多孔介质传热模型在多孔壁湍流中的适用性

为了考查不同的多孔介质传热模型在不同工况下的适用性,对带有高孔隙率多孔介质壁面槽道湍流及其传热进行了直接数值模拟研究。在多孔介质层外流体区域,通过有限差分方法求解不可压缩Navier-Stokes方程和温度对流扩散方程;在多孔介质层内,使用修正的Darcy-Brinkman-Forchheimer模型描述高孔隙率多孔介质阻力,以及分别采用局部热平衡(local thermal equilibrium,LTE)模型、局部非热平衡(local thermal non-equilibrium,LTNE)模型、理想金属(ideal metal foams,IMF)模型计算温度分布。通过对所得热场的统计特性的分析比较,探究了不同Biot数下水和空气两类流体介质的多孔介质传热模型的有效性。研究表明:LTE模型不足以准确预测金属泡沫多孔介质内传热问题,其等效导热系数因仅考虑孔隙率因素而低估了多孔介质层的传热能力;IMF模型在小比热容流体介质的算例中表现良好,可以代替LTNE描述多孔介质层内的传热,而在大比热容流体介质的算例中表现不佳,需要考虑比热容以及流固两相间的传热能力对预估的固体相温度分布进行修正。

回转式空气预热器积灰模型构建与积灰工况传热性能研究

为了量化研究积灰状态下回转式空气预热器(空预器)对运行条件的敏感性,构建基于局部热非平衡模型的三方程回转式空预器热力计算模型,探究了积灰分布与运行条件对空预器传热性能和硫酸氢铵(ABS)沉积的综合影响,对比分析了积灰热阻与热容对空预器的影响规律。计算结果表明:积灰热阻对传热性能的削弱效果远大于积灰热容对传热的强化效果;冷段积灰比例的增加使得ABS沉积区比例增大;当蓄热元件表面积灰厚度增加时,提高转速、增大流量或提升机组负荷对改善传热性能及减小ABS沉积区比例的效果尤为显著;改变流体温度对空预器性能的影响较小;当机组负荷由50%增加至100%时,ABS沉积区比例在清洁状态下的减小量为5%,在冷段积灰厚度为2 mm时提高至7%。研究结果可为针对性地调整空预器运行参数,从而优化传热效果及减轻积灰腐蚀提供参考。

闪沸喷雾孔几何形状对孔内流动特性影响的数值模拟

研究了汽车直喷汽油机喷嘴的几何形状对于闪沸喷雾孔内流动以及相变过程的影响机理。基于热不平衡假设建立了一维的两相相变流动模型,对于具有不同喷孔流道长度、直径、入口处圆角以及流道锥角的结构,分析了闪沸喷雾孔内流动的特性。将该模型结果与作者团队先前的实验结果进行了精度比对,验证了模型的准确性。结果表明:喷孔流道长度越长,孔径越小,从而孔内相变越剧烈。流道入口处圆角会减少喷孔内部蒸汽的生成。收缩型喷孔压降较小,孔内蒸汽相的生成也相应减少,从而扩张型喷嘴增大蒸汽产生速率。不同的喷孔结构,改变了流道内的压力以及速度分布;压力分布影响了气泡的生长速率,速度分布影响了气泡的生长时间,而两者共同作用影响了孔内的相变特性。

碳纤维增强复合材料层压板的雷击烧蚀损伤及剩余强度分析

轻质高强的碳纤维增强复合材料(CFRP)已广泛应用于飞机结构中,但是相较于金属而言其导电性能较弱,因此必须考虑雷击的影响。由于雷电流分量C波通常对CFRP造成的损伤最为严重,因此本文建立了C波的热电耦合模型和CFRP层压板的有限元模型,模拟CFRP层压板在C波作用下的雷击损伤。雷击后,CFRP层压板内部在室温下存在热辐射和热传导,会使得损伤进一步扩展。基于扩展后的损伤,使用Hashin准则进行失效判定,预测了CFRP层压板的剩余压缩强度。

石墨烯-碳纳米管复合结构热导率的非平衡分子动力学模拟

为制备高性能的热界面材料,采用非平衡分子动力学方法计算了三维石墨烯–碳纳米管复合结构的热学特性,研究了复合结构的尺寸及系统温度对于整体结构热导率的影响。研究表明,复合结构z方向长度的增加和温度的升高都能使复合结构的热导率在一定程度上增加并逐渐达到一个饱和值。为进一步探究整体及局部结构中声子能量传递的情况,计算了复合整体和连接处界面两侧的声子振动态密度,结果表明,碳纳米管与石墨烯界面处形变是阻碍复合结构热导率提高的主要因素。

履带车辆油气弹簧生热机理和热模型研究

为研究油气弹簧工作过程中的生热机理,建立油气弹簧参数化热模型。采集试验数据对油气弹簧阻尼示功特性进行数值拟合,得到活塞运动速度-阻尼力关系的数学表达式。对油气弹簧的传热路径和换热特点分析,建立油气弹簧热阻网络模型,计算得到工作过程中油气弹簧2种工作介质的温度变化特性。设计试验对油气弹簧的热模型计算结果进行验证。试验结果表明:阻尼力做功是油气弹簧温度升高的主要热量来源,油液温度比气体温度上升更快、平衡温度更高,该模型可以准确地计算出油气弹簧不同工作介质的温升情况,为油气弹簧热-机耦合动力学研究提供了参考。

非平衡热输运边界条件影响研究

当材料的特征尺寸小到与声子平均自由程相当,或特征时间短到与声子弛豫时间相当时,准平衡假设就不再有效,系统内会产生非局部效应。此时,边界条件将成为影响非平衡热输运的重要因素之一。超快速激光加热纳米薄膜是反映此类问题的典型案例,其传热过程中不仅热影响时间极短,而且作用区域还在纳米尺度。文章研究了不同边界条件对纳米硅薄膜非平衡热输运的影响,分析了声子从扩散状态向弹道状态转变的特性。结果表明:采用镜面边界条件与反弹边界条件具有相似的热输运过程,薄膜内部能量密度差异较小;对流边界条件下薄膜内部热量持续向外界流失,其能量密度最低;通过改变对流方式,发现强制对流相比于自然对流会带走更多的热量;随着薄膜尺寸减小,边界条件对热输运的影响会增大。

窑头余热锅炉超温原因分析及安全对策

分析了余热锅炉超温存在的炉内压力增大易爆炸,金属部件形变易坍塌,承压部件承压能力下降易爆管或泄露等问题。以篦冷机为对象,列出了热量收支平衡方程,分析了余热锅炉超温的原因;提出了增加篦冷机高温段鼓风量,增加二、三次风风量,合理控制篦冷机篦速,合理选用和维护余热锅炉耐火隔热材料、升级承压部件材质、增设废气管路和蒸汽管路减温装置,定期进行钢材部件金相和无损检验等安全对策。为从源头上避免余热锅炉超温,应合理调控烧成工艺、合理配置水泥窑窑头窑尾用风、稳定烧成系统工况,确保余热锅炉在安全工况下稳定运行,延长余热锅炉使用寿命。

夏季运营环境下西宁市某型号架空导线温度场变化规律

特殊、多变的高寒区气候条件导致架空导线的温度场变化较大,影响导线丝温度变形和分层应力波动,进而引发疲劳断股问题。因此,开展在高原寒区运营环境下架空导线温度场变化规律研究具有重要意义。本文基于二维稳态热平衡控制方程,考虑输电导线内部钢芯和铝导线丝的接触构造及孔隙,建立一套架空导线径向温度场数值求解方法。将该方法应用于JL/G1A-630/55-48/7型钢芯铝绞线,研究其径向温度分布规律和在不同环境下架空导线的温度场变化规律。结果表明:导线内存在不容忽略的径向温度差,风速、光照强度及环境温度对架空导线温度场有较大的影响。

浅析有机溶剂废气治理中的安全和环保问题

分离膜生产制造过程中产生的尾气成分复杂,尾气产生量大、尾气浓度波动大。尾气中的DMF(二甲基甲酰胺)、DMAC(二甲基乙酰胺)和ISO-G(异构烷烃-G)爆炸下限低,处置过程中存在诸多安全问题。运用各成分的饱和蒸气压曲线结合道尔顿分压定律和理想气体状态方程计算气体浓度。同时根据分类分质处置原则,采用先吸收,再经过RTO(蓄热式热力焚化炉)对其进行处理,从而实现尾气的安全处理和达标排放。

云南落漏河流域温泉水化学特征及成因模式

温泉的水化学特征和成因机制研究对中低温地热资源的开发利用具有重要意义。云南落漏河流域温泉分布受隐伏断裂带控制,沿落漏河分布于河谷两岸,出露于第四系松散堆积物和二叠系玄武岩地层,温度介于34.5~50.0℃,属于中低温热水,pH为7.62~9.73,溶解性固体总量介于262~702 mg/L。通过采集落漏河流域内温泉热水和周边浅表冷泉水样,开展水化学成分和氢氧同位素测试,基于水文地球化学方法探讨温泉及地下水的水文循环过程、水化学演化及其成因模式。结果表明,受HCO_(3)-Ca型浅层地下冷水混合的影响,温泉水化学类型为HCO_(3)-Na型,温泉热水和地下冷水化学组成受硅酸盐和碳酸盐矿物溶滤控制。氢氧同位素分析指示温泉热水和地下冷水主要接受大气降水补给,补给高程为2007~2307 m,补给区域为河谷西北部马耳山、北部锅盖山和中部左家山等山脉。通过二氧化硅地热温标、硅-焓混合模型和多矿物平衡模拟估算的温泉热储温度为68.4~150.0℃,冷水混合比例为77.9%~90.5%。落漏河流域温泉成因模式大致为:大气降水沿裂隙或岩溶通道下渗,历经深部地下循环被大地热流加热,循环深度为2872~3724 m,而后在高温和冷、热水密度差的驱动下沿白莲村隐伏断裂带上涌,在第四系地层以中低温温泉形式出露。研究成果可为落漏河流域温泉开发利用以及探索同类型中低温地热资源开发潜力提供依据。

静止颗粒群热辐射吸收性能的蒙特卡罗法二维数值研究

在粒子式太阳能接收器中吸热效率与出口温度难以兼顾,而颗粒群热辐射吸收性能决定其热效率及升温上限,基于蒙特卡罗法建立了外部平行辐射投射下的静止颗粒群辐射传递模型,探究颗粒群几何构型、颗粒粒径、颗粒辐射物性、辐照条件等因素对热辐射传输的影响。结果表明:颗粒群吸热时间与粒径、空间构型无关;但与体积分数成正比,且随外部辐射强度或颗粒表面吸收率的增大而缩短。对给定颗粒群,平衡温度主要依赖于外部辐射强度;总体吸收率主要取决于颗粒表面吸收率。给定空间构型下,二者均与颗粒粒径正相关,且随体积分数的增大具有相似的变化规律。不同空间构型下,颗粒体积分数的增大均在强化吸收外部辐射的同时增大了自发辐射的逸出。现有构型中,棋盘交错型、扇型与随机型下的总体吸收率随体积分数的增大有峰值存在。扇型与随机型达到最高平衡温度和效率所需的颗粒浓度最小。根据计算结果提出了颗粒群总体吸收率经验关联式,其中有82.9%的计算结果与定义式计算值相对误差小于15%。该研究结果可为运动颗粒群辐射传递的计算、粒子式太阳能吸收器的设计提供参考。

反旋转波相互作用对非平衡自旋玻色模型热输运性质的影响

随着实验技术的发展,量子系统中已经实现了强和超强自旋-腔、自旋-环境相互作用。很大一类光学腔和耗散环境可以用波色热库描述。在强系统-热库耦合条件下,之前适用于弱耦合条件下的旋波近似失效,需要考虑系统-热库的反旋转波相互作用对系统动力学演化和稳态行为的影响。使用正则变换和全计数统计方法,研究系统-热库反旋转波相互作用对热输运性质的影响。结果表明:在弱耦合情况下采用旋波近似时,稳态热流、噪声功率以及热力学不确定关系随温度单调增大。强耦合情况,反旋转波相互作用下,以上物理量呈非单调性:先增大后减小。在弱耦合情况下采用旋波近似时,热力学不确定关系与耦合强度无关。强耦合情况,反旋转波相互作用下,热力学不确定关系随着耦合强度的增大而减小,向热力学不确定关系的下限逼近。说明量子相干性有助于提高量子热机的性能,使其优于经典热机。

基于液冷的锂离子电池组热均衡性研究

为了改善车用锂电池模组在高温高倍率工况下的热均衡性,根据圆柱形锂电池的传热特性,建立了18650锂电池单体的三维热模型,并完成40℃环境自然对流下的热特性仿真,并通过温升试验验证了生热模型的可靠性.在此基础之上,针对某型纯电动汽车的动力电池组,提出了一种夹套式电池模组冷却系统,利用Fluent研究了40℃环境下冷却液流量、冷却液温度和放电倍率对电池组散热均衡性的影响.结果表明:增加冷却液流量可以有效降低电池组最高温度、最大温差及电池自身温差,改善电池间的温度均匀性;但当入口流量增至0.03 kg/s后,对电池组散热性能的改善效果十分有限;降低冷却液温度后,电池组最高温度下降,但电池组最大温差与单体电池间温差不断上升,单体电池自身最大温差略有降低;当放电倍率增大时,电池组最高温度与最大温差均不断上升,单体电池间温差以及电池自身温差显著增大,电池组热均衡性变差.

基于GA-SVR的热源自适应茎流检测与调控系统研究

茎流测量是研究植物耗水规律的重要手段,现有茎流传感器多基于热平衡法进行设计,但在低温天气时,植物蒸腾作用不明显,茎流瞬时变化响应不灵敏,导致测量结果不精确。针对上述问题,设计了一种热源自适应茎流检测与调控系统。综合考虑不同因素下茎流消耗在热源提供能量占比中变化趋势的建模需求,设计融合外界温度、茎流速率、横截面积等多环境因子茎流标定嵌套试验。在此基础上,利用支持向量机回归算法(Support vector regression,SVR)和遗传算法(Genetic algorithm,GA),建立热源功率自适应模型。结果表明所建模型的最优决定系数与均方根误差分别为0.989和0.015 W。基于LoRa无线传感网络构建茎流检测与调控系统,实现多组温度信息和热源功率的监测,系统调用移植到嵌入式设备的热源自适应模型动态获取热源功率调控目标值,并发送至执行控制器,控制功率调控模块,实现热源自适应融合的功率动态控制。精度验证试验显示:在低温段时,本系统比FLOW-32KS型传感器平均相对误差小2.64(6℃)、2.53(11℃)、3.68个百分点(16℃)。在高温段时,自适应模型修正对结果影响不大,双系统相对误差互有高低。证明本系统嵌入基于热平衡法的GA-SVR算法热源自适应模型后,能确保茎流消耗能量Q_(f)在输入总能量P_(in)中占比稳定,满足提高热平衡茎流测量精度的需求。

关于黑洞和时间性质的探索

简单回顾了北京师范大学广义相对论团队创建初期的历史.介绍了团队独创的部分研究成果:一项是创建了逐点计算非稳态黑洞表面各点温度的方法;另一项是指出热力学第零定律等价于钟速同步的传递性.

考虑雨水感热的降雨对多年冻土水热变化影响模型研究

青藏高原暖湿化诱发的多年冻土和寒区工程水热变化是第三极冻土生态与地质演化问题的关注焦点。目前降雨影响下的多年冻土地表能量收支建模未考虑雨水温度的影响,忽略了降雨能量脉冲作用。在已有的冻土水热耦合理论的基础上,通过引入考虑雨水感热的地表能量平衡理论,完善了考虑降雨能量的冻土水热耦合模型,基于青藏高原北麓河现场监测验证了模型的有效性,并分析了夏季降雨对地表能量平衡和活动层水热的影响机制。结果表明:考虑雨水感热的修正模型模拟土壤体积含水率、温度和热通量的平均偏差误差分别在±1.198%、±0.704℃和±1.66 W/m^(2)之内,一致性指数分别大于0.877、0.929和0.937;优化后的模型提升了对地表吸放热状态的评估,能够较好地预测了雨后活动层水热的变化;夏季降雨增加地表蒸发潜热和雨水感热,降低地表净辐射、感热和土壤地表热通量使地面降温,降温效果与降雨强度正相关;同时受降雨时段影响,白天降雨事件的降温效果显著,雨水感热促进地表冷却,而夜间雨水短暂加热地表,蒸发潜热的显著作用使地表依旧持续降温。在地表温度梯度降低和雨水入渗的作用下,温度梯度水汽通量减少,液态水通量增加,在强降雨和连续降雨下出现液态水的向下输送和累积。但相比增加的液态水对流传热,活动层热传导、水汽扩散潜热和水汽对流传热的降低更显著,使土壤总热通量减少而导致土壤降温,延缓活动层温度的升高。

实验比较两种分层空调负荷计算方法

以某大空间热环境实验基地喷口中送风和柱状下送风分层空调为研究对象,通过实验比较了传统的基于热转移和新的基于热平衡两种分层空调负荷计算方法。结果表明:喷口中送风分层空调负荷计算基于热转移的传统方法与实测值的平均绝对相对误差为9.34%;基于热平衡的新方法与实测值的平均绝对相对误差为7.83%;柱状下送风分层空调负荷计算基于热平衡的新方法与实测值的平均绝对相对误差为6.81%。提出的基于热平衡的新方法计算喷口和下送风分层空调负荷是可行的,由于其物理概念清晰、适应面广,通过进一步的工程应用研究后,可应用于大空间分层空调负荷工程设计计算。

论物质初始状态

宇宙空间中从没有物质的状态到有物质的状态,存在一个从无到有的转折点,将这样一个转折点定义为初始时刻。物质在初始时刻的状态就是物质初始状态。对物质初始状态进行了定性分析和定量分析。从定性的角度来说,初始时刻的物质有速度、有质量、有温度。从定量的角度来说,在初始时刻有且只有一个物质。如果认同宇宙质量守恒,则该物质的质量是宇宙总质量。该物质以光速保持匀速直线运动,该物质的温度是宇宙热平衡温度,这就是物质在宇宙空间中的初始状态。

光电专业光子气体黑体辐射理论的教学实践

黑体辐射和受激辐射等概念对于光电专业的学生是非常基础的概念,通过统计物理课程光子气体章节的讲授,系统地引入这些概念对于光电专业的学生系统掌握专业知识非常重要.笔者介绍了通过实践总结的讲授过程,对其中一些细节的把握进行了详细分析.