埋地蒸汽管线热损失影响因素分析

针对高温蒸汽在埋地蒸汽管线中输送会造成热量损失最终导致能源浪费的问题,分析了影响热损失的几个因素,建立了蒸汽管线的物理模型和数学模型,模拟了不同蒸汽温度、不同埋地深度、不同绝热层厚度下的温度场分布,并对不同条件下管线及周边土壤的温度分布规律进行了计算分析。研究结果表明,埋地蒸汽管线的热损失随蒸汽温度、埋地深度、绝热层厚度的变化而变化,其中绝热层厚度对埋地管线的热损失影响最大,绝热层厚度从40mm增加到80mm时,单位长度管线热损失下降110.591kW/m,且对热损失的影响逐渐变小。     

基于近场动力学理论的功能梯度材料瞬态热响应研究

基于近场动力学(peridynamics,简称PD)理论推导了功能梯度材料(functionally graded materials,简称FGMs)的热传导控制方程,给出FGM简化微热导率模型与PD热传导方程离散过程及数值计算格式。编写了PD热传导数值计算FORTRAN程序,并与有限元解及解析解对比验证了程序正确性。计算了以钛合金表面涂覆氧化锆的FGM矩形板温度分布,研究了组分分布形状、孔隙率以及边界温度对FGM瞬态热响应的影响。结果表明:组分形状分布系数增大,使得陶瓷材料占比提高导致FGMs隔热性能增加;孔隙率对温度分布的影响随传热时间的增加而增加,导致FGMs隔热性能降低;温度荷载的升高只会影响FGM陶瓷区一定厚度内的温度响应,该温度分布厚度随传热时间的增加而增大。     

金属-陶瓷梯度材料动态温度响应变物性分析模型研究

以ZrO_2/Ti-6Al-4V金属-陶瓷梯度材料为例,研究了梯度材料在承受热冲击载荷作用时的动态温度响应分析模型问题。研究的重点是分析材料的热导率和热容随温度变化的特性(即变物性特性)对动态温度响应的影响。分析结果表明,当梯度材料承受热冲击载荷作用时,变物性特性对材料的动态温度响应和材料隔热性能预测的影响十分明显,在对梯度材料的隔热性能进行优化设计时,必须采用动态变物性温度响应分析模型和理论进行分析。     

单晶碳和锗薄膜热导率的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学(NEMD)方法分别模拟碳和锗纳米薄膜的法向热导率.模拟结果表明:厚度为2~5nm的碳晶体薄膜在温度为300~500 K的法向热导率显著小于对应的大体积晶体的实验值,并随薄膜厚度的增加而增加,法向热导率与薄膜厚度呈近似线性关系;厚度为2.8175~11.27nm的单晶锗纳米薄膜在温度为300~500 K时的法向热导也存在明显的尺寸效应,薄膜的热导率与其厚度呈近似线性关系,并且随着薄膜厚度的增加而增加.     

石墨烯纳米带导热的分子动力学模拟

利用MEDEA软件建立并优化了单层石墨烯模型,采用非平衡分子动力学方法对单层石墨烯热导率进行了计算。研究了几何尺寸、温度对扶手型石墨烯纳米带(AGNRs)和锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)导热系数的影响。模拟结果表明在相同温度下AGNRs的导热系数高于ZGNRs, GNRs导热系数随着纳米带宽度和长度的增加而增大,且增长近似于线性增加。模拟结果还表明形状对纳米带的热导率有影响,三角形GNRs存在热整流效应且热导率随温度的升高而降低。     

金属—陶瓷梯度材料动态温度响应变特性分析模型研究

以ＺｒＯ２／Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ金属－陶瓷梯度材料为例，研究了梯度材料在承受热冲击载荷作用的动态温度响应分析模型问题，研究的重点是分析材料的热导率和热容随温度变化的特性（即变特性特性）对动态温度响应的影响。分析结果表明，当梯度材料承受热冲击载作用时，变物性特性对材料的动态温度响应和材料隔热性能预测的影响十分明显，在对梯度材料的隔热性能进行了优化设计时，必须采用动态变物性温度响应分析模型和理论进行分析     

硅晶体热导率及点缺陷散射影响的分子动力学模拟

由于材料中存在的缺陷结构会对材料的导热性能造成影响,本文应用逆非平衡分子动力学方法对硅材料的热导率及空位缺陷、间隙原子两种点缺陷结构对材料热导率的影响进行模拟研究.模拟结果表明:由于点缺陷存在时声子与缺陷间的散射作用,材料热导率随两种点缺陷浓度的增加逐渐减小,低缺陷浓度使得材料热导率有更大幅度的降低,随缺陷浓度增加,热导率降低的幅度逐渐平缓;当材料中存在相对较高缺陷浓度时,温度对热导率不再具有显著影响.通过对热阻的分析得出,各温度下含两种点缺陷结构时的相对热阻增量均与所考虑的点缺陷浓度呈线性关系.进一步由此宏观量间的线性关系揭示出微观层面声子、缺陷散射的平均自由程与点缺陷浓度间的反比关系.以线性关系的斜率作为衡量点缺陷对材料热阻(热导率)影响程度大小的影响因子,两种点缺陷的影响因子均随温度的升高而降低,而间隙原子对材料热导率有相对更大的影响.     

SiO_2气凝胶绝热材料传热模型及导热性能研究

常温、真空条件下,SiO_2气凝胶材料的导热性能决定了真空绝热板的表观导热性能,真空条件下影响其等效热导率的因素及对影响因素的规律研究可为芯材和真空绝热板的生产提供理论依据。文章基于气凝胶绝热材料的热导率计算模型,利用MATLAB软件编程计算其有效热导率,研究了压强、密度、纤维体积分数对SiO_2气凝胶绝热材料等效热导率的影响规律。结果表明:常温条件下,随着压强降低,气凝胶的热导率显著降低,压强1 k Pa时,气凝胶的热导率随压强降低趋于平缓,材料内气相热导率降低;密度减小使得固相热导率降低,而同时孔隙率增大使气相热导率增加,二者共同作用时,气凝胶材料存在最佳密度值,导致总热导率最小;纤维体积分数增加,固相热导率增大,增加对材料内部热辐射的抑制,最佳纤维体积分数使复合了纤维的SiO_2气凝胶材料热导率最小。     

碳纳米管对环氧树脂热导率影响的模拟研究

采用有限元法建立空间弯曲随机分布CNTs/环氧树脂复合材料三维数值模型,揭示其导热机理,定量探究了CNTs与环氧树脂界面热导、CNTs间接触热导以及CNTs体积含量对复合材料模型热导率的影响,并通过相关实验验证了模型的有效性.研究结果显示:界面热导越大,复合材料热导率越高;低体积含量条件下,由于较小的CNTs间接触面积使得接触热导对复合材料热导率影响并不显著,但其影响效果仍会随碳纳米管体积增加而提高;CNTs体积含量对该复合材料热导率影响则遵循如下规律,即当界面热导大于临界值1×106 W/(m2·K)时,CNTs含量越高,复合材料热导率越大;界面热导小于临界值1×106 W/(m2·K)时,CNTs含量越高,复合材料热导率降低越多.     

围岩与隔热结构热学参数对巷道温度场影响的正交数值模拟

为研究高温巷道围岩 - 隔热支护体系热学参数对温度场的影响,建立 25 组数值试验模拟巷道温度场,选定衬砌热导率、衬砌厚度、原岩热导率、原岩温度为影响因素,以巷道壁面温度、调热圈半径、壁面与原岩温度差为目标因子,进行正交试验分析,得到各因素对壁面温度、调热圈半径影响顺序为原岩热导率＞原岩温度＞衬砌厚度＞衬砌热导率;对壁面与原岩温度差影响顺序为衬砌热导率＞原岩温度＞原岩热导率＞衬砌厚度。最后,拟合出壁面温度、调热圈半径的热学参数公式,拟合程度较高。结果表明：采用低热导率的隔热喷层能够延缓围岩散热和减少巷道风流对围岩温度场的扰动,但围岩自身热物理属性对巷道温度场起决定性作用。研究对主动隔热巷道温度场分布,合理安排隔热支护有一定积极意义。     

衬底效应对LiTaO3薄膜制备的影响

用溶胶凝胶法在N型硅、P型硅、石英、铂、镍衬底上制备了钽酸锂(LiTaO3)薄膜,用XRD和SEM对钽酸锂薄膜性能参数进行了表征;发现掺杂少量环氧树脂能提高钽酸锂薄膜的均匀性,改善薄膜与衬底的粘附性;研究了衬底效应与薄膜厚度的关系,薄膜厚度超过0.2 μm,Ni衬底的XRD峰值强度几乎不再出现,说明衬底对薄膜初始结晶取向有重要影响;利用不同衬底上生长钽酸锂薄膜,XRD研究结果表明:N型硅、P型硅、石英衬底上只能制备多晶钽酸锂薄膜,铂衬底上制备的钽酸锂薄膜在(012)晶向有强大的择优取向性,镍衬底上制备的钽酸锂薄膜有更好的C轴择优取向性,C轴择优取向系数可达0.082。     

Thickness Dependence of Structural and Optical Properties of Chromium Thin Films as an Infrared Reflector for Solar-thermal Conversion Applications

The thermal emittance of Cr film, as an IR reflector, was investigated for the use in SSAC. The Cr thin films with different thicknesses were deposited on silicon wafers, optical quartz and stainless steel substrates by cathodic arc ion plating technology as a metallic IR reflector layer in SSAC. The thickness of Cr thin films was optimized to achieve the minimum thermal emittance. The effects of structural, microstructural, optical, surface and cross-sectional morphological properties of Cr thin films were investigated on the emittance. An optimal thickness about 450 nm of the Cr thin film for the lowest total thermal emittance of 0.05 was obtained. The experimental results suggested that the Cr metallic thin film with optimal thickness could be used as an effective infrared reflector for the development of SSAC structure.     

一种两级微桥结构快速测温微型传感器的研制

设计了一种新型薄膜热电阻温度传感器.传感器感温结构由基片（Si）/绝缘层（SiO₂）/感温部（Pt）组成,Pt薄膜片以悬空的微桥连接方式搭接在SiO₂片上,SiO₂片也以同样的方式搭接在Si片上,以此构成两级微桥机构.较之传统温度传感器,该感温部件采用悬空布置结构可使测温过程中的热损失大为减少,并能保证温度传感器热响应的线性度和可靠性. 通过ANSYS有限元软件仿真Pt薄膜片在不同厚度SiO₂片下的温度分布情况. 当SiO₂片厚度为2μm,该传感器热响应时间常数达到最小的10ms,与SiO₂片厚度为5μm 和10μm相比其时间常数减小了50%以上. 研究结果表明:在温度测量过程中,SiO₂片厚度对感温的Pt薄膜片热损失影响很大,在设计中应尽可能减小SiO₂片厚度.     

电泳-电沉积法制备Ni—Fe2O3复合镀层及其氧化性能研究

先采用电泳沉积工艺在Ni基体上均匀沉积Fe2O3膜,然后采用电镀技术在Fe2O3膜中沉积金属Ni,得到含Fe2O3质量分数较高的Ni-Fe2O3复合镀层。分析了沉积电压对电泳沉积Fe2O3膜厚度的影响,研究了镀层的高温氧化性能,并对其氧化机理进行了探讨。使用傅里叶红外光谱、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪对镀层的截面形貌、成分等进行了研究。结果表明：通过改变阴阳两极之间的电场强度或调整两极之间的距离,电泳沉积Fe2O3的厚度会发生很大的变化;经过一定温度热处理后,电泳沉积层中的有机物去除干净;使用电泳一电沉积法制备的Ni-Fe2O3镀层与基体之间的结合界面紧密、完整;复合沉积层在1000℃高温条件下氧化后可以得到镍铁尖晶石结构的物质。     

轻质陶瓷隔热材料的制备及其性能表征

以短切莫来石纤维为原料,硅溶胶为黏结剂,采用浸渍过滤的方法制备陶瓷隔热材料。该材料气孔率高达89．95％,体积密度仅为0．262g／cm^3,常温耐压强度为338．16kPa,200℃下导热系数λ为0．067W／（m·K）,具有轻质多孔陶瓷隔热材料的典型特点。     

金属热防护系统纤维隔热材料的传热分析

介绍了一种在设计金属热防护系统中计算纤维隔热材料厚度的方法。采用能量方程和光学厚近似的方法对纤维隔热材料在再入过程中的热传递建立了传热模型,并对3种不同密度的纤维隔热材料进行了有效导热系数的测试。利用部分温度下的有效导热系数,采用遗传算法对纤维隔热材料的辐射衰减系数进行了优化。利用其余温度下的有效导热系数验证了优化后的传热模型的正确性。最后采用优化后的数值模型对再入过程进行了模拟,通过计算得出采用密度为96 kg/m3的纤维隔热材料的金属热防护系统总重量最轻。     

基于RHEED图像外延GaN基薄膜表面晶格演变分析

通过阐述外延薄膜进行原位监测的反射高能电子衍射(RHEED)以及RHEED图像的条纹或点阵与GaN基薄膜表面形貌的关系,提出了基于RHEED图像分析外延GaN基薄膜晶体结构演变情况,从衬底α-Al2O3的氢氮等离子体清洗、氮化、生长缓冲层以及生长外延层进行具体的分析、比较和演算.结果表明衬底在清洗前后表面晶格常数基本保持一致,对于氮化层、缓冲层以及外延层情况,表面原子层处于应变状态.     

蓝宝石/氮化铝衬底上SiC外延薄膜的X射线衍射分析

介绍了在蓝宝石／氮化铝复合衬底上外延生长碳化硅薄膜材料的工艺技术。通过在蓝宝石衬底上预淀积一层薄的氮化铝缓冲使碳化硅薄膜的成核和黏附性得到很大的改善。用多种Ｘ光衍射方法对生长在蓝宝石／氮化铝复合衬底上的碳化硅薄膜的结构进行了分析,结果表明,可在这种衬底上成功地生长 出６Ｈ－ＳｉＣ单晶薄膜。     

Effects of Thickness on the Electrical Conductivity of Sputtered YSZ Film with Nanocrystalline Columnar Microstructure

In order to investigate the effect of the thickness on the electrical conductivity of yttriastabilized zirconia(YSZ) film, the nanocrystalline columnar-structured YSZ film with thickness of 0.67-2.52 μm was prepared by magnetron sputtering through controlling the deposition time. All the sputtered films with different thicknesses consist of the main phase of cubic YSZ as well as a small amount of monoclinic YSZ. The thicker films exhibit a typical columnar grain structure based on the fractured cross-sectional SEM observations. The average diameters of columnar grains increase from about 40 nm to 100 nm with the film thickness from 0.67 μm to 2.52 μm according to TEM analysis. The thinnest YSZ film with 0.67 μm thickness shows the highest apparent electrical conductivity in the four films in 400-800 ℃ due to the contribution from the highly conductive film/substrate interfacial region. On the other hand, the real electrical conductivities of YSZ films increase with film thickness from 0.67 μm to 2.52 μm after eliminating the contribution of the film/substrate interface. The increasing film thickness leads to the grain growth as well as the decrement in the volumetric fraction of the resistive columnar grain boundary and a consequent higher real electrical conductivity.     

The growth of γ-LiAlO2 layer with a highly-preferred orientation on (0001) sapphire

Using vapor transport equilibration (VTE) technique we succeeded in the fabrication of single-phase γ-LiAlO2 layer on (0001) sapphire substrate. X-ray diffraction indicated that the as-fabricated layer was highly textured with [100] orientation at proper VTE treatment temperature range from 1050℃ to 1100℃. The main factors affecting the quality of the γ-LiAlO2 layer were investigated by SEM and transmission spectra. These results reveal the possibility of fabricating γ-LiAlO2 (100)// sapphire (0001) composite substrate for GaN-based epitaxial film by VTE.