基于格子Boltzmann方法的复杂多孔介质内双扩散效应的对流传热传质机理研究

基于TD2G9不可压格子Boltzmnann模型, 通过引入第3个分布函数表征浓度场的演化, 并在标准演化方程后附加源项, 构造了用于模拟多孔介质内在多物理场(浓度场, 温度场)下交叉耦合效应的自然对流传热传质格子Boltzmann模型. 基于非平衡态不可逆热力学的基本原理, 引入Boussinesq假设, 在考虑了耦合扩散效应的基础上建立了可用于描述多物理场耦合效应下的自然对流传热传质的控制方程. 采用提出的格子Boltzmann模型结合多孔介质构造算法从孔隙尺度对规则以及随机多孔介质内双扩散效应的自然对流传热传质过程进行了模拟, 研究了不同瑞利数Ra, 不同孔隙率下的多孔介质内传热传质特征, 考察了温度梯度等因素对多孔介质内传质过程的影响, 创新地从孔隙尺度对多孔介质内的耦合对流扩散过程的传热传质机理进行了研究.     

气固两相交叉射流相间传热的LBE-DEM模拟

采用格子波尔兹曼/离散元(LBE-DEM)耦合方法模拟气固两相交叉射流相间传热,重点考察了流体和颗粒之间的热量双向耦合及其对两相传热过程的影响.流场雷诺数Re=1000,在相同颗粒数目下选取了10,25,50三种Stokes数.研究分析了气固多相交叉射流中气相温度分布,颗粒群分布形态特性以及相间的双向耦合传热特性及其影响因素.研究发现交叉射流两相传热过程在撞击前期和后期分别受两相平均温差和两相换热系数的主导,而其主导因素的转换与颗粒动态响应特性有关.     

温度对成品油管道顺序输送过程的影响研究进展

温度梯度是传热传质过程的动力来源之一,顺序输送本质上是传热与流动、传质的耦合过程.当前,对混油拖尾现象、与热力耦合的调度方法、管内三维传热传质模拟、考虑油品质量潜力的批次跟踪的相关研究中大多未考虑温度的影响也未阐明温度的作用机制.本文总结了未充分考虑温度影响的管输油品相关研究(混油、调度、热油管道、批次跟踪)的现状和局限性.评述了考虑温度对混油机理影响、温度对管输过程流动传热传质影响的国内外研究成果,并梳理了相关的实验研究.最后指出了水热力耦合的调度、考虑温度影响的反常扩散、可压缩多相紊流的三维数值模拟、复杂管道中的批次跟踪是该领域今后研究的关键问题和发展方向.     

广义对流传热定律下多级热机系统功率优化的Hamilton-Jacobi-Bellman方程和动态规划法

研究了有限热容高温流体热源和无限热容低温环境间工作的多级内可逆卡诺热机系统, 考虑热源与工质间传热服从广义对流传热定律[q∝(ΔT)^m], 在初态时刻和驱动流体初态温度均一定的条件下, 应用最优控制理论导出了最大输出功率与流体温度最优构型相关的连续Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB)方程. 基于普适的优化结果, 进一步导出了牛顿传热定律(m=1)下的解析解; 对于非牛顿传热定律(m≠1), 优化问题不存在解析解, 将连续HJB方程离散化, 运用动态规划方法编程实现获得了其完整的数值解, 并深入讨论了系统最大输出功率与过程时间、流体温度三者间的关联耦合关系. 研究结果对实际能量转化系统的最优设计与运行具有一定理论指导作用.     

基于损伤的冻土本构模型及水、热、力三场耦合数值模拟研究

当前随着经济的飞速发展和科学技术的进步, 广大寒区的道路、水利、建筑、能源等工程应运而生并迅猛发展, 特别是在我国随着青藏铁路的建成通车, 关于冻土的物理力学研究显得越来越重要而急迫. 冻土问题是涉及到地理学、物理学、力学等多学科的综合性问题. 土体在冻胀融沉过程中最本质的要素是水、热、力三场耦合问题, 但由于问题的极端复杂性和研究手段的限制, 以往的研究仅以水、热两场耦合问题研究为主, 而忽略应力场的作用, 这样会导致冻融过程研究的不完整, 进而影响到冻胀融沉预测的准确性. 因此, 水、热、力三场耦合问题是冻土研究领域的关键问题所在, 也是国际前沿和热点研究课题......     

膜式热湿调控原理与技术进展

基于膜的热湿传递过程作为一种新型的温度、湿度处理技术,在建筑环境节能高效控制领域取得了积极进展.膜技术具有高效紧凑的特点,并且它可以选择性地只允许水蒸气通过膜表面,从而避免了液体除湿过程中溶液小液滴对新风的污染.近年来,该技术从热湿传递原理到实际应用都取得了新进展.本文介绍了目前应用的选择性透湿膜材料,分析了平板膜全热交换器、板翅式膜全热交换器、交叉三角形波纹板全热交换器和中空纤维膜组件等膜设备的传热传质过程.它们的传热传质分析,同时考虑了膜两侧热湿耦合的自然边界条件、流体在组件内流动的不均匀性、管束随机分布等实际运行因素对传热传质的影响.这些研究工作对膜组件的设计和膜系统的优化提供了理论基础.此外,还介绍了各种新型膜式除湿系统,当它们与热泵或太阳能等系统联合应用时,可以扩大系统的热湿负荷适应范围,增加系统的能量利用效率.今后,随着新型膜材料、内冷型膜组件、多级除湿系统以及瞬态动态参数模拟技术的出现,膜式热湿传递技术将会在实际工程中发挥更大作用.     

蒸汽珠状冷凝传热的研究进展

蒸汽在固体表面的冷凝现象普遍存在于自然和生产生活当中.探究凝结液生成机理和热质输运过程,对实现凝结过程有机调控具有重要价值.珠状冷凝由于其高效的换热能力及其在防冰除湿、海水淡化等领域的重要作用,备受学界关注.功能界面制备技术的快速发展助力了传热调控的迅速发展,帮助加深了对相关机理的理解,同时也催生了许多新的科学问题和研究方向.本文通过介绍部分代表性工作,回顾了蒸汽珠状冷凝的研究历史,讨论了其形成机理,总结了传热模型的发展历程和功能表面的制备技术,归纳了存在的问题并探讨了未来的研究方向.     

气凝胶纳米多孔材料传热计算模型研究进展

对新型气凝胶纳米多孔隔热材料等效热导率计算模型在近年来的发展进行了研究总结,介绍了(1)纳米尺度下气凝胶隔热材料的气相/固相/辐射等不同传热模式的传热特点;(2)气凝胶纳米尺度多孔网络中的气相传热、固相传热以及辐射传热的理论计算、数值预测以及经验关联等不同计算模型的特点及建立方法;(3)气凝胶纳米多孔隔热材料以及气凝胶复合隔热材料的整体等效热导率计算模型的研究进展;(4)以前期开展的研究工作为例,具体说明了气凝胶复合隔热材料从纳米尺度到微米尺度的传热模型的建立过程以及整体等效热导率计算模型的建立方法;(5)对分子动力学方法在气凝胶纳米多孔材料中的应用做了简要介绍.最后指出,对于气凝胶纳米多孔材料,其纳米尺度下的气固接触界面等特殊区域的耦合传热机理研究还不完善,复杂结构的纳米颗粒的固相热导率以及整体热导率计算模型也不够准确.因而采取适用于纳米尺度下的传热计算方法对这些问题进行更细致深入的研究,可以为进一步阐明气凝胶复合隔热材料内部的热量传递机理,建立更准确的气凝胶复合隔热材料传热计算模型,探索不同影响因素对传热性能的影响规律,以及开展气凝胶复合隔热材料的性能预测及优化等方面的研究,提供理论指导帮助.     

套管元件偏心和弯曲时的放热

在资料[1]、[2]中,我们已对平行板及同心套管内流体的放热规律作了理论与实验研究,明确了两壁热负荷比值及直径比d_2/d_1对传热的影响。但由于加工及安装的误差以及运行过程中的热、机械变形,套管元件常常不能保持绝对同心和不弯曲。因此偏心和弯曲对放热有什么影响,这是必须解决的问题。关于偏心环隙中的传热问题国外曾做过一些     

有限容积法与格子Boltzmann方法耦合模拟传热流动问题

自然界和工程领域中的许多物理现象的发生通常涵盖几个数量级的几何空间及时间范围, 我们将其统称为多尺度物理现象. 在模拟多尺度问题时, 如果仅采用宏观方法, 则会存在一些不足, 如无法预知微小部分的细节以及引入复杂的经验关联式; 如果仅采用介观/微观方法, 则需要消耗大量的计算资源. 构造宏观-介观、宏观-微观、宏观-介观-微观等多种层次上方法的耦合体系, 可以在很大程度上克服这些不足. 构造了宏观有限容积法(FVM)与介观格子Boltzmann方法(LBM)的耦合模型(CFVLBM), 给出了由宏观物理量重构密度分布函数和温度分布函数的两个重构算子, 解决了LBM与宏观方法耦合的关键难题. 选取二维、三维典型传热流动问题对耦合模型进行了考核, 计算结果同基准解符合得很好. 最后将CFVLBM应用于计算多孔介质内的复杂流动问题. 研究表明, 基于文中重构算子的CFVLBM可以准确有效地应用于模拟传热流动问题.     

基于热管技术的动力电池热管理系统研究现状及展望

电池热管理是发展高性能动力电池系统的关键技术之一,也是工程热物理领域研究前沿和热点.本文介绍锂离子动力电池热特性,阐述热管理对动力电池的重要性.介绍动力电池热管理主要技术手段,重点介绍热管技术应用于电池热管理的研究现状,从电池运行工况对系统传热的影响研究、热管传热特性分析与设计、热管理系统散热结构设计与传热分析及采用热管的电池加热研究4个方面阐述当前基于热管技术的电池热管理研究现状.最后,总结当前研究存在的不足及需要突破的关键问题,以期促进先进动力电池热管理系统开发.     

换热器组传热性能的优化原理比较

换热器组内的传热过程目的一般可以分为两类:一类是为了热功转换,另一类是为了加热或者冷却物体.相应地,传热过程也包含熵产最小以及??(火积)耗散极大这两种不同的优化原理.通过分析换热器组内的传热过程,并在一定约束条件下利用不同的原理对换热器组的面积分配进行优化,得出熵产最小原理适用于包含在热力循环中的换热器优化问题,而沫...     

微/纳尺度高功率电子器件产热与传热特性

传统的宏观传热理论难以准确表征几何结构尺度小于或接近声子平均自由程的高功率电子器件的产热与传热过程,此时器件中能量激发的时间尺度与声子的特征时间尺度相当,甚至小于声子的特征时间尺度,不能满足传统传热理论的假设.本文针对微/纳尺度场效应晶体管的工作过程,建立描述其内部产热及传热特性的多尺度格子-Boltzmann介观模型,通过在模型中引入源项去描述器件内部电子和声子的相互作用,分析计算不同工作状态下晶体管单元的温度分布特征,研究热管理方式对晶体管温度分布的影响,从微/纳尺度揭示了场效应晶体管的产热机理及传热特性,为热设计工作者提供一定的理论依据.     

对热导式量热计测量信号滞后现象的一种修正方法及其应用

一、前言 由于热导式(热流式)量热计可以连续地记录量热池内的热功率曲线,近年来它作为研究反应过程的一种新型仪器广泛地应用到各种领域。但是测量信号相对于池内反应的滞后现象,使得记录曲线不能正确地反映实际过程,在放热速率明显地大于传热速率的情况下则更为严重。如果直接用失真了的热谱图去研究被测过程,必然会带来误差甚至错误。因此,恢复热     

可控活化热氛围燃烧器非标协流特性的试验研究

湍流和燃烧都是非常复杂的过程, 两者间的非线性耦合更使问题的困难程度大大增加, 因此湍流燃烧是当今工程研究领域中最复杂的研究课题之一. 建立了一种用于研究湍流燃烧基础研究的新近发展起来的一种新型试验装置——可控活化热氛围燃烧器, 并研究分析了其非标协流的可控活化热氛围特性. 研究结果显示: 非标协流可以提供协流温度范围为700~1500 K、协流氧气摩尔百分比为0~21%的宽广的可控活化热氛围, 同时给喷射燃烧提供了一个所谓恒定热氛围理化条件的可观的几何空间——中心半径为40 mm的圆柱体范围, 使得对喷射火焰在可控活化热氛围协流特性下的燃烧特性研究具有重要的现实意义.     

基于不可逆热力学的膜换湿过程研究

利用非平衡热力学理论研究了膜换湿过程的热质耦合现象, 建立了相应的物理数学模型, 求得了非平衡热力学模型中各特征参数的具体表达式, 分析了各特征参数与膜两侧温度和浓度的依变关系, 为传质通量和传热通量的分析计算奠定了基础. 探讨了膜两侧温差、浓度差以及膜平均温度对透膜通量及热流束的影响情况, 结果表明: 当膜平均温度相同时, 膜两侧浓度差越大或温差越小对应的透膜传质通量就越大; 当膜两侧的浓度差和温差相同且浓度差产生的质量流占主导地位时, 膜平均温度越高, 对应的透膜传质量也越大; 透膜质量流引起的吸附热占总热流的比值与膜两侧的温差、浓度差以及膜基准温度有关, 且膜两侧温差越小, 吸附热占总热流的比重就越大.     

膜换湿传质过程对传热过程影响分析

对膜换湿过程中传质过程对传热过程的影响进行了理论分析, 并建立了相应的物理数学模型. 通过理论分析, 提出了一个表示传质过程影响传热过程程度的无量纲量—y_i. 通过计算这个无量纲因子, 即可以简单地将伴有传质的传热过程转化成常规的传热过程, 使得传热计算更简单更容易理解. 在理论分析的基础上, 数值研究了质量流量对传热过程的影响. 结果表明, 当传质方向与传热方向相同时, y_i大于1, 传质过程对传热过程有促进作用; 而当传质方向与传热方向相反时, y_i小于1, 传质过程对传热过程有阻碍作用. 当质量流量J的值较小时, 质量流携带的热流对热流影响较小, 而当质量流量J的值较大时, 质量流携带的热流对总热流影响很大, y_i可能偏离1很远.     

封面说明

正能源的传输和利用效率是衡量社会进步和科技发展的重要指标.相比于对流和辐射传热过程,相变传热因其能够充分利用介质的潜热而可获得更高的热量传输效率.沸腾和冷凝是与人们生产生活密切相关的、最具代表性的相变换热传热过程.人类从新石器时代就已经掌握了沸     

不同太阳能热化学储能体系的研究进展

太阳能热发电技术是缓解能源危机改善生态环境的重要技术,而储能系统是太阳能维持稳定和持续热发电的关键.本文从现有3种太阳能储热技术出发,分析了热化学储能具有的高储能密度和可实现大规模远距离存储和运输的明显优势,介绍了现有的5种热化学储能体系在反应机理、反应模型和反应器等方面的最新研究进展,并对各个体系的优缺点进行了评述.针对反应体系存在的问题,提出了未来几种储能体系主要的研究方向是循环性能的提高、高性能催化剂的制备、高效反应器的设计制造以及传热传质与化学反应耦合模型等.     

Q∝T~n时卡诺制冷机的最佳ε与R关系

文献[1—4]研究了非线性传热情况下两热源内可逆卡诺热机的一些主要性能,对实际热机设计提供了新的理论依据。然而,目前对非线性传热情况下的制冷循环研究尚为少见,为此,本文研究了Q∝T~π(n 取任一有理数)卡诺制冷循环的最优性能。