厌氧发酵反应器一维稳态传热模型的建立与验证

在北方高寒地区,采取适当的加热及保温措施,确保沼气厌氧发酵所需的稳定温度,是关系到沼气工程冬季能否正常运行的关键所在。厌氧发酵反应器传热耗热量是沼气发酵料液加热系统设计的最基本的数据,它直接影响着加热系统方案的选择、供热管道管径和加热器等主要设备的确定。该文在稳态传热理论的基础上,通过对集厌氧发酵和沼气收集为一体式的全地上反应器传热过程的理论分析,建立了一维稳态传热模型,并通过试验对传热模型进行了修正和验证。结果表明,通过模型计算得到的模拟值与实际值在统计上没有明显差异,传热模型可用于反应器耗热量的计算。这为今后大型沼气工程中厌氧发酵反应器热负荷的计算和反应器能耗的预测提供了依据。

一维稳态流非饱和土渗透系数垂直分布模型及其线性简化

渗透系数是控制地下水流动的重要参数,对渗透系数的空间分布规律进行研究具有重要的意义。基于Gardner模型获取了一维稳态流非饱和土渗透系数沿垂直分布模型,该模型用指数函数描述,受饱和渗透系数和无量纲的深度与流动率等因素的控制;该模型表明一维稳态流条件下均质典型土类的渗透系数其沿垂直方向变化趋势主要受比流量与饱和渗流系数的负数值二者之间的相对大小影响。分别采用泰勒级数方法和以地下水位处及地表处的渗透系数作为控制条件方法对一维稳态流非饱和土渗透系数沿垂直分布模型进行线性近似简化。采用泰勒级数方法获取的简化模型其计算误差随无量纲的深度增大而增大。简化后的模型具有形式简单、参数少等特点。通过算例对比简化模型与原模型的差异,计算结果表明:采用以地下水位处及地表处的渗透系数作为控制条件的方法进行线性近似简化的模型计算误差比采用泰勒级数方法获得的线性近似简化模型的计算误差小。

一维稳态导热过程的传递规律及计算

利用一维稳态(火用)传递方程,对平壁在第一类边界条件下的一维稳态导热过程的(火用)传递做了数值计算,并就导热系数为定值与变值的两种计算结果进行了比较。结果表明,由于传递过程的不可逆性,过程中(火用)流密度是下降的,(火用)传递系数不仅与材料的几何尺寸有关,还与其热物性和内部温度分布有关。因温度对导热系数和(火用)流密度均有影响,只有在导热系数较大的情况下,(火用)传递计算中取导热系数为定值才能保证误差比较小,该结论与实际情况符合得较好。

对一维稳态传热过程类电流求解方法的讨论

从传热学一道经常出错的习题入手,利用热流和热阻概念,提出了一维稳态传热过程两种常见的解题方法。第一种方法得到了自相矛盾的结果,明显违背了热力学第二定律,但又似乎没有逻辑问题。经过分析发现,热流方向正向的预先假设对正确计算一维稳态导热过程或者一维稳态传热过程关系重大。根据傅里叶定律、牛顿冷却定律和不同的热流正向假设,得到了正确的圆筒壁和球壳热流计算方法。从这些计算方法可以看出,在某些情况下热阻可以为负值,而且是在所有的热阻均取负值时才能保证计算结果的正确。

一维稳态流下非饱和土静止土压力系数的铅直分布

对一维稳态流下非饱和土静止土压力系数铅直分布开展研究,根据非饱和土上覆应力微分方程,推导一维稳态流条件下土的重度和上覆应力铅直分布表达式,并基于此对非饱和土静止土压力系数铅直分布表达式进行修正。研究结果表明:重度的铅直分布函数近似呈幂函数;上覆应力的铅直分布函数为一线性函数和一定积分函数的叠加;修正后静止土压力系数表明该系数除了受土的物理性质影响之外,还与流动条件有关。最后通过算例计算和分析在不同流动方向和比流量情况下均质非饱和黄土层内土的重度、上覆应力和静止土压力系数的铅直分布。算例的结果表明:非饱和黄土层内土的重度铅直分布规律对流动方向和比流量的变化敏感,土的重度在入渗条件下最大,静水条件下次之,蒸发条件下最小;入渗条件下土的重度随比流量的增大而增大;蒸发条件下,则相反;上覆应力沿铅直方向近似呈线性分布;静止土压力系数在入渗条件最大,静水条件次之,蒸发条件最小;入渗条件下静止土压力系数随比流量的增大而增大;蒸发条件下,则相反。

一维稳态模型与LDC法计算白沙河流域水环境容量研究

近年来,白沙河水质污染呈不断上升趋势。对白沙河流域水环境容量进行准确预测,是开展白沙河流域综合治理的重要前提。文章采用一维稳态模型和LDC法分别计算了白沙河流域水环境容量和TMDL,并对计算结果进行比较。结果表明:LDC法能够更准确的反应流量与水环境容量的年际和年内变化特征,预测精度高;在枯水年秋季和特枯年秋冬季,LDC计算结果低于一维稳态模型计算结果,而其余水文年则相反,且差距随着流量增大而增大。研究结果为高效利用白沙河流域的水环境容量提供了理论依据。

一维稳态流下非饱和土有效应力参数及吸应力铅直分布理论解

为研究考虑源汇项的一维稳态流下非饱和土有效应力参数和吸应力铅直分布,依据Vanapalli和Fredlund有效应力参数,推导有效应力参数及吸应力铅直分布理论解,并与无源汇项时的理论解对比验证;计算并分析典型土类有效应力参数及吸应力铅直分布规律。结果表明:源汇项为非0常数时,土层水力参数、水文参数等控制有效应力参数和吸应力铅直分布。随距地下水位高度增大,非饱和砂土、粉土和黏土有效应力参数呈递减趋势;砂土吸应力呈先增、后减趋势;黏土吸应力呈增大趋势;蒸发条件下,非饱和粉土吸应力呈先增、后减趋势;入渗条件下,呈增大趋势。

半导体PN结器件一维稳态模拟

从研究半导体PN结器件烧毁物理机理出发，建立了一种高效通用的半导体PN结器件计算机分析模型，并编制了一维德态程序，瞬态程序及二维模型研究将随后开展。

基于MATLAB的抛物槽式太阳能集热器集热管一维稳态模型

抛物槽式太阳能热发电是具有商业化发展潜力的热发电技术之一。抛物槽式聚光集热装置包括抛物槽反射镜面和集热管2个重要部分。应用传热学模型模拟集热管的运行状况,用于槽式聚光器集热管设计的改进。为了提高模型的通用性,文章利用了MATLAB软件对槽式聚光器集热管的一维稳态模型进行了计算,计算结果与美国Sandia实验室的实测结果吻合较好。

一维稳态问题的快速直接Legendre谱τ方法

以一维Helmholtz方程为背景,运用反向递推法和奇偶分解法建立了Legendre谱τ方法的快速算法,其运算量仅为O(N).Dirichlet、Newman边界问题的数值结果显示了算法的有效性.

基于一维稳态传热模型的海底数据中心散热结构研究

对于海底数据中心,如何在有限的体积内存放更多的服务器且保证服务器工作过程中向海水中正常快速的散热是主要研究内容。首先,利用热对流和热传导原理计算出在仅考虑服务器散热的条件下(也就是达到临界温度80℃)单个集装箱外壳中最多可以容纳的服务器数量,并通过比对在同一集装箱外壳下不同结构的散热效果,发现采用长方体外壳波纹型翅片结构可以实现最大化的散热效果。

基于恒温边界一维非稳态传热模型测量固体材料热物性参数

采用超级恒温水浴结合黄铜板形成恒温边界,通过控制试样尺寸（长和宽为厚度的8~10倍）结合侧壁面绝热层,保证在试样中产生准均匀一维热流。然后基于恒温边界下的一维非稳态传热模型,利用随机共轭梯度法对固体材料导热系数、比热容等进行参数估计反演计算。针对比热容灵敏度系数较低,参数反演估计误差较大的情况,估计热扩散率,并对比热容估计结果进行修正。建立实验测试装置,对松散煤体进行热物性测试,分析温度测量误差对估计结果的影响。最后,对玻璃等6种材料进行热物性测试分析。研究结果表明：利用随机共轭梯度法进行参数估计,准确性和抗不适定性较好,温度测量标准差达0.6时,仍能保证足够的参数反演精度（相对误差〈10%）。

一维非稳态导热问题的红外热诊断方案

结合红外热诊断由表及里的诊断功能,以无限大平板为研究对象,建立了一维非稳态导热的反问题模型,并给出了该反问题同步分析的向后差分方法,确定了这类非稳态导热反问题的红外热诊断方案。

步长和差分格式对一维非稳态导热数值计算的影响

以一个一维非稳态导热问题为例 ,研究了不同的步长和差分格式对计算结果的影响。研究表明 :空间步长不能选得过大 ,否则会使得网格数较少 ,计算误差增加 ;空间步长一定时 ,计算结果随傅立叶数变化而波动 ,且波动幅度因空间步长的增加而加剧 ;空间步长较大时 ,从显式格式、Crank-N icolson格式到全隐格式的计算精确度逐渐变差。另外 ,显式格式计算结果的合理性较强依赖于傅立叶数的取值 ;Crank-Nicolson格式只在空间步长较大时 ,才显示出这种依赖性 ;

聚碳酸酯板材一维非稳态传热实验和模拟计算

对聚碳酸酯(PC)板材热成形的具体边界条件进行分析和简化,得出传热过程模型,此热传导过程为一个一维非稳态传热过程。利用小型实验烘箱实验得出不同厚度的PC板材,不同加热方式的热透时间。同时,通过运用Abaqus有限元模拟软件对不同厚度PC板,不同加热方式的传热过程进行模拟计算,实验结果与模拟结果进行对比,能够很好的吻合。

公路隧道稳态纵向温度升高研究

隧道的长度不断加大,交通量逐年增长,机动车排出大量的热量,这些热量的积聚会造成隧道内纵向温度升高。作者研究了计算机动车排出热量的一般方法,并且针对隧道通风采用的横向、半横向、纵向以及竖井送排式纵向通风方式,根据能量守恒理论,建立了一维稳态模型,研究得到了不同通风方式下的纵向温度升高的理论计算方法。并且,以某长大隧道为例,计算了不同交通量下的隧道内温度升高的分布。研究成果可以应用在各种长大隧道通风的研究与设计计算中。

基于一维非稳态传热模型的炉温曲线优化研究

在回流焊接过程中,保证最优的传热系数能提高产品的质量和工作效率。针对某回焊炉的温度分布进行分段线性回归,通过有限元分析找到可优化参数,并且建立一维非稳态传热模型,以最优传热系数为优化目标,以各温区炉温及传送带速率为优化变量,采用有限差分法对已有的炉温曲线进一步改良,获得最佳指标值。结果表明:该模型自适应性较强,能有效地保证各功能区温度过渡的连贯性。

多层平板一维非稳态导热问题的数值解法

现实中存在大量类似多层平板位于两侧温度不同的环境中的例子,本文基于直角坐标系的导热微分方程,根据所给问题简化成一维非稳态导热的形式;根据简化微分方程,通过有限差分法给出了这类问题数值求解方法的显式格式,以及满足显式格式的稳定性条件;同时给出了两层材料接触面处节点温度的差分格式,以及两侧对流传热系数未知情况的程序执行步骤,为工业生产解决此类问题提供了理论依据和解决方法。

[火用]分析在稳态导热中的应用研究

针对平壁一维稳态导热问题开展了研究,通过时间参数τ建立了热流密度Φ与热量Q的函数关系,并对一维平壁稳态导热问题进行模型建立、量化与分析。进而得出火用函数的一般表达式与量化表达式以及以火用参数为基准的导热微分方程式。并且给出了其在实际背景下的应用分析。对导热微分方程式进行了分析,揭示了温差驱动与火用差驱动热量传递的异同,得出火用差驱动对热量传递具有力的效果,更好地体现了驱动力的概念。

井筒流压快速分析方法及其在CO_(2)井中的应用

井筒作为井筒内工质流体和地下储层发生物质和能量交换的主要通道,其内部流体温度场和压力场的准确预测是深部流体注采工程中至关重要的内容,控制工程生产效率与安全性评估。通过总结前人研究工作,发现井筒内流体压力随深度近似线性变化的特征,在此基础上,提出一种关于井筒内流压的快速分析方法;建立了基于井筒内流体的质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程的井筒内流体温度、压力耦合计算模型,并利用该耦合模型就所提快速分析方法中待定参数与流体工况、井筒参数、地层物性等参数变化的敏感性进行分析;针对CO_(2)井,给出了井筒内流压快速分析表达式,结合工程现场数据进行验证,压力解精度在工程应用许可的范围内。所提井筒内流压快速分析方法基于文献统计得出,适用于气井、液井、生产井、注入井等,覆盖范围较广,具有计算参数少、方便快捷的特点,针对某指定工质流体的快速分析表达式中的待定参数可由室内研究人员给出。研究结果对现场工程师具有极大的便利性。