竖直单U型地埋管换热器埋管间负热阻现象的参数化研究与分析

基于Mutipole方法对竖直单U型地埋管换热器钻孔内外的耦合传热过程进行求解,在钻孔内三热阻和四热阻简化传热模型基础上,详细地分析钻孔内的复杂稳态传热过程,参数化研究埋管布置结构、回填料与岩土热物性等因素对钻孔内埋管间直接传热热阻的影响规律,揭示导致钻孔内埋管间负热阻现象的本质原因,对钻孔内热阻传热模型的工程实践应用给出参考意见。

圆管内CaCO_3污垢生长引起负热阻机理的数值分析

以实验研究结果为基础,采用数值模拟方法研究了圆管内CaCO_3结晶污垢生长不同时期,污垢对流场和温度场以及壁面传热特性的影响,得到了不同时期Nu/Nu_0随晶体大小的变化关系以及晶体生长过程中Nu/Nu_0随时间的变化关系。研究结果表明,圆管内CaCO_3污垢生长过程中存在负热阻阶段和正热阻阶段,负热阻阶段污垢对传热的阻碍作用小于因污垢存在而引起的扰流对传热的增强效果,即Nu/Nu_0>1,表现为负热阻;而正热阻阶段污垢对传热的阻碍作用大于因污垢存在而引起的扰流对传热的增强效果,即Nu/Nu_0<1,表现为正热阻。

二维气体模型中的负微分热阻

负微分热阻效应是指在一个热输运系统中增大热流驱动力热流反倒减小的现象.理解和控制非平衡热输运系统中的负微分热阻效应,并利用其设计制造新功能热器件是科学技术的前沿挑战,有着重要的理论意义和应用前景.相对晶格模型中的负微分热阻研究而言,流体模型中的负微分热阻性质还亟待认知.本文选用由多粒子碰撞动力学描述的二维气体模型为研究对象,理论证明了热库对气体粒子运动的约束是诱导负微分热阻的一个新机制,并通过非平衡分子动力学方法揭示了该机制仅适用于弱相互作用的小尺寸系统.这些结果为气体模型能表现出负微分热阻现象提供了微观机制的支持,同时也为开发新的应用提供了新思路.

一维高阶非线性晶格链中的负微分热阻

负微分热阻效应是设计微纳热器件的理论基础。本文采用非平衡分子动力学模拟的方法,系统的研究了具有高阶非线性相互作用的一维质量梯度晶格中的热传导性质。计算了六次非线性势强度、系统尺寸对负微分热阻的影响,所得结果具有一定理论指导意义。

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。

粗糙势能对Frenkel-Kontorova晶格热传导性能的影响

采用非线性分子动力学方法,通过计算机模拟,研究了粗糙势能的高度和频率对Frenkel-Kontorova晶格负微分热阻和热导率的影响.结果表明:粗糙势的高度和频率减小了负微分热阻(NDTR)出现的范围;热导率是粗糙势能高度和频率的函数,存在一个最佳的粗糙势能高度,热导率达到最大值;热导率随着粗糙势能频率的增加而单调降低.研究结果揭示了粗糙势能对热传导性能的影响,对低维材料非线性反应机制及热流控制器的应用研究具有参考价值.