四氢呋喃水合物热物性非原位测量方法

利用Hot Disk热常数分析仪对四氢呋喃(THF)水合物导热系数和热扩散系数进行了非原位测量。实验结果表明,温度在254. 0～267. 0 K时非原位测得的THF水合物导热系数为0. 52～0. 57 W·m~(-1)·K~(-1);且随着温度的增加而线性增大。非原位测量导热系数值与原位测量导热系数值绝对值相差0. 045～0. 065 W·m~(-1)·K~(-1),误差为8%～12%。当温度从267. 0 K升高到277. 0 K时,非原位测得的THF水合物的导热系数增加剧烈,表现出非线性关系。在254. 0～267. 0 K时,非原位测得的THF水合物的热扩散系为0. 26～0. 31 mm~2·s~(-1);并随温度增加而减小。非原位测量的热扩散系数值与原位测量的热扩散系数绝对值相差0. 028～0. 068 mm~2·s~(-1),误差为10%～22%。原位测量与非原位测量产生的误差,分析认为可能是样品的转移过程中,空气中的水蒸气在水合物表面凝结成冰所致。     

快速高效地板辐射供暖特性影响因素的数值模拟

数值计算了夏热冬冷地区不同的结构层厚度、地暖管导热性能以及超导模块特性对快速高效地板辐射供暖特性的影响。结果表明:当地暖进水温度为318 K、室内初始温度为279 K、开启地暖10 min后,结构层厚度从0 mm增加到15 mm时,室内温度最高相差13. 2 K;地暖管导热系数从0. 4 W·m~(-1)·K~(-1)增加到3. 6 W·m~(-1)·K~(-1)时,室内温度最多相差6. 4 K;比较是否铺设导热模块两种情况,相同供暖时间下,最大相差13 K。为了综合评价快速供暖的影响,提出室内温度不均匀系数,并发现当结构层厚度δ5 mm、地暖管导热系数λ1. 2 W·m~(-1)·K~(-1)、有超导模块工况下,室内平均温度在289. 6～296. 5 K之间,温度不均匀系数在3. 77×10~(-3)～5. 89×10~(-3)之间,有较好的室内温度舒适性和均匀性,可以满足快速供暖需求。     

玻化微珠保温砂浆导热系数模型研究

基于最小热阻力法则和均匀化方法估算了玻化微珠保温砂浆的等效导热系数.用ANSYS模拟玻化微珠保温砂浆二维单元胞体的热传导,发现对热阻网络的横向热阻的极端考虑会给计算结果带来误差.用ANSYS计算的三维单元体模型的等效导热系数值与3种理论计算值进行比较,发现用假设横向热阻无穷小与假设横向热阻无穷大求得的单元体等效热阻的平均值作为单元体的等效热阻来求单元体等效导热系数更精确,最后实验也验证了这一结论.实验值与本文提出的理论模型计算值偏差仅为0.2%,证明用该方法来估算玻化微珠保温砂浆的导热系数是可行的.     

考虑辐射影响的接触传热模型与分析

应用GW统计接触模型,建立了粗糙表面之间的接触导热模型. 与实验数据的对比分析表明:该模型能够正确地反映接触导热现象. 在此基础上,对接触表面进行了合理的简化,建立了接触界面间的辐射传热模型. 数值计算表明:当接触表面的温度高于400 K时,辐射的影响已不可忽略;载荷对接触导热热导的影响明显大于对辐射热导的影响,导热热导随载荷的增大迅速增大,而辐射热导以及等效辐射系数均随载荷的增大有所减小,这主要是由接触界面的空隙面积减少造成的;在接触面几何参数中,粗糙峰等效斜率对等效辐射系数起着主导作用,在相同的量纲1的载荷情况下,粗糙峰等效斜率越小,等效辐射系数越大;通过对本文提出的等效辐射系数的误差检验,结果表明其最大相对误差为10-3数量级,说明等效辐射系数仅仅为接触界面黑度、几何特性和接触载荷的函数,而与接触界面温度水平和温差无关,同时也间接证明了本文提出的等效辐射系数可以较为合理地描述接触界面间的辐射换热强度.     

四氢呋喃水合物热物性非原位测量方法研究

利用HotDisk热常数分析仪对THF水合物导热系数和热扩散系数进行了非原位测量。实验结果表明,温度在254.0~267.0 K时非原位测得的THF水合物导热系数为0.52~0.57 W.m-1.K-1,且随着温度的增加而线性增大,非原位测量的导热系数值与原位测量的导热系数值绝对值相差0.045~0.065 W.m-1.K-1,误差为8%~12%。当温度从267.0 K升高到277.0 K时,非原位测得的THF水合物的导热系数增加剧烈,表现出非线性关系。在254.0~267.0 K时,非原位测得的THF水合物的热扩散系为0.26~0.31 mm2.s-1,并随温度增加而减小。非原位测量的热扩散系数值与原位测量的热扩散系数绝对值相差0.028~0.068 mm2.s-1,误差为10%~22%。原位测量与非原位测量产生的误差,分析认为可能是样品的转移过程中,空气中的水蒸气在水合物表面凝结成冰所致。     

冰箱试验包传热过程的仿真计算

建立了一个用于描述冰箱试验包传热过程的三维非稳态数学模型,模型考虑了试验包降温过程的物性变化,通过引入一个试验包边界导热系数折算因子来考虑由于其体积变化而造成的接触热阻.试验包的降温试验结果与预测值的比较表明:采用Morgan关联式计算试验包的表面传热系数精度较高,其值约为5～7W/(m2·K);试验包边界导热折算因子在10×10×10的网格划分下,其值约为0 1;试验包的温度预测值与实测值吻合得较好,模型可靠,可用于相变蓄能等类似问题的仿真计算.     

颗粒接触特性对煅烧石油焦换热器传热性能的影响

为了探究煅烧石油焦颗粒间接触特性对换热器传热性能的影响,构建了换热器非稳态传热模型,研究了颗粒间接触(接触面积系数)变化对换热器传热性能的影响规律。结果表明:随着接触面积系数的增加,颗粒间接触越好,导热能力越强,颗粒层平均温度降低速率、蓄热量减少速率明显加快,固相平均传热贡献度、壁面综合传热系数和放热率增加,有效换热时间下降,当接触面积系数由0. 03增加到0. 07时,固相平均传热贡献度由83. 4%上升到90. 5%,壁面综合传热系数由12. 7 W/(m2·K)增加到27. 1 W/(m2·K),放热率从83. 79%增加到98. 2%,有效换热时间从8. 02 h减小到5. 07 h。     

水刺绑定羽绒网的结构参数与导热性关系

对不同分频值下水刺绑定羽绒网的厚度、面密度、热流量和导热系数作了测量,并对其相互关系作了讨论.实验结果表明:水刺绑定的羽绒网是一种极为轻质的隔热材料,其在轻负荷下厚度为O.208 6～0.321 8咖,面密度为13.4～20.6g/m~2;导热系数为O.026 4～0.032 8W/(m·℃),与静止空气的导热性相近.依据实验数据,该羽绒网的导热系数呈非常数,与厚度和面密度均呈负线性相关关系,相关系数均在0.9以上,这说明仍可寻找该材料更为理想的低导热系数的结构参数.     

传统摩擦材料引入导热层对接触面温度的影响

在传统摩擦材料中引入导热层,在保证制动效果的前提下,既降低了材料的摩擦热,又提高了材料的性能。采用MPX-2000型磨损试验机和有限元模拟考察双层摩擦材料不同导热层厚度(1.5、3.0、4.5、6.0和7.5 mm)与不同导热系数(2、4、6、8和10 W/(m·K))对表面最高温度的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)对摩擦材料的磨损表面形貌进行分析。结果表明:引入导热层后,摩擦表面最高温度(18℃)和磨损率(29.6%)均降低。同时研究发现,增加导热层厚度摩擦材料的接触面温度降低,导热层厚度越大,导热系数影响的效果越明显。     

固井界面接触热阻对井筒温度场预测的影响

固体界面不完整接触会产生接触热阻。为研究固井界面微环隙对井筒温度场预测的影响,本文设计并制作了空气条件下测试固体界面接触热阻的实验设备,验证了所推导的接触热阻理论计算方法,研究了忽略固井界面接触热阻对井筒温度场预测精度的影响。结果表明：303~573K空气条件下实验设备测试结果的相对误差不超过9.28%;接触热阻理论计算方法与表面间距和温度有相关性;固井界面微环隙增大（5×10-5m~1×10-3m）、注蒸汽时间增加（2d~40d）、地层温度升高（305K~400K）等情况下,预测井筒温度场时不考虑固井界面充填气体的微环隙接触热阻,将使计算的水泥环外壁温度有较小的偏低（约3K）,而水泥环内壁温度和地层内壁温度有较大的偏高（约14K）。考虑固井界面微环隙的接触热阻可以提高井筒温度场预测的精度。     

固体界面间接触导热的分形模型

在表面分形特征的基础上 ,结合Mandelbrot-Tian(M -T)分形网络模型和经典接触导热理论 ,建立了包含接触点基体热阻和收缩热阻在内的接触导热分形模型 .在此基础上 ,分析了被传统模型所忽略的基体热阻在总热阻中所占的比例 ,对以往接触热导与载荷实验关联式中的幂指数范围 (0 .5 6～ 1.0 0 )作出了理论上的解释 ,最后结合实验对模型进行了验证     

新型铜颗粒填充的液态金属热界面材料导热性能实验研究

为强化界面传热,研制了一种以铜颗粒为填充材料、Ga62.5In21.5Sn16液态金属为基体的新型复合热界面材料,并对其导热性能进行了测试。首先将所制备的热界面材料放置在两片铜片之间,制备3层结构试样,然后利用激光导热仪测量所制备试样的导热性能,并计算相应试样的接触热阻。实验结果表明:铜颗粒填充型液态金属可以大大提高氧化后液态金属作为热界面材料的性能,利用铜粉质量分数分别为5%和10%的液态金属所制备的试样,导热系数和接触热阻分别为(200.33±15.66)、(233.08±18.07)W/(m·K)和(7.955±0.627)、(5.621±0.437)mm2·K/W,较利用氧化后液态金属所制备试样的导热系数分别约提高了68%和96%,接触热阻分别约降低了57%和70%,并可以有效降低液态金属的流动性,从而减少液态金属在使用过程中溢出现象的发生。     

金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002 m2·K/W减小到0.0005m2 ·K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5％;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.     

硅纳米线热传导的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法模拟了硅纳米线的热传导性能,并对其主要影响因素作了分析.模拟结果表明:在相同的温度区间(800~1 500 K)内截面形状为正方形的纳米线的导热系数要比体态硅小2个量级,且随着温度的上升,导热系数随之下降;当模拟温度固定时,导热系数随着纳米线长度的增加而增加,并趋于一个收敛值;同时当纳米线的截面面积增加时,导热系数也随之增加;当纳米线表面存在缺陷时,其热传导系数小于无缺陷纳米线的值.     

液体分子的导热机理

假设液体分子间的相互作用符合Lennard—Jones作用势能,以此为基础推导出液体分子的导热机理。并选用了四个液态物质导热系数的实验值,验证了这个机理。测定了甲苯,氯苯在一个温度点上的导热系数,利用推导的导热机理,计算了0—100℃各温度点的导热系数,并与实验值作了比较。     

有机电致发光器件的热传导特性研究

采用简化热阻模型和一维稳态有内热源的热传导方程,对有机电致发光(OLED)器件的热传导特性进行了研究.为了改善OLED器件的性能,设计并实现了一种新型结构的OLED器件.在给定OLED器件的结构、输入功率、对流换热和热物性参数等因素情况下,推导得出OLED器件运行时温度升高与输入功率,基片及各功能层薄膜的热导系数、厚度、面积等之间的关系式,建立了OLED器件内部的温度分布关系.研究结果表明,器件内的有机层和基底的传热性能是影响器件温度分布的重要因素,在功率密度为1.167×104W/m2、外界温度为300 K时,OLED器件在发光层AlQ3中可获得最高温度,其温度值比环境温度高29 K.在研发OLED器件过程中,要提高OLED器件的热稳定性,改善焦耳热效应对OLED器件性能的影响,则需要选用热物性较好的OLED有机材料,使有机层与导热性能良好的电极保持良好接触.通过实验研究,验证了理论分析的正确性.在相同的输入功率情况下,对自制备的若干Al阴极厚度不同的OLED器件进行了比较分析,验证了理论模型的有效性.研究结果对于OLED研发具有重要的价值.     

Bi- In- Sn- Sb四元合金界面材料的热性能

合金界面材料凭借优异的接触热阻消除率被广泛应用于电子工业,用以提高材料接触面之间的热传导性能.文中通过在Bi-In-Sn三元合金中添加微量膨胀金属粒子Sb并于700℃下在管式炉中熔融,制备了一种新的Bi-In-Sn-Sb四元合金.该合金有较低的熔点(约61℃)、较高的导热系数(约23.8 W/(m·K))和极低的接触热阻(约12.3 mm~2·K/W),其对陶瓷基板间界面热阻的消除率可达95.9%,能够极大促进基板之间的热传导.分析其原因,在于Bi-In-Sn-Sb四元合金在相变后体积膨胀率高达88.6%(80℃时),能够有效减少界面之间的空气带隙残留量,改善接触面质量.因此,这种相变膨胀Bi-In-Sn-Sb四元合金最可能成为高性能热界面材料的候选者.     

影响高炉炉墙热负荷的因素分析

应用传热学原理建立了高炉炉墙温度场数学模型,应用数值模拟方法分析了冷却水管直径和间距、冷却水管至冷却壁热面的距离,镶砖导热系数、镶砖厚度和面积,炉衬厚度,渣铁凝固层厚度及对流换热系数对炉墙热负荷的影响. 结果认为, 降低炉墙热阻是增大炉墙热负荷的重要途径.     

高压下碳纳米管阵列与金属接触热阻研究

碳纳米管具有很高的轴向热导率,近年来基于碳纳米管阵列的热界面材料得到了广泛的关注.但碳纳米管阵列与金属间的接触热阻较大,通常在10mm~2·K/W以上,限制了其实际应用.目前通过化学成键等方法可将其界面热阻降至0.6mm~2·K/W,但这些方法都需要牺牲碳纳米管耐高温的特点.为保证其耐高温特性,通过施加压力的方法降低了碳纳米管阵列与金属间的接触热阻.对于高度为800μm的碳纳米管阵列,当压力为1.49 MPa时,测量得到的碳纳米管阵列-Au界面接触热阻为1.90~3.51mm~2·K/W,接近化学成键法的结果并且远小于小压力作用下的热阻,这一结果为进一步减小碳纳米管的接触热阻提供了新的思路.     

填充氩后单壁碳纳米管的导热系数

采用平衡态分子动力学(EMD)模拟方法,计算了填充氩后的(10,10)型和(15,15)型的单壁碳纳米管分别在不同温度下的导热系数.研究了它们随温度的变化情况,并将其与相应的空的碳纳米管的导热系数进行比较,分析在相同温度下,充氩对碳纳米管导热系数的影响.模拟结果发现:在500~1 200 K的温度范围内,(10,10)型碳纳米管和(15,15)型碳纳米管在填充了氩后其导热系数值均随着温度的升高呈下降趋势,这与空的碳纳米管的导热系数随温度的变化关系相似;在相同温度下,这2种类型的碳纳米管在填充了氩后的导热系数值均比相应的空的碳纳米管的导热系数值明显高很多.