光学热带法测量固态材料热物性研究

针对接触式瞬态热带法测量导热系数时,加热丝和样品间接触热阻,会影响实验测量结果以及对固体样品形状大小要求较高的现状,根据瞬态热带法原理,本文提出了一种光学瞬态热带法来测量固体材料的导热系数。采用连续激光为加热源,通过透镜将光斑放大并聚焦照射在样品表面,实现样品非接触式测量。构建二维导热模型,采用红外热像仪记录样品表面温升随时间的变化关系,根据导热理论模型求出待测样品的热扩散系数及导热系数。以K9和石英玻璃为样品对本套测量方法进行验证,制备并测量了纯石蜡、0.5%和1%石墨烯-石蜡的固态复合相变材料的导热系数,探讨了影响实验结果的潜在因素。     

基于激光快速加热的金属材料热扩散率及导热系数快速测量方法的研究

基于激光高能快速加热和多点温度计算机自动采集技术，以一维不稳定导热模型为核心，设计了金属材料导热系数的实验测量方案，并实测了304不锈钢的导热系数，测试结果具有较高的工程精度。     

无机盐储热材料高温导热系数测量装置及方法

针对工程应用中无机盐储热材料铸态组织的高温导热系数值与实验室常规测得值不一致的问题,基于恒定升温速率法建立数学模型,设计并搭建无机盐铸态组织高温导热系数测量装置,并详述测试方法。以分析纯NaCl为例,测得530~650℃之间平均导温系数为9.39×10-7m2/s,平均导热系数为1.72W/(m·K)。温度-时间拟合直线与理论预测一致;并以测得导热系数作为已知参数进行有限元模拟,时间-温度曲线与实验值吻合良好。证明该测量方法获得的导热系数值准确可靠,且该测量装置能获得某一温度段上任一温度点处的导温系数和导热系数值,测试温度范围更适于中高温段;装置简单易建,对样品限制小,操作简便。     

保温用天然生物质材料的热湿特性

实验分析一些廉价天然材料(椰壳和花生壳)的导热特性。利用同心球稳态测量方法测量确定椰壳和花生壳的导热系数,以及导热系数随温度的变化规律,同时以硅酸铝纤维材料为标准试样,与天然材料的导热性能进行对比分析。还对这些材料的低温吸湿作了初步测试,分析此类材料作为低温绝热材料的吸湿特性。研究结果表明,所有材料的导热系数均随温度的升高而增大,且增大速率都近似相等。影响天然生物质材料导热性质的因素主要有：纤维或多孔固体材料中的导热、孔隙中空气的对流换热,如果温度足够高的话,还有辐射换热。     

用于现场测量深层岩土导热系数的简化方法

为便于工程上实现应用现场测量确定实际介质的物性,采用一种简化的传热分析方法确定深层岩土导热系数。该方法不需要测量钻孔中埋管的具体位置、上升管和下降管之间的距离以及埋管和回填材料的特性等参数,可消除上述参数测量带来的误差。通过现场测量地下埋管回路的加热热流、回路循环水流量以及回路出入口水温度随时间的变化,利用简化分析和最优化估计方法,确定了某工地地下岩土的导热系数,检验证实了该方法的实用性和可靠性。     

隔热材料导热系数的数值模拟预测

对氧化锆空心球隔热材料进行合理的简化,用数值模拟方法计算氧化锆空心球隔热材料导热系数,并分析空心球半径、温度、发射率等对导热系数的影响。数值模拟结果表明,减小空心球半径,降低空心球表面发射率,抽真空等都有助于降低隔热材料导热系数。数值模拟与实验测量结果良好吻合,用数值模拟计算隔热材料导热系数是一个行之有效的方法。     

高温隔热纤维结构材料绝热特性分析

高温隔热纤维结构的绝热特性是决定金属热防护系统工作性能的关键因素。文中应用有限元法及有限容积法对理想化的纤维结构模型进行了数值研究,得出了纤维结构内部稳态下的温度场、热流场及速度场分布,并在此基础上计算得到纤维结构的等效导热系数,分析了温度、内部气体压力以及纤维结构密度对等效导热系数的影响。所建物理模型和分析方法可行,计算结果与实验结果吻合较好。     

生物质多孔燃料层辐射加热热解过程的影响因素分析

在分析辐射加热条件下生物质多孔燃料层热解过程特点的基础上,建立了该过程的传热传质模型,采取隐式和半隐式相结合的有限差分方法进行离散求解。在热解过程中,生物质燃料层未热解区、热解区和炭化区共存。热解过程为传热所控制。数值模拟结果表明,生物质物料层和焦炭层的有效导热系数、物料层初始堆积密度、加热温度和加热时间等因素对燃料层热解过程均有影响。辐射加热温度、有效导热系数的增加有助于生物质燃料层的热解过程。     

新浇筑混凝土热学参数现场试验与分析

寒冷地区自然入仓情况下混凝土浇筑温度难以得到保障,高拱坝需要较好的完整性才能保障结构的安全,不建议长间歇,由此需要准确地计算分析寒冷地区极端条件下的浇筑温度保障措施。由于新鲜混凝土自由水分含量与老混凝土存在较大区别,因此新浇筑混凝土表面等效热交换系数、导热系数、导温系数与老混凝土也可能存在较大差别,需要进行试验确定。因此,针对新浇筑混凝土布置试验,对距离坯层表面不同位置混凝土温度进行监测,提出相应的参数反演方法,对混凝土导热系数、导温系数和表面等效热交换系数进行反演分析。结果表明,新浇筑混凝土表面等效热交换系数、导热系数、导温系数与老混凝土存在较大差别,导热系数和导温系数为老混凝土的1.67倍,裸露时新浇筑混凝土表面等效热交换系数则为老混凝土的7.78倍。这些差异造成的计算误差足以影响施工措施的制定。该试验结果可以为坯层浇筑期间混凝土温度变化计算提供参考。     

实验炉内钢坯传热过程及其氧化烧损的数值模拟研究

以实验加热炉为研究对象,建立三维非稳态钢坯加热过程的氧化烧损模型,并根据等效热阻法和等效质量法,将钢坯加热时氧化层的动态增长过程,转化为氧化层的当量导热系数和当量密度的动态变化过程.基于数值模拟方法,研究了实验炉内钢坯加热过程中表面氧化烧损量以及氧气浓度、所处位置的氧化层对钢坯加热过程的影响及其氧化烧损量随时间变化规律.结果表明:在钢坯加热的过程中,氧化层增大了钢坯与烟气之间的换热热阻,加热到最终温度时,换热热阻是原来的2倍,钢坯升温速率明显减小;在炉内的加热时间越长,钢坯氧化烧损逐渐增加,到一定程度之后趋于平缓;当加热到相同温度,氧气浓度从0.41％升至0.995％时,氧化烧损量从9.5 kg/m2增加到16.8 kg/m2.     

激光脉冲法测量半透明材料的热扩散率

激光脉冲法测量半透明材料导热性能时,包含了热辐射传热的贡献。提出了一个新的物理模型,将传导和热辐射的耦合传热分开,通过对相关参数的估计,使模型模拟曲线与实际探测曲线一致,此时计算得出的热扩散率为半透明材料的传导热扩散率,所得结果与采用反射层去除热辐射的方法所得结果吻合。方法可大大简化激光脉冲法测量半透明材料的实验镀膜工艺,可减小测量薄膜材料时镀膜带来的偏差。     

纳米流体稳定性及其导热性能研究

为了探究影响纳米流体稳定性和导热系数的因素,采用一步法和两步法分别制备了SiO_2-EG/DW(50∶50)纳米流体和SiO_2-EG纳米流体,探讨团聚体等效直径对纳米流体稳定性的影响。基于瞬态热线法的原理,测量一步法纳米流体的导热系数,分析温度和纳米颗粒质量分数对其导热系数的影响。结果表明:相比一步法制备的纳米流体,两步法纳米流体内团聚体的沉降速度增加了10~3倍,团聚体等效直径对纳米流体稳定性具有关键性的影响。纳米流体导热系数与温度和纳米颗粒质量分数呈线性正相关,纳米流体质量分数为15%时,80℃的样品导热系数相比40℃时提高了5.2%;60℃时,质量分数6%的纳米流体导热系数相比基液提高了6.4%;质量分数增加到15%时,导热系数相比基液提高了15.8%。     

砂石混合体的导热性能影响因素分析

为了分析地应力等因素对岩土体热力学性质的影响机理,课题组对大型直剪仪进行了改装,并在试样室内安装了加热系统、热流密度传感器、测温系统,组建了能对大颗粒砂石混合体导热系数进行测定的试验装置。基于稳态热平板法原理,利用该试验装置进行了干燥砂土导热系数的测定,并与基于瞬态法原理的DRE-III多功能快速导热测试仪的测定结果进行对比,验证了该试验装置的可靠性。在此基础上,利用改装的试验装置对不同固结压力、不同含石率条件下含有大颗粒粒径的砂石混合体进行了导热系数的测量试验。分析结果表明,增加含石率可以改善砂石混合体颗粒间的接触情况,施加固结压力后砂石混合体的干密度得到了提升,砂石混合体的导热系数随着含石率和固结压力的增大而增大。文章还利用DRE-III多功能快速导热测试仪对不同含水率情况下砂石混合体的导热系数进行测定,得出低含水率时随着含水率的增大砂石混合体的导热系数增幅明显。文章的研究结果为浅层地热开发中地埋管的设计与施工提供了重要的参考。     

垂直U型地埋管换热器的数值模拟分析

采用Fluent软件对垂直U型地埋管三维非稳态热渗耦合换热进行研究。分析了土壤热物性、管内流速、渗流速度以及回填材料的导热系数对地埋管的换热影响。结果表明:地埋管的换热量分别与管内流速、渗流速度、土壤的导热系数以及回填材料的导热系数成正比,通过拟合分别获得平均每天换热量与管内流速、渗流速度和回填材料导热系数的关系式;土壤的热扩散系数对地埋管的热作用半径影响显著;同时渗流速度越大,换热稳定时间越短,土壤圆周方向上各点温度相差越大,且土壤温度场恢复能力越好。     

Optimal analysis of the exothermic process of a Mg/MgH2 thermochemical heat storage system

基于镁/氢化镁热化学储热系统,建立了二维非稳态数学模型.对吸氢放热过程中的传热传质现象进行了数值模拟,主要研究了壁面温度和反应床当量导热系数对系统反应速率的影响.结果表明,放热过程中存在最佳的壁面温度使反应速率达到最快,过高或者过低的壁面温度都将使反应床的温度偏离理论上的最佳值,从而降低反应速率.针对不同当量导热系数的反应床,最佳壁面温度也不相同;反应床的当量导热系数并非越大越好,应该根据具体的边界温度以及氢气压力情况进行合理的选择以获得最佳的反应速率.     

基于ANSYS热分析的LED工矿灯散热性能的数值模拟

利用Solid Works软件对一款50 W的LED矿灯的散热结构进行建模;基于该模型用ANSYS对其散热特性进行了数值仿真实验,得到了稳态时整个模型的三维温度分布图,发现最高温度为62.7℃,低于阈值65℃,表明该结构设计是合理的。分析比较了环境温度、空气对流换热系数和元件间导热系数等对散热效果的影响,结果可为散热结构的优化设计提供数据参考。     

稳态圆管导热系数测量装置的预热时间初探

本文分析了稳态圆管法导热系数测量装置预热时间的影响因素，通过对这些因素进行简化处理，给出预测稳态圆管法导数测量装置预热时间的模型。通过和实验比较，本模型可以较好地预测该测量装置的预热时间。     

钛合金料坯模锻的优化加热

钛合金料坯的加热问题是 :金属的导热系数小 ,因而在加热和冷却过程中料坯的断面温差大 ,引起内应力增加 ,易产生裂纹 ;钛及其合金的化学活性较大 ,当加热时可与周围介质中的氧、氢、氮、一氧化碳、二氧化碳及水蒸汽化合 ,从而不仅可生成氧化铁皮 ,而且可使表面有气体饱和 ,导致塑性降低 ,硬度增加 ;在锻压过程中 ,在该过程的温度范围内 ,合金料坯的结晶组织有变化 ,晶粒会长大。研究工作的目的是对现有各种加热方法进行比较 ,选出最优的加热方法。研究结果表明 ,装有形成准流化层散粒的火焰炉和电阻炉可以强化加热 ,从而可以减少表面的氧化…     

具有点热源和线热源分布的温度场动态数值模拟

介绍了求解导热问题的一般方法，提出了点热源和线热源两种物理模型，并使用MATLAB对其进行数值求解，分析了不同加热功率、不同网格划分对温度场的影响；分析了数值计算引起的误差原因及其所提及的两种物理模型的工程应用价值。     

加热炉钢坯加热质量的数值模拟研究

处理不同入炉温度的钢坯需采用合理的加热时间和工艺,针对此问题,采用数值模拟的方法研究人炉温度分别为200,400,600,700℃的钢坯最佳加热时间和加热质量。通过利用Fluent流体计算软件建立了钢坯非稳态导热模型和氧化烧损模型,模拟结果表明：在相同的加热工艺下,钢坯人炉温度为27℃,炉内停留时间为180min时,位于预热段的第5块钢坯表面受到的辐射热流最大,达到92kW／m^2,出炉钢坯氧化率为1．419％;钢坯入炉温度为200℃时,合理的炉内停留时间为150min,出炉温度达到1183℃,出炉钢坯氧化率为1．307％。