基于热力学极值原理优化污泥干燥过程

本文在热风对流干燥实验台上进行污泥薄层等温干燥特性的实验研究,获得了一定风速下温度对薄层含水率影响规律。基于多元系热力学原理,构建了薄层含水率的双结构预测模型。基于热力学极值原理,分析污泥水分迁移过程中吉布斯函数的变化规律,以对薄层干燥工况方案进行优化。结果表明:双结构模型可用于预测薄层含水率的变化情况;在2 m/s风速下,薄层含水率从80%降低到60%时,控制干燥温度为100℃左右;含水率从60%降低到10%,应保持干燥温度在150℃左右。     

蔬菜种子的干燥动力学及其活性

本文研究了初含水率、干燥周期、料层厚度相同时,不同供热方式（热风、热风与辐射、热风与辐射并加湿）的白菜种子在固定床的干燥动力学及其活性,与传统的只热风供热相比,当干球温度相同时辐射加热风干燥的种子终含水率比低１３．８％、发芽率比高０．３％,而辐射加热风并加湿干燥其终含水率比低５．８％,发芽率比高０．８％。为确保种子活力,建立了褚－杨白菜种子临界温度Ｔｃｖ方程,并已验证其正确性．该方程为蔬菜种子干燥提供了理论基础并有重要的工程意义。     

基于多尺度模型预测木材含水率和温度的变化

了解木材干燥过程中的水分迁移和热量传递规律有助于提高木材的干燥质量,改善干燥工艺,节约能源。以樟子松(Pinus sylvestris)为材料,建立能够较准确模拟木材干燥过程中含水率和温度分布变化的多尺度单元表征模型,模型由宏观尺度上三个耦合方程一两个水分扩散方程和一个热量平衡方程,以及微观尺度上的单个细胞水分迁移的平衡方程组成。解析模型的过程为:分析初始条件和边界条件、有限元网格的生成、方程离散化、查找相应物性参数、MATLAB软件编程求解。最后通过实验分析验证了建立的多尺度模型的准确性,进行试件在80℃时各层含水率随时间变化的实验,实验结果与模拟值比较,曲线吻合性较好,多尺度模型可以反映木材干燥过程中含水率的分布。最后对建立的多尺度模型进行理论分析,预测了干燥过程中各层温度的变化和分布,进一步验证模型的准确性。从不同尺度建立的木材热质转移数学模型,能较为准确的反映木材含水率的变化和空间分布情况,为干燥过程水分和温度分布的研究提供了一定的理论基础和参考价值。     

树脂基碳纤维复合材料各向异性导热系数研究

本文通过实验测试与数值预测结合研究了平纹、斜纹树脂基碳纤维复合材料的各向异性传热性能。实验方面,采用基于电加热膜加热的稳态"三明治"结构进行测试,得到了材料厚度与面内方向导热系数随温度的变化规律。模拟方面,观测复合材料内部微观结构,重构建立了代表性单胞模型,在三维方向分别模拟其一维稳态导热过程来预测材料不同方向的导热系数。研究结果表明,实验获得的树脂基碳纤维复合材料厚度与面内方向导热系数均随材料热面温度升高而近似线性增大,面内方向导热系数约为厚度方向的2.8倍,因密度相近,平纹、斜纹机织结构材料各主轴方向导热系数偏差小于10%。数值预测结果与实验结果基本符合,并对引起实验与数值结果偏差的来源进行分析。     

喷射成形FGH4095的热变形特征

研究了喷射成形高温合金FGH4095在温度为1010—1140℃、应变速率为0.001—10.0s^-1下的热变形行为,并使用双曲正弦模型建立了喷射成形FGH4095的本构方程.结果表明:本构方程预测结果与实验值符合较好,为喷射成形FGH4095热加工过程的数值模拟提供了较准确的模型.     

真空过热蒸汽干燥木材的水分迁移特性

摘 要 对真空下过热蒸汽和常压下空气干燥木材时的水分迁移特性做了对比性实验研究,在同一温度水平下,真空过热蒸汽干燥木材的水分迁移速率明显高于常压空气的速率,且随蒸汽过热度和真空度的提高,木材中水分迁移速率加快。文中分析指出:常压空气干燥时,水分通过边界层依靠扩散,而真空过热蒸汽干燥依靠内外蒸汽压差,其传质阻力可以忽略,故干燥速率快。     

浮压下马尾松的干燥特性及水分迁移机理初探

本文阐述了马尾松在浮压真空条件下的干燥特性．实验结果显示,浮压干燥比常压干燥能明显加快木材内水分迁移的速率,特别是在低含水率阶段（纤维饱和点以下）更明显．文中还对浮压条件下细胞壁内吸着水的迁移机理进行了初步的探讨分析．     

冷冻干燥中升华界面移动的微CT实验研究

采用微CT扫描仪的扫描成像,图像重构及灰度值分析技术对不同厚度苹果片冷冻干燥的升华过程进行实验观察,分析了界面的移动特性.结果表明,对于单面传导加热的升华干燥过程,物料升华不仅在顶面进行,与搁板接触的底面以及侧面也会有水蒸气逸出.厚物料在升华过程中有一个明显的球形冻结区,升华界面呈三维模式逐渐向物料几何中心收缩.无论物料厚薄,刚开始升华干燥速率比较快,随着干燥层的增厚,升华过程的热质阻力增大,升华速率减慢.     

激光束照射下内压柱壳热爆破数值模型

 建立了研究内压柱壳在激光束照射下的破坏实验的热弹塑性数值模型。采用了与应变速率有关的耦合热传导分析，考虑了材料物理性质随温度的变化，考虑了内压是预先加载，考虑了热变形对结构刚度和荷载的几何非线性效应；采用子结构方法把耦合热传导分析和热弹塑性分析的区域局限在一个较小的范围内。数值结果与文献[1]的实验大致吻合，这表明本文建立的数值模型可以有效地描述这种“热软化”破坏的全过程。     

微重力下温差对液桥自由界面变形的影响

浮区法是一种无坩埚容器接触、生长高质量单晶的重要晶体生长技术。微重力环境下,热毛细对流成为熔体中的主要对流,因此,研究浮区法晶体生长中热毛细对流的不稳定性具有重要意义。本文利用VOF自由表面追踪模型来捕捉自由界面的运动,数值研究了微重力下动态自由界面液桥内热毛细对流特性及温差(△T)对自由界面变形的影响。结果显示,在较强的温差作用下,整个熔区出现三维不稳性的热毛细对流振荡,并且随着温差的增加,振荡强度增强,振荡波数也随之增加;自由界面呈现出冷、热壁面膨胀而中间收缩的"瓶颈"状分布。自由界面变形率随温差先增长较快,后增长较慢。     

高声压级时多孔金属板的吸声特性研究

针对高声压级下有限厚度多孔金属板在线性阻抗背衬条件下(背衬表面声压与声质点速度为线性关系)的吸声问题,提出了一个描述不同声压级下材料层法向吸声性能的一维模型,并给出求解材料层内部声质点速度的线化与差分方法,以预测多孔金属板在高声压级下的非线性吸声特性。在阻抗管中对两块多孔金属板进行了声学测试,得到了材料层法向表面阻抗和吸声系数随入射声压级变化的实验结果。研究表明:实验与理论预测符合良好,验证了模型与数值方法的正确性。本文所提原理和方法,可用于一般硬质多孔材料。      

强激光全反腔镜热变形模型及计算

建立了高功率连续激光器全反腔镜的热变形模型，并用有限差分法对镜内的温度场分布及热变形做了数值计算，得出了全反腔镜热变形和反射镜厚度及半径的一般关系，计算了反射镜因冷却水压产生的压力变形，并与热变形做了比较，计算结果和实验数据符合得很好。     

冷冻速率对蚕豆热物性变化规律影响的实验研究

研究了不同冷冻速率下蚕豆热物性的变化规律。利用Hot Disk得到蚕豆在-30～30℃下的热导率变化曲线;通过DSC和低温冷冻实验台,冷冻速率在5～80℃/min条件下将蚕豆切片进行冷冻实验,得到了不同冷冻条件下冻结点、结晶点及比热容的变化规律。测试结果表明:蚕豆热导率随着温度的降低先减小再增大;冻结点随着降温速率的增大而增大;蚕豆的结晶点在降温速率小于20℃/min时出现浮动,但总体上,结晶点随着降温速率的增大而降低。在不同降温速率下,比热容随温度的变化规律基本相同,但在冷冻相变过程中发生剧烈变化。通过对冷冻过程中蚕豆热物性的实验研究,为冷冻干燥种子的传热传质分析提供了实验数据的支撑。     

高精度光学平板在三点支撑下自重变形的研究

影响高精度光学元件重要的因素之一是支撑结构。主要研究了在三点支撑下,自重变形量与口径和厚度的关系。采用数值分析、有限元法(FEM)模型与实验验证相结合的方法完成对三点支撑下自重变形量的研究。采用薄板理论推导了在三点支撑下,重力变形与口径、厚度的关系;采用有限元法分析了一系列不同厚度、不同口径的平面镜自重变形大小;利用实验验证了模型的正确性。在薄板理论模型基础上,完善了自重变形与不同材料、口径、厚度、形状的变形函数,为快速计算出三点支撑下的自重变形提供理论依据。     

CFD在高速飞行器热气弹问题中的应用

采用气动力/热/结构耦合的方法对高速细长体飞行器结构热静气动弹性问题进行了研究.为保证耦合计算精度，达到准确预测热气动弹性特性的能力，气动力和气动热计算采用CFD数值模拟方法，热应力和热变形计算采用有限元方法并通过热考核试验验证.以该简单细长体飞行器模型为研究对象，对其热静气动弹性特性进行了计算与分析，计算结果表明:CFD/CSD耦合可准确模拟热气弹问题，且气动加热造成结构温升不均衡是结构变形的主导因素，力热耦合静气弹变形与单纯受力分析变形形式不同，对飞行器气动特性影响规律不同.准确预测飞行器热气动弹性特性对飞行器结构设计十分必要.      

菜豆种子薄层干燥物料内部水分扩散系数的确定

本文将数值方法应用于物性测试,用反问题的研究方法,通过建立物料的内部水分扩散模型及边界条件的处理,把反映物料干燥过程动态特性的实验含水率曲线与物料颗粒内部的水分扩散结合起来,确定物料颗粒在非稳态脱水过程中的内部水分扩散系数,并分析内部水分分布及其动态特性。计算结果与实验曲线拟合的分析表明,本文的方法是可行的,对于进一步分析干燥过程参数对种子劣变的影响及确定优化的干燥工艺从而达到干燥控制的目的有重要的意义。     

煤的热天平燃烧反应动力学特性的研究

采用热天平获得同一种煤在不同升温速率下的TG、DTG曲线,可求出燃烧速率、燃烧温度随燃烬度的变化曲线,根据两个不同升温速率下的数据,可计算出化学动力学参数活化能和指前因子随燃烬度的变化曲线。根据实验数据计算得到四个煤种的反应动力学参数随燃烬度变化的曲线,并预测其中一种煤在第三个升温速率下的燃烧速率随燃烬度的变化曲线,计算结果与实验结果符合较好。用此模型预测了在不同的恒定温度下试验煤种的煤粉燃烧速率随燃烬度的变化趋势。     

高温空气燃烧炉内湍流混合特性的数值研究

应用自行研发的三维流动、燃烧、传热和污染物NO_x湍流生成的数值模拟程序,对高温空气燃烧实验模型炉进行了湍流扩散燃烧混合特性的数值模拟.数值预报了燃烧室内气体燃料和空气的混合物分数及其湍流脉动的三维分布.数值研究结果表明:在一定的几何条件和气体动力学条件下,高温空气燃烧的湍流混合在更广泛的区域内以较小梯度的进行;混合物分数的脉动主要分布在燃烧区,这表明高温空气燃烧的火焰厚度更大,具有燃烧释热更趋均匀的特性.数值模拟结果与相关的实验结果有相同的规律.     

激光辐照下高反射镜热变形问题的尺度律

基于热力解耦的热弹性模型,采用常用假设,通过方程分析法,导出了激光辐照下高反射镜热变形问题的尺度律。同时,还发现了对同一模型,当其他条件不变时,变形、温升、应力与激光功率密度之间具有线性关系。数值结果证明了该问题尺度律的成立及线性关系的正确性。该结论是利用缩比模型研究大尺寸反射镜在激光辐照下的热变形问题的依据,且为解决缩比模型设计、辐照条件设计和模型实验数据反推到原型等相关问题提供了参考准则。     

含水砂土导热系数实验研究

对含水砂土导热系数随含水率变化规律的实验研究是进行地源热泵系统设计的基础,本文制备了五类不同粒径,不同含水率的砂样及八类混合砂样,测试了其热导率随含水率的变化规律,并拟合了混合砂样的热导率曲线,结果表明:对于五类不同粒径的砂样及八类混合砂样,热导率均随含水率的增加而增大,而粒径对于热导率影响不大,在低水分含量(ω15%)条件下,混合砂样拟合曲线与实验值吻合较好。