

The Anisotropic Free Energy of the Solid-Liquid Phase Boundary in Al

We have performed large-scale molecular dynamics simulations of solid-liquid interfaces in aluminum, in order to calculate their interfacial stiffness and free energy. The anisotropy of these properties, though small, is key for determining the steady-state solutions for solidification in three dimensions. We find that the interfacial free energy, (), can be well represented by the form () = ₀(1 + cos 4, where measures the angle relative to the [100] interface, rotating about a [001] direction. We find values of ₀ = 120 ± 6 mJ/m² and = 1.3 ± 0.4%, in agreement with previous estimates and current experimental results.     

托贝莫来石晶体的高温相变规律研究

通过差热分析(TGA/DSC)、X射线衍射分析(XRD)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)等测试技术,对实验室制备的纯净托贝莫来石的高温相变规律进行系统的研究。DSC结果表明,托贝莫来石结构中有四个层间分子水,加热到300 ℃时四个层间分子水逐渐失去。当温度升高到724 ℃时,部分Si—O—H键断裂,失去羟基。XRD结果表明托贝莫来石晶体结构在724 ℃时已经破坏,衍射峰基本消失,煅烧后的样品为无定形的非晶态。当温度持续升高到861 ℃时,发生晶型重构,硅灰石晶体出现,结构转变为有序的、稳定的晶体结构。当温度到达1 000 ℃的时候,完全转变为2M型硅灰石晶体结构。托贝莫来石的高温相变经历了“托贝莫来石→脱水托贝莫来石→脱羟基托贝莫来石→硅灰石”一系列转变过程。     

在固液混合相区物质剪切模量的讨论

 从实验和理论两个方面对处于固液相变平衡条件下物质在固液混合相区的剪切模量进行了讨论,认为物质的剪切模量在开始熔化时并不等于零。采用逾渗理论对物质在固液混合相区的固相连通性进行了计算,得到物质整体剪切模量消失的临界熔化质量分数为0.687左右。所给出的物质的熔化失稳因子F(p)能够定性的描述处于固液相变平衡条件下物质固液混合相区内相关物理参量的变化。     

描述混合物固液相变的两个近似模型

 提出了描述混合物固液相变的两个近似模型：混合相模型和等效物质模型。通过对304钢的计算和比较表明，由两个模型计算得到的结果与直接利用304钢的材料参数计算得到的结果相符合。     

Numerical Study on Left-Handed Materials Made of Ferrite and Metallic Wires

Due to coupling effect, we show that it is difficult to realize the left-handed material by placing metallic wires directly into a ferrite matrix. However by introducing an insulating material round the metallic wires to decouple the direct interaction between the metallic wire and ferrite matrix, we have proposed two microstructures, which are shown by numerical simulation to have negative refractive indexes. The influence of microstructure on the transmission property is also examined.