含湿孔隙岩石有效热导率的数值分析

本文采用有限元方法研究含湿孔隙岩石的有效热导率,即随机划分网格并指定材料性质,建立三维含湿孔隙岩石的有限元模型,模型的上下表面施加不同的温度,侧面绝热,计算出总热流,然后结合上下表面的温度梯度计算出岩石的有效热导率.考虑到单个随机模型不一定具有代表性,对给定的孔隙率和饱和度均生成了200种矿物、水、空气随机分布的岩石模型,进行Monte Carlo实验和统计分析,统计分析结果与前人实验结果吻合良好.数值分析结果表明,孔隙岩石的有效热导率与岩石的孔隙率、饱和度、固体矿物组分及孔隙的分布情况有关,数值计算的误差随着网格数目的增加而减小.此有限元方法可以用来估算岩石的有效热导率,在已知组分性质的多矿物岩石物性计算方面有广阔应用前景.

高温绝热毡有效热导率的理论分析与实验研究

建立了高温绝热毡有效热导率的数值计算模型,分析了温度和压力对传热机制的影响．用高真空平板型石墨加热炉测量了纤维绝热毡平均温度高达860℃时的有效热导率,实验结果与理论计算吻合得很好．结果表明,当温度较低(＜400℃)时,高温隔热毡的固体传导在总体传热中占主导地位；当温度较高时(＞700℃),无论环境压力高低,辐射都成为材料内部主导的传热方式；当环境压力小于200 Pa时,可忽略气体传导的影响．

金属蜂窝结构有效热导率的预报与实验研究

建立了蜂窝夹芯结构有效热导率的数值计算模型,算例表明预报结果与实际值吻合很好.设计并制造了有效热导率的测试设备,对A l蜂窝样件进行了稳态热传导实验测试,结果表明,在平均温度高于150℃时与数值结果的相对误差不超过7%,所建立的分析和实验方法能够实现对蜂窝结构热性能的评价分析.

非均匀多孔介质有效热导率分析

本文采用控制容积法,界面调和平均导热系数值以及图形处理方法对典型非均匀多孔介质硬质聚氨酯泡沫材料的导热过程进行了分析与模拟计算。结果表明:多孔介质的内部结构是影响温度分布和热量传递的主要的因素,其影响程度与骨架和孔隙的导热系数,孔隙的大小和分布有关;计算得到的有效热导率值与文献中实验测量结果吻合较好。本文的研究结果可以推广到更为复杂的非均匀多孔介质的场合,从而可以进一步认识非均匀多孔介质中的导热规律,为工程计算提供更精确的计算方法。

热防护系统高温纤维隔热毡传热及有效热导率分析

针对重复使用运载器热防护系统纤维隔热毡内部导热和辐射的耦合换热问题进行了分析,应用有限差分法建立了纤维隔热毡的数值分析模型。通过数值求解传热方程,计算了稳态的有效热导率。计算结果表明辐射和气体传导是纤维隔热毡内的主要传热方式,辐射作用随压力和试样密度的增加而降低,在试样温度高的一侧辐射是主要的传热方式,而在温度低的一侧气体传导为主要的传热方式;试样的有效热导率随纤维的平均直径、压力和温差的增加而增加,随试样密度的增加而降低。本文的计算结果与文献中的实验结果吻合较好,可以为纤维隔热毡及热防护系统的优化设计提供理论参考。

纳米流体有效热导率预测

纳米流体热导率实验表明了纳米流体具有不同于常规流体的导热特性。从颗粒小尺寸效应、布朗运动引起的微对流、固液吸附微界面和颗粒聚集结构上分析了纳米流体导热机理,并推导了适合纳米流体的热导率预测公式。与实验结果对比分析,该预测公式与实测值较为接近,对预测纳米流体的热导率有一定的参考价值。

开孔金属泡沫有效热导率的理论分析与实验研究

采用能量守恒定律和光学厚近似法,建立了开孔金属泡沫有效热导率的计算模型,分析了温度和压力等因素对传热的影响,并应用高温真空石墨加热炉对开孔金属泡沫的有效热导率进行了实验测量。理论值与测量值基本吻合,各个测量点的平均相对误差<5%,最大相对误差低于10%。结果表明,开孔泡沫金属的有效热导率随温度和压力的增加而增大,在低温情况下(T<100℃),开孔泡沫金属内部的传热机制主要为固体导热;在高温情况下(T>400℃),辐射成为开孔泡沫金属的主导传热机制;在低压下,气体导热可以忽略不计,但随着压力的增大,气体导热加大对传热的影响。

基于纳米颗粒小尺度效应的纳米流体有效热导率模型

通过分析基于纳米颗粒小尺度效应的纳米流体热流传递的机理,建立纳米流体有效热导率的预测模型。将本模型与实验数据及经典模型对比,发现在常温下本模型和经典模型计算值均能较好地预测纳米流体的热导率,但在温度较高时本模型与实验值更接近,表明其更适用于计算不同温度下纳米流体的热导率。在此基础上,讨论了温度、纳米颗粒体积浓度和粒径对纳米流体热导率的影响,以及在不同温度下纳米颗粒及基液两者对增大纳米流体热导率的贡献。

纤维隔热毡有效热导率测试方法研究

文摘纤维隔热材料热导率的测试是高马赫数可重复使用飞行器（RLV）金属热防护系统（TPS）研究中的一个难点。本文以NASALangley研究中心一维稳态有效热导率测试装置为依据,设计了测试温度达1 600℃、压力在1×10^-3-1×10^5Pa的高温石墨平板炉,并对该设备的设计原理、装置构造、测试方法以及数据采集等方面进行了讨论,对三种国内不同厂家生产的高温纤维隔热毡的有效热导率进行了测试。结果表明,该设备在经历一定时间的稳态处理后,获得了稳定的热流密度,进而得到不同温度下的一维稳态有效热导率。测试结果表明纤维隔热毡的有效热导率随温度的增加而增加,在高温下,辐射成为影响材料导热能力的主要因素。

热探针法测试颗粒多孔材料有效热导率的研究

为研究颗粒多孔材料有效热导率与粒径、孔隙率和含水率之间的关系,制备不同粒径、孔隙率和含水率的碳化硅、石英砂和工程砂颗粒,搭建基于热探针法原理的颗粒多孔材料有效热导率测试平台。采用标准甘油对测试系统进行标定,分别对干燥(两相)与含湿(三相)的待测试样进行实验研究。研究结果表明:甘油热导率的测试结果误差在1.2%以内;碳化硅、石英砂和工程砂这3种颗粒多孔材料的两相有效热导率受孔隙率影响较大,均随孔隙率增大而减小,受粒径影响较小,它们的两相有效热导率的预测误差均小于3%;三相有效热导率均随含水率增加而增大,当含水率超过15%时增速均趋缓,且均随孔隙率增加而减小,当孔隙率增至一定程度时,有效热导率降幅逐渐减小,其预测误差均在5.2%以内。

高比例SiC_p/Al复合材料的有效热导率模型

有效热导率是铝基复合材料在电子封装、热控方面应用的重要性能指标。结合复合材料广义自洽微观力学模型,并在Maxwell理论的基础上,初步建立了适合高体积分数SiCp/Al复合材料的有效热导率预测模型。模型不仅考虑了颗粒与颗粒、颗粒与基体间的界面效应,而且在一定程度上也考虑了增强体颗粒的形状。其理论计算结果与实测值吻合较好。

固液相变数学模型中有效热导率

在一维固液相变数学模型中有效热导率计算公式的研究基础上 ,根据理论分析和实验数据 ,对一维有效热导率进行了修正 ,并把有效热导率计算公式应用到二维相变问题中 .通过对等热通量和等壁温边界条件的仿真计算结果与实验数据相比较 ,说明了本文的有效热导率计算方法的合理性 .

非均匀颗粒流的热传导模型及其有效热导率

根据稠密气体运动学理论,在近平衡条件下,给出粒度呈分形分布的颗粒速度分布函数,并建立颗粒和流体之间因颗粒的随机运动而产生的热传导模型.当Biot数小于0.1、BiFo数远小于1.0时,推导出颗粒固体体积百分比V较低、劲度比较高的剪切流的有效热导率解析表达式;计算结果表明系统结构特征参数η、固体体积百分比V和粒度分形维数D对有效热导率有显著的影响,并与单一颗粒流的有效热导率理论和实验结果进行了比较,本文的理论结果与实验更接近.

空心微球结构泡沫金有效热导率的数学模型以及低温数值模拟

通过等效热阻法求得了空心微球型二维结构的有效热导率与半径、壁厚以及交错角的关系。发现有效热导率只与交错角以及壁厚与半径的比值t有关。采用Abaqus商用有限元软件建立了三维随机堆积的空心微球模型和球壳表面带孔的几何模型,计算得到在12~25K、不同t(0.016~0.022)下的三维结构泡沫金的有效热导率为1.36~1.43W/m·K;比较不同流相下泡沫金的有效热导率,发现流相的热导率对计算结果有较大影响;发现在真空中,球壳表面孔对其有效热导率的影响很小,不同孔径下有效热导率的平均绝对误差为0.021。

空隙率与含水率对SiC颗粒有效热导率的影响

为研究Si C颗粒材料的导热性能,设计了一热探针法测热导率实验装置,对不同空隙率与含水率的Si C颗粒材料有效热导率进行了测量。实验结果表明:含水率一定时,有效热导率随空隙率的增大而减小,开始下降较快,当空隙率大于0.48以后逐渐变缓。空隙率一定时,有效热导率随含水率的增大而增大,开始增加较快,但当含水率超过15%后,含水率对整个有效热导率的影响程度变小。根据测量数据,拟合得到Si C颗粒材料有效热导率关于空隙率和含水率的预测公式。

简单颗粒流的热传导模型及其有效热导率

文章提出了简单颗粒流的热传导模型;根据稠密气体运动学理论,运用随颗粒速度而变化的自由程,理论推导了简单颗粒流的有效热导率表达式。当Biot数小于0.1时,有效热导率解析结果可适用于Biot数和Fourier数的乘积(biFo数)的整个范围。讨论了颗粒固体体积百分比和数对有效热导率的影响,结论比已有的研究结果更准确。

两相复合材料有效热导率的理论推导

复合材料有效热导率的解析表达式一直是传热问题中人们想要解决的问题。本文选用合适的单元体,采用热阻模型和积分平均方法,分别对分散相为球体和圆柱体的两相复合材料的有效热导率进行了推导。对于多孔复合材料,当孔隙率较大或温度较高时辐射换热的影响不能忽略,本文分析了气孔为球体或圆柱体时辐射换热对其有效热导率的影响。将计算所得有效热导率与相关实验数据进行了比较,结果表明两者吻合较好,证明了公式的准确性。

基于分形理论的粉末注射生坯的有效热导率研究

运用分形理论描述粉末注射生坯微观形貌特征,研究了316LPIM生坯热脱脂工艺过程,分析了面积分形维数和迂曲分形维数对有效热导率—孔隙率关系的影响.研究结果表明:PIM生坯有效热导率随着孔隙率的增加而减小;在相同孔隙率下,有效热导率随着面积分形维数的增大而增大,随着迂曲分形维数的增大而减小.

堆内辐照氚增殖剂球床有效热导率分析

氘-氚聚变反应堆中,固态氚增殖剂包层能不断为聚变反应提供氚核素,是实现聚变反应堆商用的关键技术之一。由锂陶瓷小球堆积形成的球床形式的固态氚增殖剂包层具有比表面积大、产氚效率高等优点,是我国重点发展的氚增殖剂包层形式。氚增殖剂球床须能支撑在堆内辐照时的高温环境,这就要求氚增殖剂球床有较好的导热特性。球床的有效热导率在球床设计和辐照过程中的安全分析十分重要,因此在中国先进研究堆(CARR)开展了氚增殖剂球床在堆内辐照环境下的有效热导率测量实验。根据MCNP计算得出的球床发热功率,结合实验测量的球床温度分布反推得到氚增殖剂球床的有效热导率,并与广泛应用于球床有效热导率计算的改进型ZBS模型计算结果以及堆外实验结果进行对比分析,理论值与实验值能较好吻合。

单一颗粒流分形模型及有效热导率计算

首次提出了颗粒流中粒子的分形模型，得到粒子在不同分维下的分形分布，并和麦克斯韦分布进行比较，分析了两种分布产生差异的物理机制．在此基础上研究了单一颗粒流的有效热导率，得到其解析表达式，并分析了有效热导率随粒子温度、粒子分维的变化规律．