粘土空心砖结构优化的数值模拟

本文采用有限容积法对50种具有不同孔数及排列方式的240×115×90粘土空心砖进行了当量导热系数的三维数值模拟研究.模拟中考虑了粘土空心砖的孔内表面辐射、孔数及排列方式以及室内外温差对其当量导热系数的影响.模拟结果表明:孔内表面辐射对当量导热系数有不可忽略的作用,孔数及排列方式直接影响当量导热系数的值,存在具有最低当量导热系数的粘土空心砖结构.在该结构下空心砖的当量导热系数几乎不随室内外温差的变化而变.模拟结果对粘土空心砖的结构选型、工程设计及建筑节能具有重要的意义.     

纳米颗粒聚集形态对纳米流体导热系数的影响

纳米流体中悬浮的纳米颗粒可以增强其导热性能已经得到广泛认可,然而纳米流体颗粒增强传热的机理目前尚不清楚.研究表明,纳米颗粒的聚集是纳米流体导热系数增大的重要机制,而且纳米颗粒聚集的形态对纳米流体的导热系数有重要影响,但是目前的导热系数模型大多是建立在Maxwell有效介质理论的"静态"和"均匀分散"假设基础上.本文用平衡分子动力学模拟Cu-Ar纳米流体,采用Green-Kubo公式计算导热系数,采用Schmidt-Ott关系式计算不同聚集形态下的分形维数.对比导热系数与分形维数可以发现:在相同体积分数下,较低的分形维数会有更高的导热系数,分析了分形维数与导热系数的定量关系.此外,通过径向分布函数可以看出纳米颗粒紧密聚集与松散聚集的差异,基液分子在纳米颗粒附近的纳米薄层中处于动态平衡状态.研究结果有助于理解纳米颗粒聚集形态对导热系数的影响机理.     

分形多孔介质导热数值模拟分析

本文基于分形理论构造了不同类型的分形结构来模拟多孔介质,采用有限容积法对其导热问题进行了数值模拟计算,详细分析了基质导热系数、孔隙流体导热系数、孔隙率等因素对其有效导热系数的影响规律.结果发现有效导热系数与基质导热系数、孔隙流体导热系数大致分别成幂函数关系,有效导热系数与孔隙率大致成指数函数关系.并把数值模拟分析结果与文献中的经验公式进行了对比分析,为其提供了数值验证.     

保温层对空心砖当量导热系数影响的数值研究

本文采用能有效处理空心砖内部导热、对流与辐射换热耦合计算的自编程序,数值研究在外墙保温条件下空心砖墙体的当量导热系数。观察加保温层后具有不同孔洞数与排列方式的空心砖其当量导热系数的变化,以及保温层对空心砖的当量导热系数的影响。模拟结果对外墙保温层下空心砖的结构选型提供了参考依据。     

模拟生物组织冻结过程实验与分析

冷冻外科中组织冻结过程的分析对手术实施十分重要。本文建立了低温冷刀实验台,在模拟生物组织中进行冷冻实验,测量了冰球内某点的温度变化;并用有限元方法求解了建立在治法基础上的模拟生物组织冻结过程多维数学模型,计算结果与实验值符合较好;用该模型和方法计算了实验条件下冰球内的温度梯度变化和冷刀所需理论冷量;分析了不同的冷刀直径对冻结过程的影响。     

脉动热管扩热板的耦合性能

嵌入式脉动热管扩热板是航天器热控制等的重要候选方式,其传热性能与脉动热管本身的性能、基板的材料及尺度等密切相关。本文应用求解导热反问题的方法,研究了二者对扩热板传热性能的影响,确定了所嵌入脉动热管的当量导热系数界限及影响的定量关系。脉动热管对扩热板传热性能的影响比较大,当脉动热管的当量导热系数超过3000 W/(m·℃)时,基板材料对扩热板的传热性能几乎没有影响,因此可以选择加工及耦合友好的材料.     

石墨泡沫新材料导热的分形模型

新型导热材料石墨泡沫具有很好的热物理性质。本文在实验获取这种新型多孔材料的基础上,建立了基于分形理论的材料结构和导热模型,采用热阻法给出了石墨泡沫材料的等效导热系数的关系式,计算了石墨泡沫的剖面孔隙面积分形维数和等效导热系数.     

肿瘤冻融相变传热过程的数值模拟

本文建立了肿瘤组织多孔介质冻融相变传热的数学模型.采用显热容法研究模拟了冷热交替治疗过程中肿瘤组织中温度场分布以及冰晶增长和融化过程.研究结果表明,当冷刀进入组织以后,组织内会产生冰晶的生长.当冷刀的温度上升时,开始时在冷刀侧附近冰晶融化,出现一个冰晶融化的相界面;随着冷刀温度的上升,逐步出现两个冰晶融化的相界面.血液灌注率的存在使组织冻结速度变慢.     

多孔介质通道的分形随机行走描述

多孔介质中的输运过程,如导热、渗流过程,关注的是热量从高温壁面穿过介质到达低温壁面、流体从多孔介质的边界沿孔隙流到另外一端的过程。此类现象可归结为载流子在多孔介质通道(基质或孔隙)中沿外部势差方向的运动过程。多孔介质通道具有分形特征,可以采用分形维数来描述其通道的通透性。本文基于现象的相似性特征,提出并发展了粒子在多孔介质中的方向随机行走模型,用粒子在基质中的方向随机行走过程来模拟真实的热流传输过程;根据分形统计规律得到粒子方向随机行走分形谱维数,并用其描述基质结构的连通性和方向性。研究结果表明,在孔隙率相同情况下,粒子在基质中的方向随机行走分形谱维数与有效导热系数大小有相同的变化趋势。     

含湿建筑材料的导热系数

本文报道了用常功率平面热源法测定含湿加气混凝土砌块导热系数和导温系数的试验结果。发现实测到的总当量导热系数λ随含湿量的增加而单调地递升,名义导温系数α随含湿量的变化曲线却在低含湿量区出现明显的拐点和极小值。文中,对含湿建筑材料在温度梯度下的湿—热迁移机理作了初步探讨,并给出了一种半经验方法,提供了实用的算图(图8)和进行温度修正的式(14)和(15),可由式(13)从实测的总当量导热系数λ中扣除湿迁移影响,由此得到的真导热系数λ_0和含湿量之间呈现线性关系(图7)。     

Modeling the heat transfer problem for the novel combined cryosurgery and hyperthermia system

A multidimensional, finite element analysis (FEA) for the freezing, holding, rewarming and heating processes of biological tissues during the cryosurgery process of the new Combined Cryosurgery/Hyperthermia System is presented to theoretically test its validity. The tissues are treated as nonideal materials freezing over a temperature range, and the thermophysical properties of which are temperature dependent. The enthalpy method is applied to solve the highly nonlinear problem. It was found that when the same boundary condition and the same target tissue presented, the novel Cryosurgery/Hyperthermia System could supply the target tissue an approximative cooling rate, a much lower minimal temperature, a much greater warming rate, and a much greater thermal gradients compared with that of the simplified Endocare system. The numerical simulation indicates that the novel combined cryosurgery and hyperthermia system can provide an excellent curative effect in the corresponding cryotherapy. And the most attractive feature of this FEA framework is that it can be easily mastered by the surgeon without in-depth theory of heat transfer to analyze the cryosurgery process beforehand due to the friendly GUI (graphical user interface) of Ansys software.     

临床低温外科装置

低温冷冻在临床上可用来杀死各类肿瘤组织,冷冻治疗具有许多优越性,如手术过程出血少、痛苦小.文中介绍低温外科装置的工作过程及装置结构,分析冷冻探头的传热过程.最后根据临床应用,对装置的工作压力、冷冻速率、复温速率等重要参数进行讨论.     

低温微创手术治疗探头周围组织温度分布研究

采用低温方法对人体深部肿瘤进行杀伤时,既要求对肿瘤组织有最大的杀伤效果,又要保证正常组织,特别是一些重要器官组织,能免受冷冻伤害。文中对冷冻治疗探头形成冰球的大小、以及冻结界面周围组织温度分布进行传热分析和测试,以给出安全区和危险区的范围,这可以为外科手术医生设计低温手术方案提供参考依据。     

考虑冷热刀刀头温度响应对制定肿瘤治疗计划的影响

本文对冷热联合治疗肿瘤过程中在体生物组织的温度响应进行了深入的数值研究。组织被当作非理想材料,在一定的温度范围内冷冻和融化,并且考虑了未冻结组织和未损伤组织区域的血液灌注及代谢产热的影响。对比考虑和不考虑冷热刀刀头温度响应两种情形的计算结果表明,拟定治疗计划中若不考虑刀头温度响应,则有可能会造成冷热剂量的不足,从而无法彻底杀灭肿瘤。     

基于模拟方法生成血管树的人舌三维温度场数值模拟

采用分步模拟方法生成血管树并以此作为物理模型,进行舌体三维温度场的实验研究与数值计算。计算分为舌体组织和血液温度场数值模拟两部分,相应数学模型也包括舌体组织控制方程、血液控制方程及两者之间的耦合方程。在考虑了血液与组织间的耦合换热,舌津液蒸发的影响基础上,采用数值模拟得到的舌面对流换热系数,使计算结果与红外热像验证极为近似。以模拟方法生成的血管树替代生物体的血管铸型,在某种意义上说将生物体三维传热计算方法的研究推向了一个新的层面。     

The thermal effect of urethral warming during cryosurgery

The heating effect of urethral warming during cryosurgery has been investigated theoretically, via heat transfer simulations. Two warmer configurations have been considered: (i). the clinically available urethral warmer, which has a configuration of a counter flow fluid heat exchanger; (ii). a newly designed urethral warmer, based on a temperature controlled electrical heater, termed a "cryoheater". A dramatic effect of thermal resistance to heat transfer through the heat exchanger wall has been identified, which is absent in the cryoheater. It follows that the cryoheater is expected to be more efficient in generating an unfrozen region around the urethra. It is shown that the conventional heat exchanger may fail to prevent freezing around the urethra in a significant number of prostate cases, depending on the layout of cryoprobes around the urethra. On the other hand, clinical reports exist which suggest that the heat exchanger improves in many cases the outcome of cryosurgery, in terms of long term complications. It is speculated in the current report that the cryoheater can further improve the outcome of cryosurgery, by providing protection from freezing in a wider range of cases. It is suggested that a future study be conducted to examine the correlation between the layout of cryoprobes and surgical outcome.     

Numerical simulation of tissue freezing by liquid nitrogen based cryoprobe

A model is presented to simulate the cooling processes during tumor cryosurgery with different kinds of flows through the cryoprobe. The heat flux between the cryoprobe wall and the tumor, the heat transfer coefficient under different inflow conditions are obtained numerically. The impact of the inlet mass flow rate, gas volume fraction on these parameters is investigated. It is found that the heat transfer coefficient decreased significantly when inflow changed from two-phase annular flow to droplet flow, and to gas flow. The inlet gas volume fraction and flow velocity only significantly affect the freezing ability of the probe when the inflow is gas or in droplet phase. Simulation of the tumor temperature profiles under different flow conditions show that the heat transfer coefficient is a crucial parameter in temperature prediction during cryosurgery. Results indicate that when the cryoprobe wall is assumed at a constant temperature conventionally, the cooling effect could be overestimated. It would be more reasonable to use the constant wall heat transfer coefficient to simulate the cooling progress under a specific flow.     

蔬菜种子干燥中种皮的效应与优化传热传质机理

1前言含水率大的种子在贮存过程中极易发生劣变，使发芽力与发芽势降低山。种子干燥是一个复杂的传热传质过程，而且还涉及到生命力保存的问题。虽然种子的形态存有差异，但是种子的基本结构都是一致的。一般都由胚、胚乳和种皮三部分组成。种皮对种子具有保护与协调的功能，其透气性与透水性决定了种皮是种子与周围环境进行质量与能量交换的必经之路。为此本文综合种子的生物生理特性研究了蔬菜种子干燥中种皮的作用，并结合种皮的生物学功能探讨了优化传热传质的机理。2种皮对干燥的影响实验装置见文献［2］，采用在线测量的方法可连续检…     

血液对流换热的数值计算

在血管壁施加第三类边界条件是计算血液与组织间对流换热的一种近似计算方法.为分析其可行性,用有限元数值模拟方法计算血管分支结构中血液与组织的对流换热,得到不同流速和半径下分支血管内血液的截面平均Nu数沿管长的变化曲线.结果表明,血管树中分支血管的Nu数变化幅度不大,且趋于稳定值的速度很快.以相同边界条件下包含简单血管系统的舌体为例,分别用近似方法和完全耦合计算方法,进行血液流场和舌体温度场模拟.通过比较计算结果,得出两种方法得到的温度场分布趋势基本相同;用完全耦合计算方法得到的舌体温度略高于用近似方法得到的舌体温度,两者差值小于0.2℃.