A phase-field study on the oxidation behavior of Ni considering heat conduction

Phase-field modeling approach has been used to study the oxidation behavior of pure Ni when considering heat conduction. In this calculation, the dependence of the coefficient of the Cahn–Hilliard equation Lc on the temperature T was considered. To this end, high-temperature oxidation experiments and phase-field modeling for pure Ni were performed in air under atmospheric pressure at 600,700, and 800？C. The oxidation rate was measured by thermogravimetry and Lc at these temperatures was determined via interactive algorithm. With the Lc-T relationship constructed, oxidation behavior of Ni when considering heat conduction was investigated. The influence of temperature boundaries on the oxidation degree, oxide film thickness, and specific weight gain were discussed. The phase-field modeling approach proposed in this study will give some highlights of the oxidation resistance analysis and cooling measures design of thermal protection materials.

高导电高耐热铜合金及铜基复合材料的研究现状与展望

高导耐热铜基材料作为现代高新技术用关键材料之一,已被广泛应用于轨道交通、电子通信和航空航天等领域。本文从铜合金和铜基复合材料两大领域入手,介绍了常见高导耐热铜材料的设计思路、制备方法、微观组织结构、力学性能和物理性能,并对其导电机制和高温强化机理进行了归纳和阐释,最后对高导耐热铜基材料的研究现状和未来发展进行了总结与展望。

海上稠油热采插入密封工具研制与试验

为了解决海上稠油热采作业注汽不均匀、油藏局部吸热、开采效率低的问题,通过工艺分析,研制了海上稠油热采插入密封工具。该工具采用导热油吸热膨胀作为坐封动力源,可有效简化工具结构和作业流程。通过对比试验对热膨胀试验油进行了优选,采用专业软件对工具关键部件进行有限元分析,验证了工具结构及选材的合理性,并在室内对工具的性能进行验证。现场测试结果表明:该插入密封工具在经过3个轮次、350和50℃高低温密封测试后,仍可承受2.1×10^(7)Pa压差,在高低温条件下均保持较小的解封力,试验后高温密封组合未发生明显损坏。该工具结构简单,性能可靠,与常规的注汽阀配套使用,可满足海上油田稠油热采分段注汽的要求,具有良好的应用前景。研究成果可为海上油田高效开发提供良好的技术储备。

变温热源内可逆Braysson循环性能分析与优化

用有限时间热力学理论建立了变温热源内可逆Braysson循环模型,导出了功率和效率的数学表达式,分析了循环参数对二者的影响,并通过优化热导率分配和热容率匹配来进一步优化循环功率和效率。结果表明:优化高、低温侧换热器热导率分配过程中,存在一个最佳工质对数温比,使得效率达到最大值;存在一组最佳热导率分配和最佳工质对数温比,使得功率和效率达到双重最大值;优化工质与热源间热容率匹配过程中,存在一组最佳热容率匹配、最佳工质对数温比和最佳热导率分配,使得功率达到三重最大值。因此通过同时优化热导率分配和热容率匹配得到的循环性能更接近实际情况,且此时循环功率存在三重最大值。研究成果可为Braysson循环的相关研究提供一定的参考。

碳基复合相变装置及在大热耗单机温控中的应用

碳基复合相变装置以高导热碳基复合相变材料为主要储能和导热载体,利用高导热膨胀石墨强化导热,运用相变材料的潜热实现热量的削峰填谷,可有效抑制短时大热耗单机的温升,减少单机非工作时段所需的补偿功耗,节省卫星的重量资源和功耗资源。主要介绍了一种高导热碳基复合相变装置,结合复合相变装置与卫星结构板优化的综合散热系统,用于解决星载短时工作的大热耗单机温度控制问题。通过理论计算与热仿真分析相结合,对复合相变装置进行了优化设计;通过开展专项试验对复合相变装置的热性能和空间环境适应性进行了充分验证;并在整星真空热平衡试验中,验证了复合相变装置对大热耗单机的温度控制效果。

耐高温SiO_(2)气凝胶隔热复合材料的重复使用性能

空天往返飞行器热防护系统要求隔热材料必须具有良好的可重复使用性能。以耐高温SiO_(2)气凝胶隔热复合材料(SAF)为研究对象,采用800℃/2000 s马弗炉热处理方式,研究高温重复使用次数对SAF材料热稳定性、微观结构和组成、力学和隔热性能的响应。结果表明:经800℃/2000 s马弗炉处理20次后,SAF材料800℃热导率(0.0420 W/(m·K))和隔热性能(800℃/2000 s石英灯红外辐射加热,材料背面温升147.6℃)与热处理前性能相当,压缩强度增加33%(3%应变),材料厚度、微观结构形貌和材料组成变化不大。

高真空多层绝热温度场数值模拟研究

基于逐层传热计算方法,计算高真空多层绝热传热量,进而确定高真空多层绝热综合导热系数.结果表明,外界环境温度越高,升高相同温度,高真空多层绝热传热量增加越多,综合导热系数增加越多;基于综合导热系数,进行高真空多层绝热温度场数值模拟研究.结果表明,越靠近冷端,绝热层中温度变化越大,温度降低越明显;越靠近热端,绝热层中温度变化越小,温度升高越微弱.

大口径高温高压蒸汽长距离输送管线保温设计方案研究

某工程项目要求大口径高温高压蒸汽长距离输送管线在设计工况下的温降为3~5℃/km,针对该严苛的保温要求,研究构建了完整的蒸汽管线多层保温散热损失数学模型。通过模型的大量迭代计算,实现了在不同环境条件下对蒸汽管线不同方式热损失的量化模拟。对气凝胶与传统保温材料进行优化组合,设计了满足工程项目要求的6层气凝胶+2层微孔硅酸钙+聚氨酯的大口径长距离输送蒸汽管线保温方案;对工程施工环节中可能影响保温效果的因素进行了分析,提出了针对性的完善措施。

多层高温作业防护服的导热模型及设计算法

针对高温作业防护服的设计问题,建立了基于傅里叶定律的“外界环境—材料层—空气层—人体皮肤”的非稳态导热模型,给出了适当的初始条件和边界条件,并采用有限差分格式进行离散求解,计算出了高温作业防护服在给定的工作环境条件下,温度的空间分布和时间变化情况。现有的实验数据验证了该模型的有效性。在此基础上,根据二分法完成了热防护服的最优厚度设计,为高温作业防护服的设计提供了合理建议。

热管理材料的研究进展

电子元器件的微型化及多功能化对器件的散热性提出了更高要求。器件的散热问题已成为迅速发展的电信产业面临的技术"瓶颈"。介绍了国内外电子工业中已使用和正在开发研制的三代热管理材料的种类和性能特点,总结了各阶段热管理材料的现状及其研究进展,表明高性能热管理材料需具备低密度、高导热、与半导体及芯片材料膨胀匹配、相当大的硬度及良好的气密性等性能特点。

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．

常用高温及低温防护服隔热性能的对比

高温和低温防护服是在具有较大温差的不同环境中使用的防护性服装。为此,对常用的高温和低温防护服隔热性能的异同进行研究。结果表明:高温及低温防护服均要求具有良好的隔热性能,服装中热阻较大的区段均位于胸背、臀腹、手臂和大腿部。不同类型高温及低温防护服面料、服装整体的隔热性表现出一定差异。所使用的高温防护服主要通过阻隔环境辐射热和传导热来达到热防护目的,防护的重点在于环境辐射热。低温防护服主要通过阻隔人体内热传递来达到防护的目的。面料并不是决定高温及低温防护服隔热性能的唯一因素,防护服结构设计亦会对其隔热性能产生影响。

砂岩热物理性质的温度作用效应试验研究

高温作用会导致岩石内部结构发生变化,并对其热物理性质有着显著影响。因此,研究高温作用后岩石热物理性质的变化规律对地热系统及存在热流传播问题的地下工程具有指导意义。试验利用高温炉和Hot Disk热常数分析仪研究了高温作用后砂岩热物理性质的变化特征。研究表明:砂岩的热导率、比热、热扩散率随温度整体呈下降趋势,可分为25℃~100℃,100℃~400℃,400℃~600℃,600℃~900℃四个阶段;25℃~100℃,砂岩热导率、比热、热扩散率因附着水蒸发急剧减小;100℃~400℃,砂岩热导率、热扩散率变化平缓,比热因含水量的降低减小得较快;400℃~600℃,砂岩中结晶水、结构水的蒸发及石英的相变导致微裂隙发育、延伸,进而引起热导率、比热、热扩散率持续下降;600℃~900℃,砂岩中矿物发生分解、熔融破裂,热破裂进一步增加与扩展,这个阶段内热导率、比热迅速下降,但热扩散率基本稳定。

高低温环境下松散煤导热系数研究

为研究冷冻取心过程中煤的温度变化规律,通过在高低温环境下煤体热传导过程中温度变化规律的测试,采用多维非稳态导热的乘积解法,对高低温环境下不同粒径松散煤体导热系数进行理论计算。结果表明,环境温度和松散煤粒度均对煤的温度变化率产生重要影响,不同温度和粒度下煤的导热性能差别较大;煤的比热容和松散煤的导热系数随温度升高而增大,其变化规律可用Polynomial函数表示,而且在同一温度下,松散煤的粒径越大,导热系数也越大。

热激诱导对高温胁迫下百合相对电导率及电阻抗参数的影响

为了研究电阻抗图谱法对百合耐热性测定的有效性,采用45℃温水热激百合鳞茎0、15、30、45、60min后,测定植株叶片的相对电导率和电阻抗参数对38℃高温胁迫的反应。结果表明,随胁迫时间延长各处理的相对电导率均呈先降低后升高的趋势;4和5d时各处理的相对电导率均低于对照,其中热激30min的值最低。表明热激诱导可提高百合的耐热性。随高温胁迫时间延长,高频电阻率(r)、低频电阻率(r1)、胞外电阻率(re)、胞内电阻率(ri)和弛豫时间(τ)的变化趋势相似,整体均呈先上升后下降的趋势。相关分析表明,植株受不同时间热胁迫时,re与相对电导率呈负相关,ri与相对电导率呈正相关,其中re是测定百合耐热性最适宜的参数。

炭黑/热塑性硫化胶复合材料导电的奇异性

系统地研究了炭黑 (CB) /热塑性硫化胶 (TPV) (三乙丙橡胶 /聚丙烯类型 )复合材料的导电性能 ,发现CB/TPV复合材料具有独特的电学性能。交联的橡胶相的存在对导电炭黑粒子既产生排斥效应 ,又产生阻隔效应。前者对导电网络的形成有利 ,而后者正相反。在低橡胶相含量时 ,随橡胶相含量增加 ,复合材料电阻呈下降趋势 ;而高橡胶含量时 ,随橡胶相含量增加 ,复合材料的电阻升高。高橡胶含量时 ,复合材料电阻的逾渗效应明显减弱。复合材料在熔融状态下热处理时 ,其电阻 时间效应明显依赖于模具压力。同样热处理时间下 ,压力越高 ,电阻越大。压力达到一定值后 ,体系的电阻基本不受热处理时间的影响。初步认为这是由于热处理完毕释压后 ,变形的弹性粒子发生形变恢复从而对热处理形成的聚集网络有一定的破坏作用所致。自由升温实验表明 :CB/TPV复合材料具有NTC现象 ,即使在结晶熔化区也未展示PTC行为 ,这与橡胶粒子的热膨胀排斥效应有关。在熔融态停留阶段电阻的稳定性很好 ,这主要归因于熔融态下炭黑粒子聚集 (对电导有利 )和橡胶相粒子聚集 (对电阻有利 )

隔热油管视导热系数和蒸汽温度对井筒热损失的影响

针对稠油热采过程中注入大量高温蒸汽而造成井筒部分热损失难以控制的问题,建立了井筒及周围地层部分的二维、非稳态传热数学模型,根据所求得的温度场以及定量热损失经验公式,探讨了隔热油管视导热系数和蒸汽温度对单位长度井筒热损失的影响。研究表明,井筒单位长度热损失随着隔热油管视导热系数和蒸汽温度的增加而增加,且隔热油管视导热系数对井筒单位长度热损失的影响更大。

高导热绝缘材料对降低电机温升的重要作用

介绍了电机温升限值和高导热绝缘材料的应用,阐述了导热热阻和蓄热系数的重要作用,提出了高、低压电机的高导热绝缘结构和降低电机温升的有效方法。结果表明,高导热绝缘材料的使用是降低电机温升的最有效方法。

高温胁迫对菊花电阻抗图谱参数的影响

以菊花(Chrysanthemum morifolium)‘神马’扦插苗茎段和叶片为材料,测定其高温胁迫(25～50℃)下电阻抗图谱参数的变化,通过膜透性(相对电导率)与电阻抗图谱参数间的相关性,来证明电阻抗图谱法研究菊花耐热性的有效性。结果表明:随着温度升高,茎叶的胞外电阻、胞内电阻、弛豫时间呈现先增加,后急剧下降的趋势,而弛豫时间分布系数变化趋势为不规则下降。茎叶相对电导率是随着温度的升高先增加后降低再急剧增加。经过菊花茎叶电阻抗图谱参数拟合菊花的耐热性与相对电导率表示的耐热性温度极为接近。相关分析表明,高温胁迫下菊花茎叶相对电导率与胞外电阻(茎p<0.01,叶p<0.05)、弛豫时间(p<0.05)之间有显著的相关。由此可见,胞外电阻和弛豫时间是测定菊花耐热性的适合参数。

流量变送器耐高温对策

流量变送器在化工领域的应用十分广泛。为确保流量变送器能够在高温工业现场正常运行,在出厂前必须通过耐高温测试。以基于DSP的科氏质量流量变送器为例,分析其发热原因和热传导路径,并从芯片选择和使用、电路设计和布局等方面研究耐高温对策。高温试验表明,耐高温对策简单、可行,能有效降低系统功耗、改善散热性能。