利用地下流体氦同位素比值估算大陆壳幔热流比例

地下流体中的氦同位素 3He来自地幔的排气作用 ,4He则是铀、钍衰变的产物 .由于铀、钍元素在大陆地壳中富集 ,4He通量与地壳热流呈正相关关系 ;同时 3He通量与地幔热流之间呈正相关 .所以地下流体的氦同位素比值 (3He / 4 He)与大陆壳幔热流比值 (qc/qm)呈反相关关系 .根据欧亚大陆和加拿大地盾的地下流体氦同位素比值数据和相应的壳幔热流比值数据 ,统计出 qc/ qm 与 3He / 4 He之间的回归关系 :qc/ qm =0 81 5— 0 30 0ln(3He / 4 He) ;此处 3He/ 4 He的单位是RA(大气的 3He/ 4 He比值 ) .有了地表热流值和壳幔热流比值即可得到地壳热流和地幔热流 .利用该公式以及热流值估算了中国主要盆地的壳幔热流值 ;根据这些数值得出的热岩石圈厚度和地壳平均生热率结果与地震学研究成果一致 .氦同位素比值是区分大陆热流中地壳热流值和地幔热流值的有用参数 .

面向热流国际班的流体热物性测试技术课程实验

针对培养一流人才的目标,制定了面向热流国际班本科生开设的流体热物性测试技术课程实验体系。课程包括温度与压力测量、饱和蒸气压测量及临界现象观测、流体液相密度测量和液体运动黏度测量4项实验。课程实验均源于热物性科研实验,实验设备均为自主研制。实验预习、操作和数据处理内容较为丰富,实验过程中学生全程动手操作,实验参与度高。该课程实验在开设的5年内获得了学生的一致好评,起到了培养拔尖人才的作用。

基于恒热流法和恒温法的岩土热物性试验分析研究

目前岩土热物性测试仪采用的方法包括两种:恒热流法和恒温法,通过介绍两种测试方法的区别及模型算法,以北京市某公建项目岩土热物性测试结果为基准,利用TRNSYS软件分别模拟了恒热流法和恒温法的测试工况,针对模拟结果展开分析研究。经对比,试验时间至48 h时,两种测试方法利用软件模拟出的延米换热量与现场测试结果的误差在10%以内,表明若已知项目周边的地层热物性参数如地层的导热系数、热扩散率等,可将软件模拟结果作为前期地埋管系统设计的依据,并作为后续热物性勘察结果验证的参考数据。此外,根据模拟结果,由于夏季地埋管流体在设计工况下与土壤的温差值较大,为了使流体尽快达到设计工况点,恒温法测试时应选用较大的功率,否则48 h内的测试值结果与实际值偏差较大。

薄膜热流计与原子层热电堆热流传感器的激波风洞试验对比

激波风洞试验的主要测试量是热流密度,且多采用薄膜热流计进行测试,但薄膜热流计热流测试结果缺乏直接验证手段,存在测热结果不确定度偏大等问题。原子层热电堆(ALTP)热流传感器响应时间短且线性度好,结合高精度可溯源的热流传感器标定实验,可保证ALTP热流传感器测热结果的准确性和可靠性。在多个流场条件下的激波风洞试验中开展了薄膜热流计和ALTP热流传感器测热结果交叉对比验证。对比试验显示:ALTP热流传感器和薄膜热流计在不同流场参数下测热结果相对稳定,中高热流下两者测热结果相差在8%以内。结合对比标定溯源链以及激波风洞试验测热结果的讨论,展现了利用ALTP热流传感器在激波风洞试验中在线标定薄膜热流计的可行性。

热流道板真空钎焊有限元模拟与分析

采用BNi-2镍基钎料对热流道板进行真空钎焊,须根据钎焊件设定加热工艺曲线。加热工艺曲线的设定是钎焊过程最重要的环节之一,决定着钎焊的质量和效率。该文结合真空加热的特点及钎焊要求,运用Ansys有限元软件数值模拟的方法,对壁厚、体积较大的多层热流道板真空钎焊进行仿真分析,通过对比不同工艺方案及不同钎焊件的模拟结果,探究真空钎焊过程升温规律,从而调整各阶段的相关参数及制定合理的加热工艺曲线,避免了现场反复调试参数造成的资源浪费,节约了时间和成本,提高了效率。此外,通过在实际钎焊试验过程中布置热电偶对钎焊件测量温度,并与数值模拟结果对比,两者基本吻合,验证了有限元分析的准确性,能为之后其他零部件的真空钎焊提供参考。

基于拉普拉斯变换的瞬态热流测量方法

针对航空发动机热端部件表面瞬态热流测量的问题,面向一种当前较为先进的横向测温差薄膜热流计结构,针对其瞬态测量的导热模型,在稳态测量原理方程中加入时间项,建立瞬态导热微分方程组,采用拉普拉斯变换方法并结合解卷积方法对导热方程进行求解,提出该型薄膜热流计瞬态条件下的表面热流测量方法;采用数值模拟手段,对所提方法进行验证。结果表明:所提方法突破了原始的稳态测量局限,可用于固体表面瞬态热流测量,计算得到的热流计表面热流与真实值符合较好;在表面阶跃热流条件下,测量精度约为8.2%;在100 Hz正弦热流条件下,测量精度约为4.0%。

我国陆区大地热流测量新进展与新认识

大地热流值是开展地热研究的基础关键参数。本文在分析历次汇编热流数据的基础上,对2016年以来作者实测(260组)与收集筛选(112组)的热流数据特征进行了说明与分析。新增大地热流数据共372组,在空间上有效填补了西南、西北和东北地区的大片测点空白,提高了东部地区热流测点密度,同时将高质量测点数据占比提升至86.3%,较历次汇编的热流数据在覆盖范围、测点密度、数据质量等方面均有较大提升。依托以上热流数据统计得出我国陆区大地热流平均值为63.8 mW/m^(2),高于第四次汇编时的全国平均值,其中大部分一级、二级构造单元热流平均值均有提高,青藏高原各构造单元热流平均值则相对降低。典型地热系统热流数据统计显示,高热流背景的存在可明显提高传导型地热资源的分布范围与对流型地热系统的显示温度,但不是两类地热资源形成的控制因素。基于最新成果,对青藏高原低热流区域范围增大、华北平原早期热流“高估”、长白山热流指示岩浆囊存在等现象与问题进行了讨论,指出我国现有热流测点仍相对较少,随着大地热流值测量技术方法的不断更新与规范以及测点数量质量与覆盖范围的进一步提升,以往对各区域地热分布特征的定性与定量认知可能需要重新审视。以上成果加深了对全国及各区域地热背景的认识,可为区域地热基础研究及资源勘查提供更好的支撑。

汽车左前门板热流道大型薄壁注塑模设计

针对汽车左前门板的尺寸大小、结构特点和工艺要求,设计了一副大型薄壁顺序阀控制的热流道注塑模具。模具喇叭网孔成型零件采用粉末冶金透气钢,有效消除了喇叭网孔中填充不良和熔接痕等成型缺陷。模具采用倾斜式导滑槽,有效解决了倾斜式内侧倒扣脱模难题。模具采用由顺序阀智能技术控制的热流道浇注系统,有效解决了汽车左前门板尺寸大壁厚小熔体填充难题。模具采用快速且均衡温度控制系统,注射周期缩短了约8%,尺寸精度达到了MT3(GB/T 14486—2008)。

含钪超高强铝合金在应变速率10^(-3)s^(-1)下的热流变及动态再结晶行为

采用等温热压缩实验和电子背散射衍射分析技术,研究了Al-11.1Zn-2.3Mg-2.0Cu-0.05Sc合金在应变速率10^(-3)s^(-1),变形温度653~733 K条件下的热流变及动态再结晶行为,建立动态再结晶临界应力、临界应变、相对含量、晶粒平均尺寸的拟合方程。结果表明:相关特征参数的拟合方程可以较好地描述含钪铝合金在实验条件范围内的动态再结晶行为。变形温度的升高会增加晶粒内部的取向差,减弱晶粒沿法向的择优取向,有助于动态再结晶的发生。动态回复是含钪铝合金的主要软化机制。随着温度的变化,铝合金微观组织存在不连续动态、连续动态及几何动态三种再结晶机制。

山东地区中生代岩浆岩中放射性元素富集规律及其对大地热流异常的指示意义

为进一步了解岩浆岩中放射性元素富集与大地热流异常的相关性,以山东地区中生代岩浆岩为研究对象,从岩石类型、元素含量、岩石形成年龄、放射性生热元素Th、U丰度、大地热流等方面进行分析。结果表明:区内正长岩Th、U丰度最高,酸性岩和碱性岩的Th、U含量相对较高;Th、U元素与Si、K元素含量存在正相关,与Fe、Mg等其他主量元素存在负相关,与Nb、Ta、Pb及稀土元素也存在较为明显的正相关;放射性元素丰度与大地热流存在一定的正相关,但还受到地壳厚度等多种因素的影响;研究进一步揭示放射性元素、岩浆岩及地热之间的关系,对山东地区地热资源的开发和利用具有一定借鉴意义。

高热流液冷服务器相变工质的研究及应用进展

随着数据中心数量与规模的增加,高热流服务器占比逐渐增大,传统的风冷已不能满足散热及节能要求,具有较大汽化潜热和较高传热系数的相变液冷技术应运而生。针对相变液冷系统的研究主要涉及系统性能提升、系统对比以及系统的热管理,而工质是其中实现热量转移的重要载体,对液冷实施效果至关重要。为此,对相变液冷工质的选择原则进行介绍,并根据直接和间接两种不同的接触方式,对目前6类有关相变工质(自然工质、HFCs、HFOs、PFCs、HFEs、混合工质)的研究及应用进展进行了梳理、总结、分析,同时对相变液冷工质的后续研究进行展望。

卫星有源相控阵高热流微尺度器件热设计与验证

为解决卫星有源相控阵高热流微尺度器件散热和热试验验证难题,首先,提出T/R模块低温共烧陶瓷热设计优化方案,选择热通孔面积比为11.4%,并建立尺度比为800∶1的跨尺度热模型;其次,进行地面常压热平衡试验,利用红外热像仪测量器件温度;再基于热参数敏感性分析方法评估自然对流、热辐射和热传导有关参数对器件温度的影响,结果表明:对于特征长度为600μm的典型器件,接触热导对散热影响最大,而自然对流和热辐射影响均低于2%;基于常压热平衡试验数据修正热模型后的仿真与试验数据吻合良好,最大温度偏差1.7℃;高热流微尺度器件接触热导为16200 W/(m^(2)·K),预示真空下器件的最高温度为73.2℃,满足工程要求。研究结果可为卫星高热流微尺度器件热设计和验证提供参考。

高海拔地区铁路隧道施工期围岩热流密度数值模拟

冷负荷预测是隧道施工的重要任务,目前传统隧道冷负荷预测方法无法满足高海拔铁路隧道施工环境。为高海拔铁路隧道的冷负荷预测提供准确方法,建立一个热湿耦合多孔介质模型,考虑围岩孔隙率和低压环境对隧道围岩热流密度的影响。建立高海拔铁路隧道围岩热流密度预测模型,分析渗流水和衬砌的存在对围岩热流密度的影响,对比不同环境参数对围岩热流密度的影响。结果表明,隧道的冷负荷取决于围岩的热流密度。预测模型可以准确计算隧道围岩热流密度,其均方根误差为0.573 W/m^(2)。围岩渗流水和衬砌对隧道热湿环境产生显著影响。压力对围岩热流密度的影响最小。围岩温度每升高10℃时,围岩初始热流密度增加了58.74 W/m^(2)。此外,每当隧道目标温度增加4℃或孔隙率增加0.1,分别导致围岩初始热流密度减少了23.5、0.14 W/m^(2)。研究结果可以为实际高海拔铁路隧道工程的冷负荷预测提供新的理论方法和参考依据。

致密气井筒热流耦合高压气水两相温度场动态特性

分析井筒气水两相管流温度的动态分布对保障致密气井连续稳定安全开采和实现智能计产具有重要意义。综合井筒流体、油管、环空、套管、水泥环和地层之间热流耦合传热,将井筒流体的焓、焦耳-汤姆逊系数、温度梯度、传热速率等热力学和两相流动力学进行统一,提出适用于致密气井筒气水两相流态温度场分布预测方法,从而通过数值模拟和井场测试更全面和准确地分析致密气井筒温度分布随产量、管径、地层温度、导热率等动态变化情况。结果表明:在气水两相流热耦合作用下,提高致密气井产量、缩小油管内径、提升地层温度和降低地温梯度会增大井筒内单位质量流体承载的热量,并有助于井筒保温和有效抑制水合物的生成,且深井处井底温度的影响较大;改变油管、环空和套管以及水泥环导热率会影响井筒传热系统的总热阻、松弛距离与无因次时间,并改变井筒整体温度的分布;与产量和地层温度相比,总传热系数对井筒温度的影响较小。

热流固耦合下不同载荷对光热熔盐泵转子运行稳定性的影响

光热电站熔盐泵转子系统由于其自身结构及外部载荷激励,在极端运行工况下难以维持运行稳定性。针对该问题建立有限元模型,分析了温度载荷、流场力载荷、离心力载荷等对熔盐泵转子的应力变形规律;设置4种不同轴段长度的转子模型,分析不同转子模态振型、固有频率以及临界转速等动力学特性。研究发现:转子结构中最大等效应力出现在首级叶轮叶片进口与前盖板交界处,最大变形出现在首级叶轮前盖板尾缘处,流场载荷与质量力载荷使应力与变形在叶轮上大致呈现中心对称分布,温度载荷使得叶轮产生较大的形变;对首级叶轮进行强度校核后,所选材料满足结构强度要求。模型转子的固有频率随中间轴段长度的增加而降低,湿态转子模型的固有频率略低于干态固有频率;其他转子的一阶临界转速均小于转子的设计转速,只有A9转子的临界转速满足±10%安全裕度,不易在运行过程中发生共振。研究结果对于该类型泵安全稳定运行以及在能源应用等领域具有重要的指导意义。

涡轮动力模拟器甩油盘热流模型与流场特性研究

甩油盘作为涡轮动力模拟器(TPS)的重要零件,能有效地促进模拟器内循环系统润滑油的回流,提高轴承的润滑性并降低系统温升,为整机安全可靠运行提供了基础性保障。为了解决TPS内循环系统润滑油的回流问题,对TPS甩油盘及其内部循环流道进行了研究。首先,确定了涡轮动力模拟器轴承发热量及散热系数随转速的变化、甩油盘内部流体控制方程和边界条件;然后,构建了一类TPS甩油盘及其内部循环流道的完整内循环热流模型,并对比了轴承处温度仿真结果与实验结果以确保模型的合理性;最后,数值仿真得到了不同转速下内部循环流道的温度场、压力场和速度场。研究结果表明:转速增加能显著引发系统内最高温度上升,甩油盘作用下的内循环流场温度变化较为平稳,典型工况条件下仿真与实验得到的最高温度相对误差最大为12.3%,表明了热流模型的合理性。研究结果对于指导TPS甩油盘结构设计和提高整机运行安全稳定性具有重要的价值。

基于居里面深度对中国东北部大地热流的研究

大地热流值是表征地球热状态的重要参数,也是进行深部地温预测和评价一个地区地热资源的最基本数据。受钻孔测温的影响,盆地外的无钻孔测温地区缺少实测的大地热流值。目前的热流分布图都是依据相邻盆地的实测值进行插值绘制的,无钻孔区热流值可信度较低。由于岩石居里点与温度密切相关,可以通过居里面深度来研究地表热流值。本文依据东北地区现有的居里面深度分布图,结合实测的岩石热导率、岩石生热率数据和相应的地壳分层状况,计算了东北地区的大地热流值,重新绘制了中国东北地区精细的大地热流分布图。东北地区整体大地热流处于42.5~95 mW/m~2之间,热流高值位于五大连池及敦化-密山断裂带海龙—牡丹江一带,松辽盆地内部、小兴安岭和长春-延吉缝合带也有局部的高热流值。热流高值与居里面隆起区域有较高的一致性,即居里面隆起处热流较高,而坳陷区热流较低。本次研究填补了中国东部地区热流实测值空白,为该区深部地温预测和地热资源评价提供了更加准确的参数。

异形分流管热流道家族注塑模具设计

介绍了某款异形分流管零件热流道注塑模具的设计过程。模具设计中,首先,分析了注塑件的零件特征和生产要求,确定了模具的基本结构方案;再利用Moldflow软件分析模具注塑成型过程,预测零件的成型时间、翘曲变形量、熔接痕位置等,最终完成整套模具的设计。模具采用两板式热流道冷浇口注塑成型,浇口选择潜伏式点浇口形式,开模时自动拉断与注塑件分离;模具定模型腔设计了1个弹性脱模镶件,保证了开模时塑件紧贴型芯侧;模具分型面上共分布了5个侧抽芯滑块结构,由弯销导向并延时开模。对常用型弯销滑块机构进行了改进,将两段式弯销改进为三段式弯销,有效地避免了常用弯销滑块机构容易出现卡死和锁闭不紧的问题。模具经过实际生产验证可知,结构合理可靠,制备得到的零件尺寸精度满足设计要求。

基于热流固耦合的液膜密封动态追随性分析

为研究热流固耦合下液膜密封动态追随特性,基于小扰动法及热动力润滑理论,考虑非补偿环轴向振动、角向偏摆,建立补偿环三自由度运动方程,对比并分析纯流场和热流固耦合模型下力学元件参数、操作工况参数、结构参数对动态追随性的影响。结果表明:在热流固耦合模型下求解的液膜密封扰动量略小于纯流场模型下求解的扰动量;增加激励振幅,弹簧刚度和O型圈阻尼均会导致扰动增大,动态追随性变差;减小转速、增加介质压力会导致动态特性系数增加,有利于提高动态追随性;减少槽数会提高动态追随性,且在槽数给定时,槽深17μm,槽坝比0.8,螺旋角22°的结构参数设定会得到更好的动态追随性。

开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法研究

空间外热流对航天器热设计有重要影响,因此必须开展外热流分析,以确定热设计方案和热分析极端工况。使用开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法,将其应用于常用的平面、圆柱面、圆锥面和球面,采用解析法或数值积分法计算太阳直射热流,采用数值积分或随机法求解行星红外和行星反照热流,能有效简化计算过程。根据此方法分析了上述常用凸表面在常用姿态(+Z对地,-Z对日,偏航和复杂机动)的瞬态外热流结果。此外,以复杂机动姿态下的瞬态外热流分析为例,将基于此方法的圆柱面、圆锥面和球面的瞬态外热流分析结果与热分析软件计算结果进行了对比,对比结果表明计算结果相差不超过6 W/m^(2),相对误差不超过5%,充分说明了此方法的准确性。