一维材料的热物理性质:低至原子级的瞬态表征

因为结构尺寸效应导致了强烈的能量载流子散射,一维微/纳米尺度材料的热物理性质显著区别于其相应的块体材料。本文深入评述了微/纳米尺度热物性瞬态表征的前沿技术。其中用到的瞬态激励源包括阶跃焦耳加热、阶跃激光加热、脉冲激光加热和频域调幅激光加热。在热探测方面,采用了基于电学和拉曼散射的测温/温度响应物理原理。这些技术可以测量从亚毫米级至原子级(单原子厚度)尺度的导热系数、热扩散率和比热容。本文侧重于综述这些瞬态技术相较于稳态技术的优势、物理原理、挑战和潜在应用,突显它们在揭示一维材料原子尺寸级别复杂热输运现象方面的重要意义。

MATLAB与FORTRAN共享数据的实现

MATLAB具有强大的矩阵计算和绘图功能,而FORTRAN在大规模的数值计算上仍占有一定的优势。使用MATLAB强大的矩阵计算与绘图功能,或借用FORTRAN大规模的数值计算能力,在应用程序的开发或数值计算、分析中,我们就可以节省大量的时间与精力。

基于SYSWELD的铝钢薄板CMT焊接温度场数值模拟

使用冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)焊对1 mm厚的6061-T6铝合金和Q235镀锌钢薄板进行了搭接焊试验,并使用SYSWELD有限元软件对铝钢薄板搭接焊的温度场进行了数值模拟,研究了焊接速度对铝钢异种金属CMT焊接温度场的影响。结果表明,焊接电流为68 A,焊接电压为10.9 V,送丝速度为3.9 m/min,焊接速度为0.56m/min时,焊缝成形较均匀。铝钢薄板搭接焊时,温度场偏向铝板一侧,呈非对称分布;在焊接电流、焊接电压和送丝速度相同时,焊接速度越高,热输入越小,焊缝越窄。

电池组风冷系统结构设计与仿真优化研究

针对动力电池组在夏季高温时电池间温差过大的问题,对结构内流道的尺寸、出风口的尺寸、不同出风口开闭时与电池组温度场之间的关系进行了研究。提出了一种含有4个出口的风冷电池箱体结构,通过Fluent软件,对不同流道尺寸的电池组进行了散热模拟,并针对箱体的4个出口,做了单开、双开、全开等多种开闭策略的模拟。研究结果表明:两个流速较慢的流道采取5 mm流道设计,其他9个流道采取3 mm的流道设计时,该结构冷却效果最好;在打开1、2出风口或3、4出风口时,该型风冷结构可对出风口对应的电池强化冷却;以一定的周期规律性地开闭1、2出风口和3、4出风口,可以较好地改善电池组内的温度不一致性。

基于相变材料—泡沫铜—翅片复合结构的锂离子电池热特性研究

通过在相变材料(PCM)中添加高孔隙率的泡沫金属与翅片形成复合结构,对18650仿形电池进行热特性实验研究.实验发现,纯石蜡传热根据电池温升分3个阶段,并通过可视化装置对相变关键点进行验证.添加泡沫金属可提高系统整体热导率,但会抑制液体石蜡的对流换热,导致温度平台消失.泡沫铜—翅片复合结构增强了电池与PCM之间的换热,且在高功率下系统表现出更好的热特性.此外,建立单温度模型进行数值验证,仿真结果与实验数据基本符合.

融合思政元素的工程项目管理课程建设探索与实践

针对课程思政对课程教学提出的新要求,结合一流本科课程建设意见,文章探讨了车辆工程专业的工程项目管理课程建设路径:制定教学目标及育人目标;深化授课教师思政理念和认识;挖掘课程理论中的思政元素,力求专业知识与思政教育交融;与时俱进,增加工程项目管理新理论内容;以学生为中心,采用案例教学、项目驱动与传统教学方法等多位一体的授课方式;注重阶段成果的考核,设计贯穿全授课周期的考核方式;并为汽车行业培养具有工程管理技能的工程师,进行了积极的实践。

基于液冷电池模组的结构优化与热蔓延抑制

本工作通过数值仿真研究了一种新型液冷壳体结构的电池模组热性能,并通过实验测量验证液冷壳体结构的散热和热蔓延抑制特性。模组由4×5颗圆柱电池和液冷壳体组成,壳体内部设计流道提供液冷散热。仿真模型通过建立电池模组的等效电路子模型(ECM)模拟电池产热,研究壳体内部流道排布对热性能影响,以电池模组最高温度、最大温差和进出口压降作为性能评价指标,并引入期望函数以获得优化的壳体流道排布。基于优化的流道组合制备了一进两出的液冷壳体,组装三元18650真实电池模组进行热性能实验研究。研究发现:一进两出结构的热性能优于一进一出结构,3 C放电速率和1 m/s入口流速下与基准案例相比,最优情形1(短边侧一进两出流道排布)的最高温度增加了0.3%,但温差减少了8.87%,压差减少了66.5%。真实电池模组实验中充放电倍率越大,电池温度越高,汇流排焦耳效应影响越大。降低冷却液温度会导致放电时间变短、电池模组能量效率下降。最后采用高功率电池产热模型模拟热失控,实验发现在热失控功率600 W下相邻电池温度在57.4℃,不会发生热失控与热蔓延,即新型液冷壳体兼具散热、均温和热蔓延抑制作用。

输油管路油气两相脉冲冲洗的仿真试验研究

提出一种油气脉冲冲洗方式,通过改变充气时间产生脉冲震荡流,去除管内污染物.建立油气脉冲动力学模型和数学控制方程,基于Ansys Fluent模块进行用户自定义函数(UDF)二次开发并仿真试验.采用k−ε二方程湍流模型、气液两相流流体体积(VOF)模型,并用Simple算法迭代求解,对z=0截面上距进口不同位置处的径向速度、湍流强度、动压及壁面剪切力进行研究.结果表明,油气两相流冲洗的流速、湍流强度、动压以及壁面剪切力都高于油冲洗时的值;脉冲冲洗法压缩空气,使其以脉冲形式作用于油上,增强紊流脉动性,增加惯性切应力,清洗效果优于持续充气法.研究结果为管道油气脉冲冲洗提供理论依据和工程实践方法.

近场作用下纳米针尖点接触界面传热研究

扫描探针光刻技术可实现10 nm以下的材料加工,为微纳加工技术带来新的发展方向。但在该技术中针尖与样品间热量传递是影响材料温升和加工效果的关键因素。本文设计了一种金纳米针尖阵列支撑的单层石墨烯结构,在真空条件下,针尖与石墨烯间接触热阻是影响结构温升的主要因素。首先评估金纳米针尖阵列在532 nm激光作用下近场增强因子约为3.2,其次,结合实验和仿真,测定金纳米针尖阵列与石墨烯间接触热阻约为4.6×10^(-5)(m^(2)·K)/W。

激光辅助近场纳米制造中的物理机制探索

激光辅助近场纳米制造是利用近场聚焦激光束突破衍射极限对材料进行加工,使其发生纳米域内的相变或爆炸,从而制造纳米级材料和复杂结构的技术。基于探针的激光辅助近场制造技术是激光辅助近场纳米制造的一大分支。加工域内原位光场、温升、应力以及材料结构演变是纳米加工动态过程中的重要信息,有助于深入理解纳米加工过程多物理场相互作用的物理机制,以及进一步优化加工过程控制。本文主要综述了基于扫描探针显微镜探针针尖的激光辅助近场纳米加工中光场、温度场、应力场探测的实验和结构演变的理论计算工作。

碳纳米管纤维导热性能的实验研究

利用瞬态电热技术对碳纳米管纤维(carbon nanotube, CNTF)的导热性能进行测量,研究了不同加热电流下CNTF导热性能的变化规律。在测量过程中,发现热扩散系数存在“突变”现象,CNTF的高热扩散系数比低热扩散系数大约提高1.65~3.85倍,随着电流的增加,热扩散系数呈下降趋势。对电流加热过程中的声子散射机制进行了分析总结,并探究了CNTF中微观结构演变。研究表明,热扩散系数下降主要是由于高温加热过程中,倒逆声子散射增强和组成CNTF中的多壁碳纳米管结构变化造成。

基于NTC微珠状热敏电阻的稳态测量方法

稳态导热系数测量方法的原理和数学模型简单,但热源均温性要求高和测量时间长限制了稳态导热系数测量方法的实际应用。提出一种测量导热系数的新型微球法稳态热测量方法,建立对应的物理模型和试验方法。通过熔融共混法制备不同质量分数的石墨烯-石蜡复合相变材料,并采用微球法对不同质量分数的石墨烯-石蜡复合相变材料的导热系数进行测量。测量得到样品的导热系数分别为0.278 W/(m·K)(0%)、0.330 W/(m·K)(0.5%)、0.402 W/(m·K)(1%)、0.524 W/(m·K)(2%)、0.604 W/(m·K)(3%)、0.654 W/(m·K)(4%)和0.711 W/(m·K)(5%)。该方法具有微球体积小、热源均匀、测量快、样品制备简单等优点,可应用于实际工程中相变材料和液体的原位导热系数测量。

点加热稳态导热系数测量方法研究

针对稳态导热系数测量方法测量过程时间较长、测量装置复杂、以及样品制备和加工工艺复杂等现状,提出了一种新型的点加热稳态导热系数测量方法,构建相应的三维稳态传热物理模型,使加热面温升只与热流密度、样品导热系数和测温点位置相关。通过聚焦连续激光加热样品,缩短样品达稳态时长至分钟量级;建立对照光路消除表面发射率和激光稳定性对温度测量的影响;红外热像仪测量加热表面稳态温度分布,结合物理模型实现导热系数测量。采用多种已知导热系数的标准材料和线性法对测量方法进行验证,并应用该方法测量硅藻土导热系数为0.49~0.60 W/(m·K),误差为6.06%。该方法的测量迅速及非接触特性使其可应用于工程实地测量。

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,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、质量分数0.5%和1.0%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。