基于最小热阻力法则的油浸式变压器绕组等效导热系数计算方法及应用

准确计算变压器绕组温升及热点需要考虑绕组匝间绝缘的影响,而考虑匝间绝缘的精细建模的建模工作量和剖分网格量都非常大。针对此问题,提出了一种基于最小热阻力法则的等效导热系数计算方法,分别计算油浸式电力变压器绕组的轴向等效导热系数和径向等效导热系数,从而可以获得等效导热系数下的饼式绕组来模拟考虑匝间绝缘的实际绕组结构。为了验证所提方法的有效性,建立了油浸式变压器绕组温升仿真模型,将等效模型的仿真结果与考虑匝间绝缘的仿真结果进行温升和热点的对比分析。结果表明二者的温升和热点位置基本一致,且等效模型减少了72%的网格剖分量,验证了所提方法的有效性。将所提方法应用于换流变压器网侧和阀侧绕组的温升和热点分析,得到了换流变压器的绕组温升和热点分布。

部分压扁热管等效导热模型特性研究

准确的热管等效导热模型是基于热管的热管理系统仿真研究中的关键。基于现有的等效导热模型提出了适用于部分压扁热管的两种等效导热模型:分段各向异性模型和分层分段模型。研究结果表明:分段各向异性模型在低热管工作温度(28~38℃)的情况下具有较高的准确性,热管表面温度的最大相对误差为5.90%,而分层分段模型在热管工作温度为28~50℃范围内具有较高的准确性,热管表面温度的最大相对误差为6.51%。分析了吸液芯等效导热系数对等效导热模型准确性的影响。

基于等效导热系数的直流电缆稳态载流量简化有限元算法

文中提出一种直流电缆的两层简化结构,以减少应用有限元方法计算直流电缆稳态载流量的计算量,增强其计算效率。将直流电缆结构等效为两层:将除线芯外的各层等效为一层,与线芯构成两层简化结构。等效层的等效导热系数由除线芯外其余各层的导热系数的调和平均数算得。在算例验证中,针对DC 200 k V YJQ41 1×1000+2×12型号直流电缆,分别用有限元方法计算了该电缆原始结构和两层简化结构不同敷设条件下的给定电流时的线芯温度,并与厂商给出的该型号电缆的技术数据参照对比,证明了应用等效导热系数简化电缆结构以进行有限元求解的结果是准确的。之后文中比较了上述计算过程中两种结构下有限元方法的计算量,比较结果表明,两层简化结构的计算量较原始结构的计算量有显著的减少。

全氢罩式退火炉退火热过程的研究(Ⅱ)——对流换热系数和钢卷径向等效导热系数的分析

介绍影响全氢罩式退火炉内换热的两个重要参数——对流换热系数和钢卷径向等效导热系数,详尽分析了两个参数的影响因素,并对比了氮气和氢气气氛下两参数的不同,从而在机理上阐明了全氢罩式炉相对传统混氢罩式炉的优越性,为优化炉内换热提供了理论的依据.

多孔材料等效导热系数与分形维数关系的数值模拟研究

采用有限元方法模拟了多孔材料的导热系数与孔隙率和分形维数之间的非线性关系。有限元模型中的固体骨架和孔隙根据孔隙率的大小随机生成,模型中的材料参数和单元属性用ANSYS中的APDL参数化语言赋值。根据有限元随机模拟断面的热流密度分布和稳态热传导傅立叶定律,计算在不同孔隙率条件下的等效导热系数。研究表明,多孔材料模型等效导热系数随着孔隙的增加而线性减小。在孔隙率为常数的条件下,模型等效导热系数随着模型比例因子的增加而呈指数增加。等效导热系数随着孔隙分形维数的增加而减小,随着固体颗粒分形维数的增加而增加。

固-固二元复合材料等效导热系数模型研究综述及评价

等效导热系数(ETC)是表征复合材料导热性能的重要参数,与连续相导热系数k c、分散相导热系数k d、分散相填充率∅、分散相形状及排列方式等密切相关。因此,复合材料等效导热系数的预测是一个非常复杂的过程。虽然目前存在多种复合材料等效导热系数计算模型,但这些模型在预测固-固二元复合材料等效导热系数时仍存在较大的不确定性,因此,应根据不同的应用工况选择预测精度较高的等效导热系数计算模型。本文首先总结了目前广泛应用的颗粒状分散相固-固二元复合材料等效导热系数预测方法,包括已有经验或理论模型、最小热阻法、热阻网络法、数值模拟方法、渐进均匀化方法、逾渗理论方法等,然后基于国内外开展的固-固二元复合材料等效导热系数实验或数值模拟结果,综合评价已有经验或理论模型,给出不同应用工况下预测精度较高的等效导热系数经验或理论模型。

裂隙岩体等效导热系数影响因素的分析研究

为研究岩体等效导热系数各影响因素的作用机理,通过ADINA数值模拟和室内试验,分别分析了孔隙率、裂隙、裂隙水流速和流体粘性等信息元对岩体等效导热系数的影响。结果表明:等效导热系数与孔隙率、流体粘性呈负相关关系,并且在裂隙的不同方向上存在差异;低流速时,等效导热系数与流体流速呈正相关关系,超过某一临界流速呈负相关关系。为复杂条件下导热系数的确定以及更加准确的分析温度场分布情况提供了新方法和依据。

热塑性复合材料等效导热系数测定方法

为了提高热塑性复合材料的导热性,为热塑性复合材料的开发与应用提供依据,研究了一种热塑性复合材料等效导热系数测定方法。将聚酰亚胺模塑粉、胶体石墨和炭纤维作为原料,制备热塑性复合材料,搭建复杂环境下导热系数测试实验平台,通过稳态法对理论上单一材料的导热系数进行计算。把填料转换成体积含量,研究热塑性复合材料导热性能,发现填充石墨和炭纤维的热塑性复合材料导热性能有很大的不同,需研究一种通用的热塑性复合材料等效导热系数测定方法。生成等效结构,在此基础上,依据常物性、无内热源与稳态热传导对热塑性复合材料等效导热系数进行测定,利用从底向上的计算方式求出等效导热系数。通过实验测试平台测量炭纤维填充热塑性复合材料和石墨填充热塑性复合材料,结果表明,所提测定结果基本分布于实测数据周围。通过人为添加满足正态分布的实验误差当成实验测量值对等效导热系数进行测定,所提方法可在测量误差情况下给出准确的热塑性复合材料等效系数测定结果。可见所提方法测定结果准确。

流热耦合作用下组合岩体等效导热系数研究

针对存在裂隙和流体的组合岩体,采用理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法,基于传热学和热动力学的基本原理,综合考虑不同性质岩石的传热和裂隙流体的对流换热,建立了流热耦合条件下组合岩体等效导热系数的计算模型;采用有限元数值模拟方法,随机模拟岩石的孔隙结构,建立了孔隙分别被空气和水充填时,岩石等效导热系数的统一经验方程;通过对裂隙流体与岩体对流换热系数的实验测试,给出了对流换热系数随与流速和温差的关系;综合分析了裂隙和流体对组合岩体导热性的作用,在低流速和小温差条件下,对流换热阻较小,裂隙宽度和流体导热性对岩体导热系数的影响较大;在高流速和大温差条件下,对流换热阻逐渐超过裂隙流体的热阻,组合岩体导热系数明显增大。

高温气冷堆球床等效导热系数实验研究进展

堆芯球床等效导热系数是直接影响高温气冷堆燃料最高温度和堆芯温度分布的关键参数;在余热导出过程中起主导作用。开展球床等效导热系数的实验研究对于反应堆分析程序的完善、研究提高高温气冷堆单堆功率的可能性、以及工程的安全分析具有重要的意义。综述了国内外球床等效导热系数测量的研究现状,给出了清华大学HTR-PM三维堆芯球床等效导热系数测量实验最新成果,总结了各国实验的研究手段,对研究方向进行了讨论。

渠道保温防冻胀中冻土层等效导热系数的计算

针对渠道保温防冻胀设计中计算保温板厚度时关键参数冻土层等效导热系数采用经验法确定、计算误差大等问题,建立了北方寒冷地区粉质黏土的基于分形理论的冻土层等效导热系数λ*的计算公式,利用蛤蟆通灌区试验资料拟合得到系数C的计算公式,并通过内蒙古河套灌区、新疆冲乎尔灌区和黑龙江蛤蟆通灌区渠道保温防冻胀试验资料对建立的冻土层等效导热系数公式进行了验证。结果表明,计算得到的聚苯板厚度与试验观测的最佳厚度基本一致,最大相对误差仅为7.0%,说明其计算精度较高。利用该公式计算得出了粉土及粉质黏土常用冻土层等效导热系数,对于地下水埋深较浅、渠基土冻结期间存在水分迁移、冻胀较为严重的地区,在实际工程应用中可根据设计渠道情况进行选用。

基于有限单元法的污垢等效导热系数计算

采用有限单元法,模拟了换热表面污垢随机孔隙的微尺度空间结构,并通过ANSYS中的APDL参数化语言赋值材料参数和单元属性。基于多孔介质在传热过程中能量守恒定律和傅里叶导热定律,提出一种计算换热表面污垢等效导热系数的方法。应用稳态平板法求解污垢内部的耦合导热,并证明通过稳态平板法求解污垢微观模型等效导热系数具有较高的可行性。探索了在不同孔隙率和不同孔隙尺寸的情况下,污垢微观孔隙结构对污垢等效导热系数的影响。结果表明,污垢模型的等效导热系数随孔隙率的增加而线性减小,随孔隙尺寸的增加而线性增加。为换热器设计和清洗带来方便,同时为进一步深入研究复杂的换热表面污垢传热传质过程开辟了新思路,使计算结果更符合实际情况。

太阳能固体吸附材料等效导热系数的分形模型

新型太阳能固体吸附材料是一种典型的多孔介质,它内部不规则的孔隙结构对导热过程有很大影响。采用分形几何理论建立了描述其内部孔隙结构特征的平行孔道模型和弯曲孔道模型,通过计算孔道弯曲度分形维数,推导出计算该固体吸附材料等效导热系数的分形模型,计算得到其在不同含湿状态下的等效导热系数,并将其与实验测试结果进行了对比分析。结果表明,平行孔道模型比弯曲孔道模型更接近于固体吸附材料的实际孔隙结构;在含湿率大于55%时,固体吸附材料等效导热系数的分形模型计算值与实验值基本一致,误差小于9.60%;在含湿率小于55%时,模型计算值与实验测试值存在较大误差,需对等效导热系数分形模型进行修正,修正后的等效导热系数分形模型计算值与实验测试值相对误差小于4.0%,具有较好的一致性。

蜂窝夹心结构等效导热系数反演的边界单元法

对蜂窝夹心结构的等效导热系数进行反演,对于热防护系统的优化设计具有重要意义。本文应用高斯定理、径向基函数和径向积分法,推导了各向异性材料稳态热传导方程的边界单元表达式;应用Newton-Raphson迭代法和复变量求导法,对蜂窝夹心结构等效导热系数进行反演。分别应用形函数、高斯积分和径向基函数插值,对蜂窝夹心结构的边界条件进行等效处理。通过对由4个胞元组成的蜂窝夹心结构的等效导热系数进行反演,验证算法的可靠性。所做工作可将蜂窝夹心结构的复杂多区域问题简化为单区域问题,为求解多胞元蜂窝夹心结构的传热问题创造了较有利条件。

堆积煤等效导热系数的实验测定

运用热线法测定了堆积煤的等效导热系数，并通过对实验数据的处理得到了堆积煤层的等效导热系数、块煤导热系数与水分含量的通用关系式。

泡沫型多孔介质等效导热系数研究进展

多孔介质内部结构中发生的质量、动量、能量的传递是众多自然现象和生产、生活领域中发生的基本过程。有关多孔介质中的传热问题涉及许多科学领域,早就引起人们的广泛关注,研究人员也对其进行了长期的研究。等效导热系数方法即将多孔介质视为一种连续介质,将实际多孔介质中固体骨架与各种流体的传热模式(导热、对流、辐射)折合成一个综合的传热问题。此方法已成为研究多孔介质内部传热问题最常用的方法。最近一二十年,泡沫型多孔介质(如泡沫金属、泡沫碳等)的出现引起人们广泛的关注。本文针对此种新型多孔介质等效导热系数的研究做了综述,介绍了3种常用的研究方法,分别是实验测试法、理论推导法及数值模拟法,探讨了各种研究方法存在的问题。实验测试法准确性高,但每种传热模式对等效导热系数的影响很难确定,且成本高;理论推导法虽然物理意义明确、适用性广,但与实测结果有较大的偏差,且有些方法还需与实验相结合;数值模拟法建模较复杂,但模拟结果与实验数据较接近。

石墨泡沫/共晶盐等效导热系数的理论研究

为了研究石墨泡沫/共晶盐复合相变材料的等效导热系数,提出了一个立方单元模型。即6块中间开孔的板围成的立方体结构。此模型可通过改变板厚及连通孔直径表征复合材料不同孔隙度下的内部结构。首先根据热阻分析得到石墨泡沫/空气的等效导热系数,与文献中的实验数据进行了对比,验证了立方单元模型的适用性。接着计算得出不同孔隙度下石墨泡沫/共晶盐的等效导热系数。最后分析了连通孔的直径对等效导热系数的影响。发现随着孔隙度的增大,等效导热系数值呈下降趋势。固体石墨骨架对共晶盐的导热系数具有很大的提升作用。随着孔隙度的增加,连通孔直径的变化对整体等效导热系数的影响逐渐变小。

纳米复合隔热材料高温等效导热系数辨识方法

搭建高温瞬态热特性实验装置,测量获取某纳米复合隔热材料在290~1 090 K温度范围内的高温瞬态热特性数据。基于辐射与导热耦合传热模型和群体智能优化的遗传算法,建立随温度变化等效导热系数的辨识模型。通过数值实验验证了辨识模型的可靠性。结合真实实验测量所得高温瞬态热特性数据,辨识获取材料在290~1 090 K温度范围内的等效导热系数,介于0.027~0.043 W/(m·K),随温度升高呈非线性上升趋势。

混合对流圆柱形封闭空间的等效导热系数及其应用

以从热面向冷面传热量相同为条件,针对封闭空间内具有混合对流及导热问题引进了等效导热系数概念。以圆柱体熔体为背景计算了等效导热系热以及它与熔体空间形状、Re数和Gr数等因素之间的关系,对所得结果进行了物理的解释。这些结果对诸如金属凝固、晶体生长等问题的计算有一定参考价值。并将计算结果与砷化镓单晶生长过程中实测数据进行对比,两者相当吻合。

轻型种植土等效导热系数及热扩散率的实验测试

利用DRM-II导热系数测试仪对研制的轻型种植土在不同含湿状态下的等效导热系数及热扩散率进行了测试,并分析比较了等效导热系数及热扩散率,实验测试值与其理论计算值之间的相对误差,得到了轻型种植土在不同加热状态下等效导热系数的变化规律,为其工程应用和热工性能评价提供了基本实验数据。