有限厚度冻冰相变过程的传热研究

1前言确定相界面的瞬态位置是求解冻冰相变问题的重要部分。目前对于有限区域相变问题还没有可靠的精确解[1]。冻冰过程最简单分析方法是忽略固液两相的显热变化，建立相界面移动的准稳态传热关系式，近似预测固一液相变位置[2-4]。本文将考虑液、固相中显热的变化，对有限厚平板冻冰过程，采用精确解与积分解相结合的方法，分析冰层冻结过程中的固一液相界面、边界热流密度和贮入固、液相内的冷量随冻冰时间的变化规律。2物理一数学模型分析该研究的问题是一块贮冷板的两侧面直接与一个低温蒸发器直接接触，使贮冷板内冻冰贮冷。通常蒸发器…     

一维球、柱Stefan反问题的分析和数值研究

一、引言 在食品冷冻、生物材料冷藏、烧蚀及冶金等工程技术中存在大量相变问题,因此,对相变问题的研究有极其重要的实际意义。摄动法求解是研究该问题的一种有效方法。本文用摄动法研究了一维圆球、圆柱相变反问题,其主要特点是已知相变界面的运动规律,求解圆球、圆柱内的温度场和边界条件表达式。本文在研究该问题时,采用了正则摄动和奇异摄动方法(用于得到全场一致有效的解),并用数值解进行了可靠性验证。     

非等温相变问题的双倒易边界元法求解

对铅-锡合金的相变问题,本文采用含扩展项的轴对称双倒易边界元方法计算了圆柱中界面沿轴向运动的非等温相变过程。与特定条件下解析解的比较,验证了该方法的正确性,为类似的晶体生长非等温相变问题提供了一种有效的求解方法。     

分形理论结合相变动力学的冷表面结霜过程模拟

运用分形理论并结合相变动力学模拟冷表面上结霜过程.在相变动力学基础上成功模拟了结霜初始阶段水蒸气在冷表面上凝结、液滴生长及冻结过程,随后运用分形理论的有限制的扩散凝聚(diffusion limited aggregation,DLA) 模型模拟了霜晶在冻结液滴表面上的形成生长过程.模拟结果与实验结果取得良好的一致,模拟过程中凝结液滴出现及冻结的时间与实验结果几乎完全符合;液滴冻结之前其表面接触半径随时间变化的模拟结果与实验结果基本一致,同时模拟霜层厚度与实验测得霜层厚度也非常接近.研究结果对于探讨分形理 关键词： 分形 相变动力学 结霜 模拟     

热储能系统中二维多重相变问题第二类边界条件的双倒易边界元解法

本文发展了二维非定常热导热并带有多重相变运动边界问题的双倒易边界元方法．对热储能系统中相变材料的多重相变运动边界问题进行了模拟，得出了温度分布及相变界面随时间的变化，结果表明，双倒易边界元方法能够很好地处理这类问题．     

伊辛模型的四分支临界面及其临界行为

本文通过等标度同普适类变换理论,使严格的重正化群递推方程得以直接应用。对伊辛模型的计算产生了四个不动点、四支临界面。对应于铁磁及反铁磁相变,其结果与已知的严格解及最好近似解一致。对于超反铁磁相变,本文提出临界曲面方程为—ch(h)=sh(2K_x)sh(2K_y)。 关键词：     

盐对DNA相变影响的非线性特性研究

在Prohofsky，Peyrard-Bishop等提出的描述DNA双螺旋分子结构模型以及实验测量的基础上 , 给出了与盐(指NaCl)浓度有关的哈密顿模型, 得到了非线性动力学方程及扭结孤波解.并 由此求出了DNA变性相变所需要的Peierls相变力. 进一步讨论了盐浓度对相界面和相变力的 影响, 得到的结果与实验测量一致. 关键词： DNA 盐浓度 相界面 相变力     

NiTi合金相变过程中界面动力学的内耗研究

本文采用同时测量内耗、模量及电阻的方法,对NiTi合金变温过程中所发生的正、反马氏体相变及可逆I/C相变进行了系统的研究。结果表明,变温马氏体相变及I/C相变过程中内耗均为粘弹性型内耗,是相界面在克服粘滞性阻力而运动时引起的。从界面动力学出发,研究了相变过程中界面的运动动力学行为。由实验数据求得了马氏体相变过程中界面动力学关系的具体表达式为:V=V^*exp(—△G^*/△G—△G_R);相变过程内耗表达式为:Q^-1=(n²)/2·(μ△G^*)/((△G—△G_R)²)·(dF)/(dT)·T/ω;相变阻力△G_R约为10cal/mol的数量级。讨论了相变过程中的“软模”效应。马氏体相变过程中的模量“软化”来自声子模的软化和界面运动引起的附加模量亏损两个方面。 关键词：     

人工土壤冻结过程的计算机模拟

针对用液氮或液态CO2对建筑物地基实施冻结处理的相变传热问题，进行了计算机数值模拟研究。相变导热方程采用了显热容法进行分析处理。采用自编程序对单管冻结速度、土壤容积含水率的影响和冷冻管布置方式的优化等问题进行了计算研究。最后针对某一实际工程应用给出了冷冻管布置的优化方案。     

喷雾冻结中液滴的换热研究

以单个雾化液滴为研究对象,建立了液滴冻结传热过程以及运动过程的数学模型并验证了模型的可靠性,分析了顺逆两种风向下竖直喷射不同直径液滴的完全固化时间、质量损失率、总换热量以及冻结行程的变化规律,对比了倾斜喷射的液滴的运动情况.结果表明:液滴的完全固化时间和总换热量均随直径的增大而增大;液滴的质量损失率为3％左右,且随着直...     

基于伪焓法的多孔介质固液相变格子Boltzmann方法

格子Boltzmann方法是求解相变材料(PCM,phase change material)固液相变界面上复杂质量、能量和动量传递的有效方法。本文将伪焓LB模型推广至多孔介质固液相变中,构建相应的LB模型,并通过焓和温度的关系,获得下一时间步的焓、温度和对应液相率。为验证多孔介质固液相变LB模型的正确性,本文分别对一维Stefan问题和二维方腔多孔介质内固液相变问题进行求解。结果表明,在无自然对流作用下(一维Stefan问题),本文所构建模型能精确还原温度分布,与解析解相对误差控制在2%以内。除此之外,本文模型能反映自然对流对固液相变过程的影响,与已有工作差别较小,能准确追踪固液相变界面位置。     

相界上运动位错的弹性场

本文推广Eshelby等人关于无限各向异性介质中静止直线位错的处理方法,提出了计算两相介质中相界面上匀速运动位错弹性场的方案。本文所提出的简便方法有一般的适用性,可直接用于研究在相界面上高速运动的相变位错的行为,从而有助于理解位错运动在无扩散相变过程中的作用。最后对本文的方法及观察到的场中的间断面作了简短讨论。 关键词：     

Cu-Al-Be合金逆马氏体相变过程中内耗的等温变化研究

本文研究了Cu-Al-Be合金等温逆马氏体相变过程中内耗的变化规律.研究发现,在相变温区,样品内耗值随等温时间的延长而有规律地下降.我们认为,这一现象是由于晶体内部缺陷运动引起的.在等温过程中,点缺陷向界面偏聚,逐渐限制界面移动,引起内耗的下降.     

分析半透明单晶生长传热过程的边界元方法

论文发展了一个能求解带相变运动界面非定常传热和非线性热物理特性问题的双倒易边界元方法。数值模拟了半透明单晶生长中热过程的一个例子。由于方法是纯边界积分方法,计算量与计算内存都大大减少。获得了单晶生长过程瞬态温度场分布和固液相界面形状时间推进的一些结果。     

Cu-Al-Be合金逆马氏体相变过程中内耗的等温变化研究

本文研究了Cu-Al—Be合金等温逆马氏体相变过程中内耗的变化规律。研究发现，在相变温区，样品内耗值随等温时间的延长而有规律地下降。我们认为，这一现象是由于晶体内部缺陷运动引起的。在等温过程中，点缺陷向界面偏聚,逐渐限制界面移动，引起内耗的下降。     

相变微胶囊复合板相变传热数值研究

本文以相变微胶囊复合板隔热组件为研究对象,基于焓法方程建立了蓄热/隔热型耦合相变传热数值模型,预测了板内的温度分布、相界面移动等响应特征,系统地分析了Stefan数及相变温度区间对传热的影响。结果表明:相变微胶囊板内固相界面的移动速度大于液相界面,固相界面消失后,液相界面移动明显加速;固、液相界面移动速度随Stefan数的增大而增快,同时板内整体温度水平升高;固相界面移动速度随着相变温度区间的增大而增快,但相变温度区间对相变材料完全熔化所需时间影响不大。     

Fe合金FCC-BCC原子尺度台阶型马氏体相界面迁移行为的分子动力学模拟研究

两相界面的原子尺度结构对相界面迁移行为具有重要影响.高分辨透射电子显微分析表明钢中马氏体相界面具有高度为若干原子层间距的台阶结构,然而目前Fe合金马氏体相变的模拟研究工作中绝大多数使用非台阶型相界面结构作为模拟初始模型.本文基于拓扑模型和相变位错理论构建了Fe合金FCC/BCC台阶型相界面初始模型,采用分子动力学模拟方法研究了Fe合金马氏体相界面的迁移行为.研究结果表明,当两相界面具有约束共格匹配关系及台阶结构时,体系发生FCC→BCC马氏体相变并呈现典型的非扩散切变特征;相变过程中FCC/BCC宏观尺度相界面沿其法线方向以(4.4±0.3)×10~2 m/s的速度迁移,且相界面在迁移过程中始终保持稳定的台阶结构和相对平直的宏观界面形貌特征;相变位错的滑移速度高达(2.8±0.2)×10~3 m/s,相变位错阵列沿台阶面的协同侧向滑移不仅是马氏体台阶结构宏观相界面迁移的微观机制,也是马氏体相变宏观形状应变的主要来源;采用分子动力学模拟方法获得的Fe合金马氏体相变晶体学特征参量与拓扑模型的解析解数值非常接近,相变产生的整体宏观形状应变由平行于相界面的剪切应变和垂直于相界面的法向应变两部分组成.     

半透明介质相变中的辐射变物性问题

半透明介质相变传热在许多工程领域引起关注,其实质是变物性条件下伴随相变的辐射-导热瞬态耦合传热问题,其难点在于相变过程中的辐射变物性问题,尤其是折射率的时空演变问题.本文首次研究相变过程中的变折射率问题.假设相变介质存在固相-糊状-液相区,固/糊界面、液/糊界面假定为半透明漫反射.采用多层辐射传递模型模拟相变介质内的辐...     

固定温度界面对相变波传播规律的影响

冲击载荷作用下,相变波的传播及相互作用是一热力耦合过程。采用理论和实验相结合的方法研究了固定温度界面对相变波传播特性的影响。首先基于形状记忆本构模型和一维特征线理论分析了各类间断面和温度界面的基本相互作用规律,发现温度界面对相变波的作用与相变波强度及界面两侧温度的相对高低有关;然后进行了相变波在具有固定温度界面的形状记忆TiNi杆中的传播实验,并实时测量了相变波传播过程中的温度变化。实验结果与理论分析基本一致,冲击载荷作用下相变波不仅是物质间断面,还是移动的温度界面。     

蓄冰球内多孔泡沫金属对流体冻结传热影响的试验研究

通过试验比较注有相同水量的多孔泡沫金属蓄冰球与普通蓄冰球冻结传热过程的动态特性,研究了多孔泡沫金属对蓄冰球内流体冻结传热过程的影响。试验发现:两种蓄冰球中的流体工质均需达到一定过冷度后才发生相变;在相同制冷工况下,蓄冰球内多孔泡沫金属流体工质进入相变状态快,并且完成工质总相变过程的时间短。研究表明,多孔泡沫金属具有良好的动态相变换热特性,能有效强化蓄冰球内流体冻结传热。