基于透明导电膜的光学窗口加热除冰效率研究

为了提高圆形光学窗口表面透明导电膜加热除冰的效率,基于欧姆定律以及热传导效应的理论分析,建立了圆形光学窗口表面透明导电膜的加热除冰效率理论模型。通过数值模拟,计算了直径100 mm圆形光学窗口在-55℃环境中对10 mm厚冰层的加热除冰效率,并采用24 V直流电源加热的方式进行了试验验证。结果表明,理论计算的除冰时间与试验结果之间存在偏差,这主要是由于在除冰过程中,光学窗口表面产生的热能除了大部分用于除冰消耗以外,还有少部分通过热传导散热而被消耗,同时窗口表面一部分水被加热而吸收热量,从而导致能耗增加。基于试验结果和理论分析,进一步提出了提高加热除冰效率的措施。

B掺杂对金刚石热导率的影响

金属基金刚石复合材料因其高导热率和低热膨胀系数而备受关注,掺B被广泛应用于改性金刚石表面。因此,有必要深入探究B掺杂对金刚石导热特性的影响。通过第一性原理计算,系统研究了金刚石掺杂B后的多项关键性质,包括电子特性、晶格振动、热力学性能、晶格热导率、声子群速度、声子自由程和声子寿命等。结果显示,当B掺杂浓度为12.5%(如无特别说明,均为原子分数)时,金刚石的热传输特性发生显著改变,最大晶格热导率降至452 W·m^(-1)·K^(-1)。其主要原因是引入B原子后,形成的C-B化合键为弱极性,导致金刚石的晶格振动不协调,晶格振动的简并现象消失,这意味着金刚石晶体的动力学稳定性被破坏。同时,掺杂B导致金刚石内部声子自由程由10^(4)nm降低为10^(2)nm,声子寿命由80 ps缩短为6 ps。本研究揭示了掺杂B原子对金刚石导热特性的影响机制,可为材料设计和应用提供有益的理论指导。

偕老同穴海绵启发的仿生结构吸能特性研究

目的为得到质量更轻、吸能效果更好的结构,以自然界中偕老同穴海绵复杂硅质骨针结构为仿生原型,提出一种偕老同穴海绵仿生吸能结构。方法通过有限元仿真对偕老同穴仿生结构和4种对比结构进行准静态压缩仿真,并在此基础上分析不同构型参数对海绵仿生结构吸能性能的影响。结果结果表明,偕老同穴海绵仿生结构在压缩过程中呈现二次受力平台效应,使得其吸能效果优于传统结构,同时当斜肋板位置系数Rkl为0.3时仿生结构的吸能效果最佳。随着斜肋板厚度的增大,结构的比吸能线性增加。从压溃力效率来看,当斜肋板厚度是纵横筋板厚度的1.6倍时,结构的压溃力峰值基本等于平均压溃力,结构压溃力效率达到最优,结构的整体吸能性能效果达到最优。结论本文所提出偕老同穴海绵仿生结构为高刚轻质吸能结构设计提供了参考,在吸能防护领域具有一定的应用前景。

脉冲电流下对AL6061合金进行熔孔止裂与愈合的仿真研究

Al6061铝合金常应用于航空航天领域蒙皮制造,因其中等硬度与低强度的弱点,在承受复杂载荷时容易出现微裂纹,进而影响服役安全可靠性。脉冲电流是一种极速、非平衡的金属材料微小裂纹修复工艺,可以克服该材料不易焊接修复的短板。在既有的实验基础上建立单边预制裂纹缺口模型,采用有限元仿真手段,进行了热-电-力三场耦合数值模拟,计算不同参数下裂纹区域的电场、温度场和应力场分布。使用“生死单元”法模拟止裂熔孔的产生,并获得了不同几何、物理参数下止裂熔孔尺寸变化的规律。结果表明:焦耳热形成的止裂熔孔降低裂尖的集中应力,抑制裂纹扩展,裂纹区域高温区与基体常温区形成温度梯度相互约束产生巨大的热压应力促使裂纹宽度减小,进而直至愈合;初始熔孔尺寸与裂纹长度成正比、与板厚成反比,最佳尺寸直径为0.1 mm以内;电流值和电流加载时间均能控制熔孔生长,电流值一定时,当时间达到0.12 s形成的熔孔尺寸超出最佳止裂尺寸范围。研究成果为特定金属材料的裂纹止裂与愈合提供了机理参考和仿真方法。

有限体积法与LBM分区耦合模拟方腔自然对流

在已有的密度分布函数重构算子的基础上,推导出了温度分布函数的重构算子,解决了格子Boltzmann方法（LBM）与有限体积法耦合计算传热问题的关键难题.选二维方腔自然对流对耦合方法进行了考核.在瑞利数Ra=103~106范围内,耦合结果同商业软件FLUENT结果符合得很好,并且各物理量在耦合界面处连续且光滑过渡.通过残差曲线可以看出,耦合模型在密网格以及大瑞利数情况下,数值稳定性要好于单一LBM.

分布盘型浸没燃烧蒸发器数值模拟研究

浸没燃烧蒸发技术是以高温烟气为热源与液体直接接触蒸发的换热技术,但现有研究中缺少浸没燃烧蒸发过程的热态模拟研究和蒸发器内分布盘倾角对蒸发效果的影响。基于欧拉法对分布盘型浸没燃烧蒸发器的结构参数进行热态数值模拟研究。通过气液两相流研究获得了蒸发器内部烟气分布,并探究了不同分布盘倾角对蒸发量和压力波动的影响。数值模拟结果显示,分布盘倾角影响烟气在液体中的分布效果,增加分布盘角度可以减小浸没管入口压力波动,从而提高燃烧器内背压稳定性,减小分布盘角度,增强气液间换热效果,从而提高蒸发效率。

复合纳米流体强化换热研究进展

随着科学技术的进步,电子器件、太阳能和机械加工等系统均趋向于高功率和微型化发展.然而,这些系统内部产生的热量也随之增加,导致系统过热甚至烧毁,因此,亟需发展高效热管理系统,以及时带走系统热量.近年来,多种新型热管理技术被广泛研究和应用,其中,复合纳米流体强化换热技术因具有效果显著、成本低廉和无额外能耗等优势而备受关注,成为研究和应用的热点之一.本文对复合纳米流体强化换热技术的研究进展进行全面综述.首先总结了近年来复合纳米流体制备的研究现状,然后分析了复合纳米流体的一般性能、传热性能及相关影响因素,着重讨论了复合纳米流体强化换热机制.此外,还介绍了复合纳米流体在微电子、太阳能装置及散热器等领域的应用.最后,讨论了复合纳米流体强化换热技术目前面临的挑战,并提出了未来的发展方向.

疲劳损伤谱时域、频域计算方法及其等效性验证

目的验证疲劳损伤谱时域计算方法与频域计算方法的等效性。方法将疲劳损伤谱的时域方法与频域方法编写为MATLAB程序,以典型载荷加速度功率谱为例,反推其加速度时程,分别用加速度功率谱、加速度时程数据通过频域及时域方法计算疲劳损伤谱,对比疲劳损伤谱曲线,从而验证时域算法与频域算法的等效性。结果疲劳损伤谱的低频部分,时域方法得到的疲劳损伤大于频域结果;高频部分,时域算法与频域算法得到的曲线结果基本一致。结论疲劳损伤谱的时域算法与频域算法具有等效性。

变化的表面传热系数对磨削温度场的影响

详细分析了磨削弧内磨削液流的状态 ,引用温度边界层的概念 ,论证了磨削弧内的磨削液膜的状态 ,并由此得出磨削弧内的表面传热系数是随变化的壁温和位置而变化的 ,在求解温度场的分布时 。

微槽道内气体流动的数值模拟

基于微尺度流动的滑移模型,建立了二维微槽道内气体流动的计算方法,并开发了计算程序.对相关文献中微槽道内的气体流动进行了计算,得到了压力降和速度分布剖面图,计算结果与试验结果吻合较好.在此基础上,进一步研究了克努森数Kn、切向动量调节系数σv及雷诺数Re对速度分布的影响.当Kn>0.001时,边界滑移速度随着Kn的增大而增大;σv的变化对滑移速度的影响十分显著,σv减小时,边界滑移速度增大;在滑流区范围内与低Re时,Re的变化对边界滑移速度的影响很小.

脉冲载荷形状对锥壳瞬态响应的影响

在进行锥壳结构瞬态响应试验之前,需要考虑各种因素对试验结果的影响。而所要施加的脉冲载荷形状是要考虑的重要因素之一。本文利用数值模拟方法研究了锥壳在侧向脉冲载荷作用下,脉冲形状对结构响应的影响。分析表明,在作用冲量相同,作用时间一致且远小于结构响应周期的条件下,脉冲形状对壳体的瞬态响应结果没有明显的影响。

振动环境下单相喷雾冷却试验研究

车载电子设备的热管理系统均涉及振动条件,而有效的振动控制能够改善热环境中流体的对流传热,但目前振动工况对单相喷雾冷却传热性能的影响机制尚未明晰。为研究各种振动工况下单相喷雾冷却的传热性能,本文构建了一个闭环振动表面喷雾冷却系统,结合试验研究,探讨了振动雷诺数(Re_(v))、量纲为一加速度数(A_(c))、振幅及频率对单相喷雾冷却传热性能的影响机制。研究表明:Re_(v)和振幅的增加会导致传热系数和传热增强因子被抑制,当加热功率为200W、Re_(v)为4947时,喷雾冷却被抑制了37%;相对地,高A_(c)和频率可以改善喷雾冷却的传热,在加热功率为200 W、A_(c)为3.6时,喷雾冷却传热性能增强了17%。研究结果可供基于振动工况下的喷雾冷却热管理系统优化参考。

ZrO_2涂层激光热冲击损伤机理研究

研究了等离子喷涂ZrO2涂层在激光热冲击条件下激光输出功率对涂层损伤的影响,并探讨了涂层的损伤机理。结果表明:随着激光输出功率的增大,ZrO2涂层损伤加剧,并伴随裂纹的萌生与扩展,激光输出功率为1800W时涂层被击穿,激光热冲击对基体的热影响作用较小;ZrO2涂层主要以裂纹的萌生、扩展消耗激光热冲击能量。

纳米流体电池热管理研究进展

随着非化石能源的开发利用,各行业电气化程度的提高以及储能技术的发展,各种电池的应用越来越广泛,同时电池向着高能量密度方向发展.在充放电过程中,电池组内能量密度的上升导致电池过热乃至爆炸,进而影响电池组的寿命和安全.因而,亟待开发高效的热管理系统,以及时带走电池内的热量.近年来,多种新型热管理系统被广泛研究和应用.其中,具有效果显著、成本低廉和无额外能耗等优势的纳米流体电池热管理系统备受关注.本文对纳米流体电池热管理系统的研究进展进行了系统综述,首先介绍了常见的电池种类及常用的热管理技术,随后阐述了纳米流体的分类和性质,并详细论述了纳米流体在锂离子电池、燃料电池和太阳能电池三类电池中的热管理理论、数值模拟、实验和应用研究现状.最后,本文系统讨论了当前该领域面临的挑战,并提出了未来的发展方向.

基于有限元仿真和光纤传感的隧道损伤监测

对苏州四号线支线红庄站至蠡墅站段地铁进行隧道结构开展静力场和动力场有限元仿真分析,并根据仿真结果和现场勘察结果,成功设计并布设了能够对隧道结构水平位移、裂缝、沉降、结构应力、结构表面应变、振动等信息进行实时监测的光纤传感网络,实现了对隧道结构健康状态的实时监测,然后利用光纤传感网络反过来验证有限元模型可靠性,从而得到更准确的有限元仿真模型。最后,结合两种技术,针对该地铁中三种主要断面建立了二维有限元模型,研究了三种断面在隧道结构有损伤基础和无损伤基础的两种情况下,受到地铁列车振动荷载影响产生的混凝土结构损伤分布规律,从而更好地为地铁安全运营提供技术保障。

含盐液滴运动传热传质特性及其影响因素

船舶在极地等气候寒冷恶劣的海上环境航行时,海水飞沫易导致其上层结构结冰,严重时对船舶航行及室外环境作业安全造成威胁。准确预测海水飞沫结冰,对确保极地区域安全作业具有重要意义。海水飞沫结冰和纯水飞溅结冰的主要区别在于盐度对结冰的影响,对于结冰问题,通常将海水飞沫简化为含盐的液态水滴(即含盐液滴,简称液滴)。数值模拟是研究含盐液滴结冰的重要手段,含盐液滴运动-传热传质过程是其结冰数值模拟的关键环节,决定了液滴撞击特性及与结冰相关的撞击液滴的物理量。本文在SHIPICE传热模型的基础上,提出了含盐液滴在运动过程中考虑质量损失及盐度变化的传热传质耦合模型;基于NNW-ICE平台,发展了拉格朗日框架下含盐液滴运动-传热传质耦合数值计算方法并开发了相应计算程序,实现了含盐液滴运动-传热传质过程的模拟;探究了含盐液滴运动-传热传质过程中的关键影响因素,系统分析了不同来流速度、温度、相对湿度和液滴粒径条件下的传热传质效应,为进一步发展含盐液滴结冰数值计算方法奠定了基础。

应用型本科模式下关于《机械制造基础》课程的教学探讨

"应用"是应用型本科培养模式的特色,随着我国高等教育大众化的体制改革,全国有600余所高校向应用型本科转型。根据应用型本科人才的培养要求,分别从理论教学、实践环节两个方面探讨了《机械制造基础》课程的教学改革方法。该教学改革方法通过在实际教学中运用,可有效提高本课程的教学质量和效果。

飞秒激光烧蚀YAG晶体的阈值及孵化效应研究

孵化效应在超快激光烧蚀和加工的过程中起着重要作用。文中通过实验研究了波长为1030 nm的飞秒激光烧蚀YAG晶体的阈值和孵化效应。在单脉冲作用时,YAG表面发生“温和”烧蚀,具有较小的烧蚀孔径和深度;多脉冲作用时,由于孵化作用的影响,烧蚀阈值随着脉冲数的增加而显著降低。分别采用三种孵化模型,对比研究了其对YAG晶体烧蚀阈值的拟合效果。通过实验和拟合,得到单脉冲作用下烧蚀阈值为F_(th,1)=(12.27±3.56)J/cm^(2);多脉冲作用下,饱和孵化阈值为F_(th,∞)=(1.82±0.37)J/cm^(2)。该研究为飞秒激光精密加工中的能量和脉冲数等参数的控制提供了参考。

工业以太网技术的发展及展望

本文回顾总结了工业以太网的发展,分析了国际上几种主要的工业以太网总线标准,并与国内工业以太网研究现状做了比较,最后对工业以太网技术的前景进行了展望。

金刚石基材料及其表面微通道制备技术在高效散热中的应用

随着第三代半导体材料的兴起,电子器件逐渐向着高功率、小型化、集成化方向发展。传统散热技术已难以满足第三代半导体器件高热流的散热要求,由此带来的温度堆积问题成为器件失效的主要原因。金刚石基材料具有优异的散热性能,基于此材料的高效散热技术有望解决高热流散热难题。总结了金刚石基材料的发展及其表面微通道制备的主要方法,综述了金刚石基材料在高效散热领域中的应用和未来的发展方向。金刚石基材料高效散热技术的发展及应用能够为高热流密度散热难题的解决提供技术支撑。