有效导热系数模型在核热推进反应堆的应用

核热推进反应堆一般选用氢气做工质,通过堆芯燃料颗粒加热到高温,以实现较高的发动机推力和比冲。基于美国核热推进火箭发动机的典型堆芯设计方案,在高温气冷堆球床有效导热系数模型的基础上,对更小直径的燃料颗粒与更高温度的氢气工质组成的颗粒床混合介质进行了初步计算,获得了燃料种类、颗粒直径、孔隙率等关键参数对堆芯导热能力的影响规律。同时,考虑到燃料颗粒采用多种材料复合而成的包覆型结构,采用均匀化方法对不同材料的基础热物性进行了等效计算,从而为有效导热系数模型提供固体域平均导热参数。从计算结果来看,颗粒直径和孔隙率对有效导热系数的影响更大,特别是高温条件下辐射换热作用占主导,使得材料自身导热系数的贡献很小。

样品尺寸对有效导热系数测量值影响的相关性研究

在工程实践中,样品的尺寸对保温材料有效导热系数的检测有极大影响。以XPS保温板和蒸压加气混凝土砌块为例,采用防护热板法研究了样品的规格尺寸对保温材料有效导热系数实测值的影响,探究了非标准尺寸保温材料的有效导热系数检测方法,结果表明:尺寸规格、拼接材料的导热系数、空气填充量均影响试验检测结果,选择不同导热系数的拼接材料拼接试验样品时,拼接材料导热系数远小于试验样品的导热系数,测得实验结果误差最小;拼接材料导热系数与试验样品的导热系数相近时,选择环形拼接测得实验结果误差最小。在可允许条件下,应用同种材料选择环形拼接,但不宜用不同材料拼接,以免误导工程试验。

面向建筑节能的加气混凝土吸放湿特性与有效导热系数研究

为研究加气混凝土建筑围护结构的吸湿特性、放湿特性以及有效导热系数,以松滋市金松新区集贸市场建设项目为研究背景,运用室内试验的方法,分析加气混凝土的微观特性以及物性参数,并研究了不同孔隙率加气混凝土的吸湿特性、放湿特性以及有效导热系数。结果表明,3种不同强度等级的加气混凝土的微观孔径表现出明显的双峰特性;在恒定的环境温度条件下,在同一环境相对湿度时,随着加气混凝土强度指标的增加,其含水量逐渐减小,随着环境相对湿度的增加,同一强度指标的加气混凝土初始含水量和稳定含水量均整体增加;在同一环境相对湿度时,随着加气混凝土强度指标的增加,其含水量逐渐减小,随着环境相对湿度的增加,同一强度指标的加气混凝土含水量的下降速率逐步增加;导热系数室内试验结果与模型预测结果十分相近,两者的误差范围在-1.67%~5.36%。

不同孔隙率下含湿加气混凝土的有效导热系数

为研究含湿蒸压加气混凝土的保温性能,采用基于瞬态平面热源法的Hot Disk热常数分析仪测量不同孔隙率下含湿蒸压加气混凝土的有效导热系数.分析结果表明:Hot Disk热常数分析仪的测量结果具有较好的重复性,适用于含湿建筑材料导热性能的测试.含湿加气混凝土的有效导热系数随含水率的提高呈现单调增长的趋势,其增长曲线在质量含水率为15%时出现明显的拐点.当质量含水率约为25%时,含湿加气有效导热系数较干燥试样增大了近一倍;而当质量含水率高达100%时,混凝土的有效导热系数约为干燥试样的4倍.在相同含水率下,加气混凝土的有效导热系数随孔隙率的增大而逐渐降低.根据测量数据,总结得到加气混凝土有效导热系数关于孔隙率和质量含水率的预测公式.

陶瓷微球填充型隔热涂料的有效导热系数

利用SEM对一种陶瓷微球填充型隔热涂料进行了分析,在此基础上运用数值单元体法建立了计算其有效导热系数的模型.分别讨论了球壁厚度、球壁有效导热系数及陶瓷微球填充率等3个主要因素对该涂料有效导热系数的影响.为验证计算结果,利用稳态平板法测试了几种隔热涂料的导热系数.研究发现:选用壁面薄的陶瓷微球可制成性能较好的隔热涂料;陶瓷球壁的有效导热系数对涂料的有效导热系数影响很大,前者必须很低,比如小于0.05 W/(m.K),才可显著降低涂料有效导热系数;增加填充率可明显降低涂料有效导热系数;填充陶瓷微球确可改善涂料隔热性能,但程度有限.

木材横纹有效导热系数的分形模型

提出了一个二维的分形模型来计算木材横纹有效导热系数.通过分析木材试样的扫描电镜照片,研究了木材横纹剖面的多孔结构特征,采用盒维数法计算了其分形维数.通过分析单一木材细胞的导热过程,采用热阻模拟方法分别推导了弦向和径向有效导热系数的表达式.实验得到各种木材的纤维多孔结构的分形维数约为1.4,由木材纤维孔隙率与分形维数的关系得到了有效导热系数随分形维数变化的表达式.利用分形模型对木材径向有效导热系数进行了计算,并与实验测量结果和文献中的数据进行了比较.结果表明,此分形模型可以对各种木材的横纹有效导热系数进行有效的预测,而且可以推广到不同含水率的情形.

固液相变蓄能中有效导热系数的数值分析与实验研究

引入有效导热系数经验公式[3],使固液蓄能数学模型得以简化为仅用能量方程加以描述。运用热焓法求解能量方程,得到计算相变位置随时间变化曲线。并通过实验测得相变过程的实际温度场,得到实验相变位置随时间变化曲线。二者比较,证明了自然对流对固液相变换热的影响不可忽略,验证了该公式在Ra<1010,Pr<105下的正确性。

锅炉尾部受热面积灰层有效导热系数的热逾渗模型

电站锅炉尾部受热面积灰层有效导热系数在锅炉换热面设计以及优化吹灰中都是一个关键参数。文中采用重整化群描述积灰层的几何结构，然后通过与无规阻抗网络的类比，推导出积灰层有效导热系数的热逾渗模型，模型同时考虑了几何结构和高温辐射对有效导热系数的影响。在自行设计的实验台上研究了积灰有效导热系数随分形维数以及温度的变化规律，发现实验结果与模型预测结果一致。这些都为在线监测、实现吹灰优化以及锅炉尾部受热面设计提供了准确数据，降低了成本。

多孔介质有效导热系数的实验与模拟

应用实验与数值模拟相结合的方法研究了多孔介质的有效导热系数。将分形理论与孔道网络模型相结合的分形孔道网络模型用于研究多孔介质的有效导热系数,为太阳池储热、地源热泵传热、食品干燥等方面打下了基础。模拟计算结果与实验结果吻合较好,证明了分形孔道网络模型适用于计算多孔介质的有效导热系数。研究了孔喉比、配位数、垂直热流方向喉道比例、喉道长度、孔隙率、固体骨架导热系数(Ks)及流体导热系数(Kf)等多方面对多孔介质有效导热系数的影响。结果表明,垂直热流方向喉道会增大多孔介质的热阻,降低多孔介质的有效导热系数。当Ks大于Kf时,随着孔喉比的增大以及喉道长度的减小,多孔介质的有效导热系数越大。当平行热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的减小而增大;当垂直热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的增大而增大。

高孔隙率通孔金属泡沫有效导热系数的实验和理论研究

为了研究高孔隙率通孔金属泡沫中的热传导特性及预测有效导热系数,发展了一种新的全解析有效导热系数模型。该模型通过建立更真实的十四面体三维结构作为代表单元,解析求解代表单元内稳态傅里叶热传导方程获得通孔泡沫铝的有效导热系数。该模型不含任何拟合或经验参数,有效导热系数与孔隙率之间具有简单的线性关系,且比例系数阐释了热曲折率的大小。高孔隙率下,模型预测与实验测量和文献数据吻合良好。研究结果表明:对于具有大导热系数比的实心杆与流体相(如充满空气的泡沫铝),流体相的传热可忽略不计,热量沿着曲折金属杆的一维传导占主导地位。在忽略自然对流和辐射传热时,泡沫铝有效导热系数基本不受孔密度及杆截面形状的影响。在所研究的温度范围内,泡沫铝有效导热系数可视为常数。

考虑热辐射效应的泡沫金属有效导热系数数值分析

有效导热系数是泡沫金属工程应用中传热相关设计的一个重要参数。该文基于简化元胞结构模型,通过直接求解样品内部导热微分方程和辐射传递方程,研究FeCrAlY开孔泡沫金属的有效导热系数。比较了基于剖球模型与传统等截面支架搭接模型的计算结果,分析剖球模型下孔隙单元尺寸、孔隙率、样品平均温度等因素对有效导热系数的影响。研究结果表明,孔隙单元结构对有效导热系数的影响很大,不能仅通过孔隙率和孔隙数密度来研究有效导热系数的变化规律。高温下辐射传热占主导,孔隙率越高,孔隙越大,有效导热系数对温度越敏感。增大孔隙率、减小孔隙尺寸、降低工作温度等会减小泡沫金属的有效导热系数。基于简化几何模型的直接数值模拟可以作获得泡沫金属有效导热系数的一种行之有效的方法。

新疆沙漠砂有效导热系数的测定

为了给新疆沙漠油气输送管道的设计提供基础依据 ,采用准稳态平板法对新疆塔里木沙漠砂的有效导热系数进行了实验研究 ,测量了冻结和非冻结条件下 ,不同含水率和不同容重的沙漠砂的有效导热系数 ,实验结果表明 ,无论是冻结还是非冻结条件下 ,沙漠砂的视热导率主要受到含水率的控制 ,在冻结条件下含水率的影响更大一些 .此外 ,为了提高测量效率 ,为准稳态平板导热仪配置了计算机数据采集和处理系统 ,并依据我们提出的一个实用的准稳态判据 ,实现了数据的自动测量和处理 .

钴基催化剂固定床有效导热系数

在165～265℃及常压条件下,采用稳态法测定了气体处于静态时活性组分呈蛋壳型分布的钴基催化剂固定床的有效导热系数,并根据稳态法理论,拟合实验数据获得了固定床有效导热系数与气体导热系数和催化剂导热系数之间的关联式.实验数据与拟合结果的最大偏差和标准偏差的绝对值分别为1.74%和0.43%.将实验数据与前人的相关预测模型计算值进行了比较,结果表明,二者吻合良好.利用气体处于静态时固定床的有效导热系数、Re和Pr,获得了气体流动时固定床径向有效导热系数的计算式.

超级绝热材料气凝胶的纳米孔结构与有效导热系数

根据气凝胶的纳米孔结构特点,采用由小球体构成的立方阵列单元体结构,建立了描述纳米孔超级绝热材料气凝胶的气固耦合导热模型。计算结果表明气凝胶的纳米孔结构和固体颗粒纳米尺寸效应以及高的比表面积值是导致材料具有极低导热系数的主要因素。气凝胶存在具有最低导热系数的最佳密度。在高温下辐射传热是气凝胶传热的主要方式。

固定床有效导热系数的研究

采用稳态法和非稳态参数估值法测定了气体静止时固定床有效导热系数(以下简称固定床的有效导热系数),前者采用圆柱体导热模型,求得在某特定温度下固定床有效导热系数;后者根据固定床拟均相非稳态传热模型,获得了适用于宽温度范围的固定床有效导热系数与气体导热系数和固体导热系数之间的关联式。并将填充挤条型氧化铁系催化剂、催化剂载体Al2O3和玻璃珠的固定床的测定结果与前人推荐的固定床有效导热系数的多种计算方法进行比较。结果证明,对于气-固体系计算固定床的有效导热系数较为适宜的经验式为:λb0=λf×10(0.785-0.057lg(λs/λf))×lg(λs/λf)。该经验式在20～500℃对于高、中、低导热系数多种物系的固体颗粒床层均适用。

含孔隙及界面热阻的复合材料有效导热系数

以最小热阻力法则及比等效导热系数法,通过修正串-并联模型,建立含界面热阻的固-固相复合材料等效导热模型,将固-固相复合材料转换为导热系数为等效热导率的单相固体材料,再利用含孔隙的单相材料导热系数模型推导含孔隙和界面热阻的复合材料有效导热系数。计算含孔隙及界面热阻的复合材料的有效导热系数并讨论气孔、分散相的含量及颗粒尺寸对其有效热导率的影响。将有效导热系数的理论值与相关实验数据进行比较。结果表明两者吻合较好,证明公式的准确性。

泡沫金属基复合相变材料的有效导热系数研究

为了更有效地预测泡沫金属基复合相变材料(composite phase change material,CPCM)的导热性能,提出了一种新的CPCM相分布模型,以此为基础建立了带有空穴子模型的简化传热模型,并利用等效热阻法推导得到泡沫金属基CPCM有效导热系数的通用计算式。传热模型考虑了相变过程中相变材料(phase change material,PCM)的体积变化和空穴分布的影响,使得有效导热系数的计算结果更加符合实际。

多相物质的有效导热系数

对由固体球状颗粒和经历了相变的充填物所组成的多相充填床建立了数学模型，对充填物的熔化和凝固过程进行了数值计算，并在此基础上计算了由不同相所组成的区域内的有效导热系数．运用特殊的数学方法处理相变过程中潜热的释放或吸收，分析了导热参数的变化对有效导热系数的影响．得出有效导热系数的计算结果：对于玻璃球冰充填床，为１５６Ｗ／（ｍ·Ｋ），和实验结果的相对误差为２５％；对玻璃球水充填床，为０７８Ｗ／（ｍ·Ｋ），和实验结果的相对误差为３８％．

土壤样品有效导热系数的分形计算模型

选择上海地区具有代表性的两种土壤样品,根据其微结构的特点,在粒径分布、剖面颗粒分布自相似规律的基础上建立了土壤结构分形模型;结合并联传热模型,得到土壤样品有效导热系数的分形表达式。通过与土壤样品有效导热系数的实测数据相比较,确立了符合样品有效导热系数的分形表述的最佳面积度量尺度。

颗粒填充型复合材料有效导热系数的数值计算方法

基于Monte Carlo随机摆放方法,建立颗粒填充型两相复合材料的随机分布模型。应用有限差分法对导热微分方程进行离散,获得差分格式的热传导方程。将复合材料模型中的微观随机结构单元的数据信息导入计算机,应用循环迭代法对差分格式热传导方程进行求解,实现了对二维稳态导热温度场的数值模拟。采用此方法对可以理论求解的特殊情形进行模拟验证,结果表明其准确可靠。同时模拟了导热增强颗粒含量、颗粒与基体的导热系数比对复合材料有效导热系数的影响,并将模拟结果与Maxwell-Eucken、Bruggeman模型进行了比较,发现该方法的模拟结果在低填充量时与Maxwell-Eucken模型、在高填充量时与Bruggeman模型吻合良好。研究表明所述方法能够较好地计算颗粒填充型复合材料的导热系数。