基于慢烤实验的混合炸药热传导系数计算方法

热传导系数作为炸药的重要热力学参数,显著影响炸药装药的点火响应特性。在未开展炸药热传导系数测定实验的情况下,为了快速有效确定一种新型炸药热传导系数,针对典型圆柱段装药结构,建立了轴对称热传导理论模型,获得混合炸药热传导方程的稳态解析解,提出了基于慢烤实验数据的混合炸药热传导系数计算方法。确定了新型不敏感炸药GOL-1(HMX/Al/AP/Binder)的热传导系数,典型烤燃条件下小尺寸装药结构点火响应数值模拟计算结果显示:不同加热速率下装药中心温升曲线计算结果与实验结果均吻合较好,点火时刻装药中心位置温度和点火时间的计算结果与实验偏差最大为2.27%和1.12%,表明GOL-1炸药热传导系数的有效性及数值模拟方法的可行性。建立的热传导计算方法揭示了慢烤装药温度-时间曲线中包含的炸药导热特性及规律,相比体积加权方法和串/并联导热模型方法更适用于计算混合炸药热传导系数,在缺少新型炸药热传导系数测定实验数据的情况下,不失为一种有效的确定方法,为弹药热安全性设计与评估提供了炸药基础参数,推动安全弹药数字化设计与量化评估发展。

有机质对黏性土热传导系数的影响与机制

有机质是土中常见组分,对土体热性质有显著影响。为明确有机质对黏性土热传导系数影响与机制,以膨润土为基质,通过添加腐殖质制备不同有机质含量土样。利用热探针法测定其热传导系数λ,分析λ随干密度ρ_(d)、含水率w(饱和度S_(r))和有机质含量w_(u)的变化规律;并通过分析膨润土对有机质的吸附特征,探讨了有机质对土热传导系数影响机制。试验结果表明:有机质含量w_(u)相同时,热传导系数λ随干密度ρ_(d)、含水率w、饱和度S_(r)增大而增大。在土体饱和、ρ_(d)相同条件下,λ随w_(u)增大而减小,但并非单调线性递减关系;可分为急剧下降段、过渡段和平缓下降段3个阶段。过渡段对应的w_(u)大致范围为7.5%~15.0%。通过傅积平法测试得出膨润土对紧结态有机质饱和吸附量w_(u,1)大致为8.0%,对紧结态+稳结态有机质的饱和吸附量w_(u,2)约为14.0%;即有机质赋存形态变化的两个阈值(w_(u,1)、w_(u,2))和λ-w_(u)关系曲线过渡段对应的w_(u)基本吻合。机制分析表明:除有机质含量外,土中有机质赋存形态变化也是影响土热导系数的重要因素。分析了几种热导系数理论预测模型对含有机质黏性土的适用性。

黄河源区多年冻土热传导系数影响因素分析及其在活动层厚度模拟中的应用

多年冻土区融化层的热传导系数的大小决定了全球气候变化条件下,多年冻土的响应强弱以及对周围环境的影响.在野外实测与实验室分析的基础上,研究了黄河源区3种典型岩土的干容重、含水率和温度对导热系数的影响,通过建立起回归方程,运用Stephen公式近似计算了2002年源区最大冻结和融化深度的分布.结果表明:黄河源区三种典型岩土的导热系数从小到大依次为腐殖土、碎石亚黏土、细沙;干容重和含水率与导热系数具有较好的正相关关系,是影响导热系数的主要因素,在较小的温度变化范围内,温度对导热系数的影响不明显.基于实测的导热系数分布模拟得到的最大融化深度在地势较低的黄河干流及"两湖"地区要大于南北高山区,最大冻结深度的变化规律则相反,除北部小部分地区最大冻结深度大于最大融化深度外,源区绝大部分地区活动层处于增厚状态.结果将有助于多年冻土的变化及环境效应的研究.

同时反演材料热传导系数和比热的算法

讨论同时反演随温度变化的热传导系数和比热的算法.首先将材料的热传导系数和比热表示成随位置和时间变化的函数,利用伴随方程法获得目标函数对k(x,t),C(x,t)的梯度;然后将材料的热传导系数和比热直接按温度区间分段离散,建立目标函数对k(T),C(T)梯度与目标函数对k(x,t),C(x,t)的梯度的关系;随后利用这种关系进行反演计算.算例表明,这样建立的将热传导系数和比热表示为温度的分段函数进行反演的方法是可靠有效的,并且具有良好的抗噪性能.

材料热传导系数随温度变化函数的反演方法

材料热传导系数的反演是一类典型的热传导逆问题。针对材料热传导系数随温度变化的情况,本文将材料的热传导系数值按温度区间分段离散,建立了通过材料边界点的温度测量来反演各温度区间热传导系数值的遗传算法和伴随方程法。通过典型算例分析和考虑测量噪声、系统噪声的反演计算结果分析表明:所建立的两种反演算法都是可行有效的,受测量随机噪声和系统噪声的影响较小,具有较好的鲁棒性。

焊接过程热传导系数反演法

由传热学基本方程 ,推导出了由温度场全场信息反演热传导系数的数学模型 ,证明了焊接过程热传导系数反演法的可行性。结合红外热象法与热电偶测量了LY2铝合金固定TIG点焊过程的焊接温度场。参照温度场全场信息 ,通过计算分别获得了加热和冷却过程热传导系数随温度变化曲线。结果表明 ,焊接过程中温度变化方向对热传导系数的影响是显著的 ,即出现“滞后”现象。此方法可为准确模拟焊接温度场。

用灵敏度法辨识热传导系数及热流参数

利用灵敏度法对一维热传导问题中的热传导系数和热流参数进行了辨识。其中，对热传导方程和灵敏度方程的求解采用具有较高精度的有限控制体积法（ＦＣＶ）；对目标函数的优化采用牛顿－拉夫逊（Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ）算法。仿真计算的结果表明：用灵敏度法处理热传导参数和热流参数的辨识问题是可行的、有效的。

基于伴随方程法的材料热传导系数反演方法

建立利用材料内部温度场的测量结果反演材料热传导系数随时间和空间位置变化函数的伴随方程法,参考迭代正则化的思想在优化过程中给目标函数设置停止准则.对典型算例计算表明,方法在测量噪声较小情况下能得出较为合理的反演结果.但在有测量噪声的情况下,反演结果与真值在边界x=0和L处存在着一定偏差.当测量噪声较大时,反演结果与真值的偏差较为明显,且初值选取会对反演结果有相当大的影响.

LD端面泵浦变热传导系数Nd:YAG晶棒温场特性

为了解决激光二极管泵浦激光晶体产生的热效应问题,对激光晶体内的温升进行了解析分析与定量计算。通过对激光二极管端面泵浦激光晶体工作特点的分析,建立了符合实际工作情况的热模型。考虑到晶体材料热传导系数受其宏观温度变化的影响,应用常数变易法以及特征函数法得到了变热传导系数Nd:YAG晶体棒在端面泵浦情况下温度场的一般表达式。定量计算了激光二极管超高斯分布泵浦光阶次、泵浦功率、光斑尺寸以及晶棒半径对其温度场分布的影响。研究结果表明:使用输出功率为60 W的激光二极管端面泵浦掺钕离子质量分数1.0%的Nd:YAG晶棒,若耦合入射的3阶超高斯光束泵浦光斑半径为400μm,晶棒半径为1.5 mm,长度为8 mm时,Nd:YAG棒内最大温升为343.9℃;而将其热导率视为定值时,晶体的最大温升只有222.7℃。研究结果为正确计算Nd:YAG晶体温度场分布提供了方法,并为提高全固态Nd:YAG激光器性能提供了理论依据。

非膨胀型防火涂料的等效热传导系数及其试验方法

热传导系数是表征非膨胀型防火涂料隔热性能最重要的参数,也是进行钢构件升温计算所必需的参数。非膨胀型防火涂料的热传导系数随温度升高有较大变化,采用常温下的热传导系数来计算钢构件在火灾下的温度将导致较大的误差。从工程应用角度,热传导系数采用一个常数可极大地简化计算,因此本文提出了等效热传导系数的概念及其试验方法。该方法基于非膨胀型防火涂料保护钢构件标准耐火试验,可综合反映涂料在火灾下的实际性能。试验与理论计算的对比表明,采用等效热传导系数可相当精确地模拟非膨胀型防火涂料保护钢构件在火灾下的升温。

热传导系数对TC4钛合金热变形过程摩擦因数测定的影响

对TC4钛合金在变形温度为940℃、外径、内径和高度之比为20:10:7的圆环进行圆环镦粗实验,并采用有限元软件DEFORM 3D对镦粗过程进行模拟。结果表明:热传导系数对摩擦因数的测定有很大影响,热传导系数增加导致工件与模具的接触面温度下降,摩擦增加;对于不同的润滑介质应采用不同的热传导系数进行模拟,从而建立不同的理论校准曲线。采用不同的热传导系数分别建立玻璃润滑和干摩擦条件下的理论校准曲线,结合圆环镦粗实验,最终得出TC4钛合金940℃高温变形时在干摩擦和玻璃润滑条件下的摩擦因数值分别为0.59和0.42。

非膨胀型防火涂料等效热传导系数研究

基于防火涂料标准耐火试验方法,对涂覆非膨胀型防火涂料的钢板试件和工字型钢试件进行了耐火试验,用所得的试件升温曲线计算非膨胀型防火涂料的热传导系数随涂层温度变化曲线.提出将涂层温度为400-800℃时的热传导系数平均值作为涂层等效热传导系数,并用以进行被保护钢构件火灾下升温计算,所得钢构件的升温曲线与试验测得的升温曲线符合良好.参数分析表明,等效热传导系数与试件截面形状系数无关,与涂层厚度相关,表明用小尺寸钢板试件耐火试验结果计算所得的等效热传导系数可用于预测其他被保护钢构件在火灾下的升温.对不同涂层厚度热传导系数进行线性拟合,提出以涂层厚度20mm时的等效热传导系数作为非膨胀型防火涂料等效热传导系数特征值.

弥散型燃料元件等效热传导系数的有限元模拟

弥散型燃料元件的热传导与燃料颗粒的数量、形状、大小及其分布,以及元件的几何形状和堆芯内热工条件等密切相关。采用细观计算力学的方法,按照燃料颗粒不同的排布方式从整个元件中取出单胞和代表体积单元,运用有限元法计算了弥散型燃料元件在不同温度、燃耗和颗粒体积含量下的等效热传导系数,并和理论公式进行了比较。结果表明,计算值和Maxwell模型的理论值最为接近。

用于各向异性扩散滤波的热传导系数构造方法

针对传统各向异性扩散滤波算法难以在噪声环境下有效估计边界像素,本文提出了一种热传导系数构造方法。该方法结合了各向异性扩散和各向同性扩散的优点,将每次迭代运算分解为两步:第一步采用各向同性扩散降低图像噪声,并完成热传导系数的计算;第二步运用各向异性扩散,实现真正的图像滤波。试验证明该方法能够在大尺度加性和乘性混合噪声环境下,很好的抑制噪声并保持边缘。与传统扩散滤波器对比,本文提出的方法有效提高了在各向异性扩散滤波过程中对边界像素的估计。

不锈钢传热过程分析及热传导系数的确定

研究了非等温圆柱体热压时的传热规律，并计算出接触表面热传导系数值。在实验室，测定非变形压缩下的１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢试样若干点的温度，根据得到的数据分析工件导热特性，利用有限差分技术，确定热传导系数值。

V-型皱褶芯材一体化热防护结构等效热传导系数预测

皱褶芯材夹层结构经过合理的设计,可作为一体化热防护结构应用于航空航天领域。以 V-型皱褶芯材一体化热防护结构作为研究对象,给出了针对 V-型皱褶芯材等效热传导系数的修正混合定律,从而建立了结构沿厚度方向的一维等效传热模型。同时,对详细的三维模型进行稳态传热分析,得到了由拉丁超立方抽样方法生成的各个样本点的等效热传导系数,并与采用修正混合定律计算得到的结果进行了对比。最后,在典型再入环境下进行瞬态传热分析,对比了三维模型和一维模型各部分的温度变化。经过修正的混合定律能够较精确地描述等效热传导系数;基于该等效热传导系数的一维模型可有效地预测沿结构厚度方向各点的温度响应。

钢结构防火涂料等效热传导系数的确定

针对厚型钢结构防火涂料的热工参数确定问题和膨胀型钢结构防火涂料隔热性能无合适方法评价的现状,提出了根据耐火试验检测测定构件升温过程确定防火涂料等效热传导系数的方法。并分别利用厚型防火涂料和膨胀型防火涂料的检测结果进行试算,取得了较满意的结果。该方法还解决了有膨胀型防火涂料保护层钢构件的温度计算问题,为该类钢构件的抗火计算奠定了基础,并对防火抗火性能试验检测的内容及应提交的结果提出了建议。

不锈钢非等温接触过程热传导系数的分析

研究了两个不同温度的圆柱体在相互热压时，其间的接触热传导系数与热工件的初始温度及压力之间的关系。在实验室条件下，对特殊点的温度进行连续测定，利用有限差分技术，建立了温度场的近似计算模型，采用试错反算法，得到各种条件下１Ｃｒ１８Ｎｉ９Ｔｉ不锈钢的热传导系数的近似值。研究结果表明，压力是影响接触热传导系数的主要因素。

LD侧面泵浦变热传导系数Nd:YAG晶体温场特性研究

为了解决LD侧面泵浦Nd:YAG晶体的热效应问题,建立了前后侧面、左右端面绝热、上下侧面恒温的Nd:YAG晶体热模型。考虑到Nd:YAG晶体热传导系数是随温度变化的函数,利用解析方法与Newton切线法相结合的方法对热传导方程进行求解,得到了LD侧面泵浦Nd:YAG晶体变热传导系数情况下温度场的一般表达式。定量计算了泵浦光功率、光斑半径对温度场分布的影响。研究结果表明:在将Nd:YAG晶体的热传导系数视为定值14W·m-1·K-1时,使用50W LD侧面中心入射Nd:YAG晶体时(掺Nd3+质量分数1.0%),晶体泵浦面的最大温升为164.689℃;而将热传导系数视为随温度变化的函数时,晶体泵浦面的最大温升为268.931℃。研究结果为正确计算Nd:YAG晶体温度场分布提供了方法,并为合理设计谐振腔提供了理论依据。

瞬态热带法和瞬态平面法测量材料热传导系数

介绍两种新的测量材料热传导系数的方法—瞬态热带法(THS)与瞬态平面热源法(TPS)。重点介绍其实验原理、实验装置、电路以及其他参数的测定,并阐述这些方法的优点。