受限空间锂离子电池热失控热传递仿真研究

为探究锂离子电池在航空运输等受限空间条件下的热失控热传递来源及占比,以正极材料钴酸锂(LCO)的18650型锂离子电池(100%荷电状态)为研究对象。通过ANSYS Fluent软件建立锂离子电池热失控热传递模型,将第1节电池及其热失控产生的热解气体作为热源,通过辐射传热和对流换热对第2节电池进行加热至热失控。研究结果表明:第2节电池达到热失控温度时,电池内部副反应产热占总能量的30.01%;第1节电池热失控产生的气体燃烧为第2节电池热失控提供能量,且占总能量的5.64%;第2节电池达到最高温度时,电池内部产热占比87.39%,气体燃烧提供的能量占比为1.76%;热解气体的燃烧虽然加速第2节电池的热失控进程,但提供的能量所占比例较小。

基于热传递减法集对势的区域水资源承载力评价

为有效评估区域水资源承载力系统演变特征并诊断脆弱性影响因素,引入物理学热传递思想,在集对分析传统减法集对势基础上进一步深化确定性项和不确定项之间的势差概念,构建了基于热传递减法集对势的区域水资源承载力评价方法,并应用于安徽省江淮丘陵区。结果表明:2011—2018年安徽省江淮丘陵区除合肥市外,其余地市水资源承载力水平整体有所改善,合肥市水资源承载力等级较低;人均水资源量、产水模数、生态用水率等因素是影响安徽省江淮丘陵区水资源承载力变化的重要脆弱性因素。整体而言,本文计算分析结果与传统减法集对势及半偏减法集对势计算结果基本一致,这表明构建的基于热传递减法集对势的水资源承载力评价方法计算结果合理有效,且丰富和发展了集对势的内涵,可为开展区域水资源承载力评价及脆弱性因素识别提供新的研究途径。

拉毛针织面料热传递性能的有限元仿真

为探究拉毛针织面料的毛羽对面料热传递性能的影响规律,提出了一种预测拉毛针织面料热传递性能的方法,建立了针织线圈-毛羽层模型,在此基础上对拉毛针织面料的热传递性能进行有限元仿真分析,并通过实验验证模型的有效性。首先对实验面料进行测量,得到织物的几何结构参数,利用SolidWorks专业建模软件建立织物的针织线圈结构,利用ANSYS DesignModeler建立织物的毛羽层;然后借助有限元分析软件ANSYS Fluent,根据模拟环境设置边界条件,进行迭代运算,得到该模型的温度分布云图;最后将仿真模拟的结果与实验测试结果进行对比,对模型的有效性进行验证。研究结果表明:拉毛针织面料的模拟热阻值与实验热阻值相关系数接近0.993,最大差异小于17.7%,表明该有限元模型具有一定的可行性;拉毛针织面料的表面毛羽密度越高,织物的热阻值越大,但是毛羽密度达到一定范围后,织物热阻值发生较小变化。

电热织物系统热传递模拟及其参数设计

为保证电加热服装的舒适性与安全性,并为其优化设计提供参考,通过Comsol软件建立了包含皮肤层的电热织物系统传热模型,考虑了热传导、热对流、热辐射3种传热方式,进行了多物理场耦合模拟。将模拟的瞬态结果与实验数据进行对比发现,二者随时间变化的温度曲线相近,且实时温度和最终温度相对误差均低于4%,说明模拟值与实验值之间具有良好的吻合性。通过该数值模型进行了稳态的参数化研究,拟合了皮肤温度与环境温度、风速、发热片加热温度、服装内外层热阻之间的线性关系,建立了皮肤温度预测模型,并应用模型设计电加热服装的相关参数。本文研究结果可为特定使用环境下电加热片的设计与选择提供理论参考。

基于图像识别技术的透明土热传递特性分析

为揭示透明土材料传热特性,基于透明土立柱试验、灰度像素图像及热红外图像技术,建立归一化像素强度与温度对应关系。在此基础上,分析顶部传热和底部传热2种传递方式下透明土的热传递规律。结果表明:通过建立归一化像素强度反映透明效果,发现透明度与透明土温度之间存在线性关系,随着温度的升高,透明土透明效果先增强再减弱。在顶部加热时,透明土柱呈现不均匀传热特性,边缘温度带呈现圆弧状不规则波动,热量核心区域范围更大;底部加热时,透明土柱受热均匀,边缘温度带较为平整且呈现条带状,热量核心区域较小。透明土顶部加热较底部加热的热传递效率更快。无论何种传热方式,加热点处透明土温度在持续加热下呈非线性变化特征,且越靠近热源,该现象越显著。

玉米储藏结露过程中质热传递规律研究

模拟实仓储藏时存在的温差,以水分含量为14%的黄玉米郑单958为对象,将其放置于专制的可采用低温空腔输入冷空气,高温空腔输入热空气的模拟仓内,在5℃(25℃~30℃)温差条件下进行储藏研究,低温壁面、中间部位及高温壁面的粮温分上、中、下3层分析,每一层取3个温湿度传感器记录数据的平均值,研究分析温湿度及水分含量的迁移变化规律。结果表明:5℃(25℃~30℃)温差下在26 h左右发生结露,会有微气流运动,气流运动带动湿热扩散,湿热从高温区域向低温区域进行迁移和再分配,进而影响粮堆温湿度和含水量的变化,若不及时处理,即使5℃小温差,当水蒸气达到饱和状态,水汽凝结成水滴附着在粮粒表面,就会发生吸湿结露现象。

经纬异质服用机织物的热传递模拟

为研究经纬异质机织物的热传递性能,运用ComsolMultiphysics软件进行有限元分析并建立三维模型,还原织物真实的组织。建立了棉分别与羊毛、麻及涤纶三种纤维交织的三维模型,并计算热通量,进行结果对比,由此比较三种织物的传热性能。比较得出棉-羊毛织物的保暖性能最好,棉-麻与棉-涤纶织物的保暖性能较差且较接近。

基于热传递过程的薄层水流流速测量方法及装置

基于薄层水流中的热传递过程,提出测量水流流速的示踪方法,并设计对应的测量系统。在室内试验坡面上,设计不同试验工况(坡度为5°,10°,20°,流量为2,5,8 L/min),以盐示踪法为对照,研究热示踪测量薄层水流流速的可行性及其影响因素。结果表明,测量系统能准确地测得热示踪剂的运移过程;热与盐2种示踪剂测得流速范围为0.408~1.522 m/s,线性拟合斜率为1.006,R~2为0.993,表明两者具有显著的线性关系,热示踪法具有较高的可靠性;由于物理属性差异,部分水力工况下示踪剂的释放方式对盐和热的测量结果影响显著,表明此时2种示踪剂测量流速的代表性不同;可采用盐与热联合示踪的方法,取二者测量结果的均值作为薄层水流的平均流速,以提高测量结果的代表性。研究结果可为复杂下垫面、盐渍化和禁用化学成分等特殊坡面上薄层水流流速的准确测量提供新方法和理论参考。薄层水流流速的准确测量对地表水文和土壤侵蚀领域的研究具有重要意义。

分数阶Maxwell纳米流体二阶滑移流动与热传递分析

在考虑二阶滑移边界的影响下,对多孔介质中垂直拉伸板引起的分数阶Maxwell纳米流体流动与热传递特性开展分析研究。利用分数阶剪切应力和分数阶Cattaneo热通量模型构建二维边界层控制方程,采用有限差分和L1算法进行数值求解。对不同物理参数下的速度、温度、平均表面摩擦系数和平均Nusselt数的变化趋势进行图形化分析。研究结果表明,牛顿流体的流动性能和热传递优于粘弹性流体;速度分数阶导数参数和温度松弛时间会恶化对流和热传递,而温度分数阶导数参数和速度松弛时间则促进对流和热传递;滑移参数降低了流体初始速度,一阶滑移参数对流动和热传递的影响大于二阶滑移参数;流动和热传递对各物理参数的敏感度随该物理参数的增大而下降。

花生干燥过程湿热传递机理研究现状与展望

花生以其高营养价值和在食品中的广泛用途而备受关注,是一种重要的工业加工和食用油生产作物。花生收获后,其水分含量高,易因多种因素发生霉变,甚至产生毒素而使花生变质,从而导致花生品质降低和经济价值折损。干燥是花生收获后满足加工过程的重要步骤之一,也是保障花生品质和防止霉变的必要措施。本文介绍了国内外有关花生干燥的研究,阐述了花生的干燥技术、干燥特性及干燥模型,归纳了花生干燥过程湿热传递机理的研究进展,以期为花生产业健康发展提供参考。

油料作物热风干燥特性及湿热传递机理研究进展

干燥是油料作物加工的必经环节,也是油料作物安全贮藏的前提。热风干燥技术具有操作简单、成本低、处理量大、可持续干燥等优点,应用十分广泛。热风干燥过程本质上是湿热传递过程,基于实验及模型研究对油料作物湿热传递过程进行准确预测具有重要意义。本文在介绍部分油料作物热风干燥特性的基础上,重点综述其湿热传递的实验和模型研究现状及发展动态,并展望油料作物热风干燥领域未来的研究方向,以期促进该技术的推广应用。

热接触暴露下多层防护服的热传递及皮肤烫伤研究

为给高温作业人群提供更好的保护,研究多层防护服的热传递问题,以提升热防护服的防护功效。基于阻燃织物的热传递特性与皮肤生物热传递机理,构建“热接触环境-服装-人体皮肤”之间热传递模型,利用热接触防护性能试验,验证了模型预测结果的准确性,并进一步调查接触压力、织物基本参数对皮肤温度与皮肤烧伤时间的影响。结果表明:接触压力对热防护服的防护性能有较大影响,易受压部位需要更高的热防护;该模型能够准确预测不同压力状态下热防护服的防护性能,为热防护服的热功能工程设计与高性能材料研制提供理论支持。

机织物的热传递与强热条件下热防护性能

在高低温、热辐射和烈火场等强热物理场,要求服装具有隔热功能。为探究组织结构、热源强度对机织结构材料热防护性能的影响,采用有限元模拟方法,研究热源强度为0.8 kW/m2条件下,6种组织芳纶、涤纶机织结构材料的瞬态热传递过程特征,得到材料的温度云图和表面温度时变图,观察温度时变图,从隔热时间和隔热温度2个维度提出强热条件下评价织物热防护性能的5大指标。结果表明:热流沿纱线浮长传递,形成与浮长相关的上、下表面温度和温差;热流达到下表面的滞后时间越长,下表面的温升速度越慢,形成的温差越大,下表面形成的稳定温度越低,材料的防护效果越好,6种组织的隔热防护性能由低到高排序为:平纹、2上1下斜纹、3上1下斜纹、4上1下斜纹、5上1下斜纹、6上1下斜纹;在常规热源条件下,单层织物能够有效阻止热流滞后约1.5 s,强热条件下,需增加防护厚度或叠加其它材料以提高隔热能力;辐射热防护性能测试表明,实验结果与模拟结果存在很好的一致性。

玉米储藏结露过程中质热传递规律研究

为预防实仓储藏时玉米因温差结露造成储粮品质劣变,以水分含量为14%的黄玉米郑单958为试验对象,将其放置于专制的可采用低温空腔输入冷空气,高温空腔输入热空气的模拟仓内,分别在20℃(5℃~25℃)和10℃(15℃~25℃)温差条件下储藏,以模拟结露环境,低温壁面、中间部位及高温壁面的粮温分上中下三层进行分析,每一层取三个温湿度传感器所记录数据的平均值,研究分析温湿度及水分含量的迁移变化规律。结果表明:20℃(5℃~25℃)温差下在11 h左右发生结露,10℃(15℃~25℃)温差下在22 h左右发生结露,温差越大,结露所需时间越短,粮温下降越快,水分含量上升越快,粮堆湿度也相应增大,其他壁面的温湿度及水分含量变化符合迁移分配规律。

基于热传递的寒区铁路桥台温度场规律研究

寒区铁路桥台受恶劣气候条件带来的温度场变化影响,产生了多种结构病害并威胁着线路运营安全。针对这一问题,本文建立典型铁路桥台有限元模型,研究建设完工后一年周期内的温度场变化规律,分析了台前及台后土体一定埋深范围内地温曲线的变化特征,对比分析了不同土质条件下的冻结深度差异。研究表明:桥台完工后的初始温度影响了台后土的地温分布,桥台建设及台后土的填筑导致地温温度场进行了重分布;在初始温度相同情况下,土体参数的不同导致冻结深度不同,冻胀土体冻结深度明显大于不冻胀土体,本文计算的最大冻结深度达7 m。

“五育融合”视域下小学科学教学实践探索——以“热传递”单元为例

“五育融合”在新时代基础教育改革中掀起了一片热潮。“五育融合”的课堂教学可以深层次地促进立德树人的有效落实,成为学生德智体美劳全面发展的助力器。小学科学教学应建构融合化教学目标,勾勒融合育人的应然框架;设计融合化学习活动,提升融合育人的实践品质;采用融入式评价方式,实现融合育人的深度覆盖,推动“五育融合”的落实。

用设计思维统整单元教学的策略——以“热传递”单元为例

科学课倡导教师用学科核心概念指导学生开展探究实践。《义务教育科学课程标准(2022年版)》(下文无特殊说明均指本课程标准)指出,通过对学科核心概念的学习,理解物质与能量、结构与功能、系统与模型、稳定与变化4个跨学科概念,将科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等核心素养的培养有机融入学科核心概念的学习过程中。因此,教师在课程实施过程中,要精心设计教学活动,从学生前概念出发,基于他们的已有经验与认知水平,改进教学方法,加强教学内容的整合。

金属凝固前沿热传递系数变化规律的探讨

分析了金属凝固过程中界面热传递的 4个阶段及在各阶段热传递的机理 ,推导出界面热传递系数在各个阶段的表达式。通过分析文献实验数据 ,得出了在整个凝固过程中热传递系数与空气隙成反比的半经验耦合表达式。

面条干燥过程的湿热传递机理研究进展

干燥是挂面生产过程中较难控制的加工工序。干燥工艺不合理易造成产品质量问题,而水分和热量传递是影响挂面质量特性的重要因素。该文主要介绍了挂面干燥过程水分和热量的传递规律、机理和数学模型等研究结果,分析了水分传递研究的方法和水分分布的测定方法。综合分析认为,挂面干燥过程研究应进一步关注水分和热量传递机理以及湿热传递数学模型的研究。

脉冲激光加热薄膜微尺度热传递研究进展

短脉冲激光显微微加工因其具有制作高精度微结构的能力和其在现代微制作技术中的应用,微尺度薄膜热传递的研究受到极大关注,近年来对薄膜结构高频加热的研究迅猛发展。本文对十年来薄膜微尺度热传递的相关研究进展做了简要评述。