水雾强弥散条件下高温温场多光谱成像反演

高浓度水雾条件下的表面高温温场反演测量在航空航天、冶金铸造等工业领域有着重要的应用。由于水雾的弥散作用,高温表面的辐射透过水雾后,会出现强烈的衰减和散射,导致传统辐射测温方法出现很大误差。现有水雾弥散条件下的温场反演测量主要包括基于试验数据反推及实时测量水雾参数进行修正的测量方法,并基于辐射传输理论对测量结果进行误差分析和评估,测量方式多为单通道或双通道点辐射测温。基于水雾场红外光谱辐射特性的计算,提出了一种水雾强弥散条件下表面高温温场多光谱成像反演方法;根据辐射传输理论,考虑强弥散条件下的邻近效应,建立了相应的反演模型。在水雾场相关参数未知的情况下,通过三个透过水雾场后的高温目标长波红外光谱辐射图像,反演得到表面高温温场的真温分布。反演第一步是辐射温度场反演,即通过长波红外辐射图像,根据定标曲线和高温目标的光谱发射率先验数据,得到高温目标透过弥散水雾场经过发射率校正的辐射温度场;反演的第二步是根据三通道非线性反演模型,得到目标的真温温场分布。设计了一个长波红外三光谱通道反演测量装置,中心波长分别是8.8, 10.7和12.0 μm,对高温目标进行三个长波红外光谱通道的同时探测成像。设计了一套验证测试装置,利用标准高温黑体源和水雾弥散设备,进行了高温目标水雾弥散条件下的辐射图像采集和目标温度的反演试验。试验结果表明8～14 μm长波红外波段比短波波段对水雾弥散具有更强的抗干扰能力,在1 100和1 200 ℃典型温度点反演的平均误差在7%左右,大大减小了未经校正的辐射传输失真,适用于黑体和灰体高温目标,且无需水雾场的浓度和粒径分布等先验信息,基于多光谱成像信息的水雾弥散条件下温场反演方法具有一定的普适性和创新性。     

交联对硅橡胶热导率影响的分子动力学模拟

硅橡胶具有绝缘、耐热等优势,在热界面材料中具有重要的应用.通过非平衡分子动力学方法计算了不同交联密度下的热导率.结果表明随着交联密度的变大,热导率逐渐升高. 80%的交联密度可以使热导率提高40%,这是由于交联形成的空间网状结构缩短了热量沿着原子链传递的长度,使热导率有较大的提升.在相同交联密度下,键位置对热导率影响较小,端部交联和中间交联时热导率没有显著差异.但是交联活性点的间隔增加有利于热导率提高.计算了不同交联密度下的声子态密度,分析交联结构的导热机理.     

矩形方腔内流动分叉现象的数值研究

为了研究矩形方腔内空气的流动特性,本文对不同初始条件、不同雷诺数下方腔内的流动状况进行了数值模拟。计算结果表明,当方腔内的雷诺数较大时,方腔内空气的流动会出现分叉现象,即对不同的初始条件,尽管边界条件完全相同,计算所得的流场却不一样。而当雷诺数小于某一值时,流场与初始条件无关,无分叉现象出现。     

空气冷凝换热器模拟中几个问题的研究

本文建立了空气冷凝换热器简化动态模型及凝结液膜厚度模型。利用该模型计算了膜状凝结时液膜厚度和速度沿流程的分布,结果表明在计算时可以忽略液膜的导热热阻;通过对简化模型的分析发现在一定条件下冷凝换热器通道内的湿空气可能达到过饱和状态,但分析表明不会产生结雾,计算时不需要考虑;通过分析及计算发现冷凝换热器存在最佳去湿流量,使得去湿量最大,在对载人飞船进行湿度和温度控制时要考虑这一因素。     

壁面对纳米管轴向导热影响的MD模拟与分析

纳米管是一种有着广泛应用前景的纳米材料,作为初步研究,本文采用非平衡分子动力学模拟方法和LJ势函数研究了氩结构纳米管的轴向热导率随着纳米管的温度、厚度和长度的变化,并对结果进行了分析。研究表明:在温度为12-60K的范围内,纳米管的轴向导热率随着温度的升高先上升,然后很快下降,再比较缓慢下降。氩纳米管的轴向导热率随着壁厚的增加先是基本不变,然后出现一个极大值。本文分析了产生极值的原因。     

Applicability of minimum entropy generation methodto optimizing thermodynamic cycles

Entropy generation is often used as a figure of merit in thermodynamic cycle optimizations. In this paper, it is shown that the applicability of the minimum entropy generation method to optimizing output power is conditional. The minimum entropy generation rate and the minimum entropy generation number do not correspond to the maximum output power when the total heat into the system of interest is not prescribed. For the cycles whose working medium is heated or cooled by streams with prescribed inlet temperatures and prescribed heat capacity flow rates, it is theoretically proved that both the minimum entropy generation rate and the minimum entropy generation number correspond to the maximum output power when the virtual entropy generation induced by dumping the used streams into the environment is considered. However, the minimum principle of entropy generation is not tenable in the case that the virtual entropy generation is not included, because the total heat into the system of interest is not fixed. An irreversible Carnot cycle and an irreversible Brayton cycle are analysed. The minimum entropy generation rate and the minimum entropy generation number do not correspond to the maximum output power if the heat into the system of interest is not prescribed.     

辐射(火积)耗散与空间辐射器温度场均匀化的关系

(火积)理论是针对传热优化发展起来的,并获得了越来越多的应用。本文基于辐射(?)原理,对空间辐射器散热过程中的散热量分布、发射率分布和散热面积分布问题进行了分析。对于以上三类优化分布问题,理论分析和数值计算均表明,辐射器最小的辐射(?)耗散和辐射热阻均对应于散热表面均匀的温度场。因此,辐射(?)原理可用于空间辐射器的温度场均匀化设计。     

积与积减原理

文章分析了重力势能、引力势能、电荷势能、化学势能、热量势能、质量积、动量积等多种势能,发现它们均可表达为一种守恒广延量和对应的强度量的乘积,因此可将其统一定义为"积".基于积这一概念,文章得到了孤立系统内守恒广延量传递过程的积减原理,即孤立系统内进行的守恒广延量传递过程中系统的积总是减小的.进一步,文章还基于积的概念发展了孤立系统和封闭系统的势平衡判据,发现孤立系统达到势平衡状态时,系统的积达到最小值(最小积原理);当封闭系统达到势平衡状态时,系统的准自由积达到最小值(最小准自由积原理).上述结论应用于传热学中即可得到热量传递过程的(火积)减原理及相应的热平衡判据.与热力学中的核心概念熵相对应,由于物理量(火积)可以描述传热过程的不可逆性,作为传热过程的优化准则,度量系统的无序度,并给出系统的热平衡判据,因此(火积)是传热学中的核心概念. 关键词： 势能 积 积减原理 平衡判据