不同力学边界下变物性梯度功能材料板稳态热应力

用非线性有限元法和辛普生法分析了由ZrO2和Ti-6Al-4V组成的变物性梯度功能材料板在不同力学边界条件下的稳态热应力问题.结果表明:当无限长板只能伸长、不能弯曲时,板内稳态拉应力最大,比无限自由长板时板内最大拉应力增大 6.1倍;当无限长板伸长、弯曲受限时,板内的压应力最大,比无限自由长板时板内最大压应力增大14.9倍;考虑变物性的最大拉应力比常物性减小48.9%,最大压应力比常物性减小39.6%;此外,材料组分形状系数M、对流换热系数和孔隙度的变化对不同力学边界条件下该变物性材料板稳态热应力场的影响显著.此结果为该材料的设计和应用提供了准确的理论计算依据.图4,表1,参8.     

轴对称功能梯度圆板稳态热传导的精确解

对轴对称功能梯度圆板稳态热传导问题进行精确分析.根据正交各向异性功能梯度圆板稳态热传导的基本方程,假设材料热传导率沿板厚方向按指数函数形式梯度分布,利用分离变量法,获得了在上、下表面作用任意热载荷情况下的精确解.通过数值算例,分析了材料性质的梯度变化和板厚对温度场分布的影响.所获得的精确结果,可以作为评价其它近似方法的标准解答.     

对流冷却下板状激光介质热效应的三维模拟

高热负荷固体激光介质的热效应是制约激光器功率提高的严重障碍。以不均匀换热系数模型为基础,研究了具有非均匀内热源的侧面双向抽运板状激光介质在强制对流冷却下的耦合换热问题。结果表明:忽视对流换热系数的非均匀性将导致介质温度场和热应力场计算结果偏低;在平均导热系数取值基准下,介质热物性的温度依存性对其温度分布影响不大。与一维理想模型(均匀换热系数、常物性)的结果不同,采用三维模型并考虑入口段效应时,介质最大应力随R eyno lds数的增大而减小,而对介质膨胀系数的非线性作用不敏感,采用平均膨胀系数即可满足要求。     

镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固温度场的数值模拟

连续定向凝固过程中结晶器的温度分布对固-液界面位置和形状具有重要影响.在建立三维物理模型以及确定材料热物性参数、边界条件与冷却水对流换热系数计算方法的基础上,采用ANSYS有限元软件对不同参数组合条件下镍钛形状记忆合金线坯连续定向凝固的稳态温度场进行了数值模拟.研究结果表明,在所给定的模型及各种参数条件下,镍钛形状记忆合金在结晶器内可以完成凝固过程,且固-液界面呈平直状,具备了进行连续定向凝固制备的基本条件.     

强激光作用下单晶硅的热畸变特性研究

高功率激光已经广泛应用于核聚变、激光加工、激光化学以及材料处理等领域.在强激光的辐照下,由于大量光子进入材料体内被吸收,局部蓄热,因而形成较大的温度场梯度.考虑到有限厚介质的表面热对流,利用格林函数方法理论计算了硅基板的三维温度分布和热变形,给出了硅基板温度分布和热变形跟基片半径和厚度的关系表示式以及关系曲线图.计算结果表明:温升不仅与介质的吸收系数密切相关,而且与对流换热系数有关.在激光照射的初始阶段,基片热变形量迅速增加;其后,随着激光照射时间的增加,热变形增加量逐步变缓.     

功能梯度材料瞬态热传导问题的MLPG方法

将无网格局部彼得罗夫-伽辽金(MLPG)方法应用于功能梯度材料(FGMs)的三维瞬态热传导问题.推导了三维瞬态热传导问题的基本方程,在此基础上用Matlab编制了相应的计算程序,对分析计算结果进行了讨论.结果表明,考虑变物性(与温度相关的材料属性)对稳态时的温度分布有很大影响,且组分材料不同的空问分布形状对结果也有很显著的影响.     

超临界压力水在水平同心套管间自然对流换热研究

通过数值计算深入分析了超临界压力条件下水的强烈的物性变化及对流换热的边界条件对水平同心套管间自然对流换热的影响规律,并为高新技术的发展提供一定的理论基础。采用求解原始变量的有限差分法,并利用大型通用计算程序ＰＨＯＥＮＩＣＳ,对控制方程组进行了数值求解。分析了在内、外管表面均为等壁温边界条件或内管为常热流、外管为等壁温边界条件下,同心套管间的流场和温度场;研究了强烈的变物性、内外表面温差及内管壁面上的热流密度等对内、外管壁上自然对流换热系数的影响规律。结果发现：在内管表面热流密度相同的条件下,不同的外管表面温度所对应的内、外管表面温差及对流换热系数有比较大的差异;在某些条件下,随着热流密度的升高,尽管套管内自然对流流速增大,但是自然对流换热能力却下降。     

混凝土箱梁桥的温度场分析

基于混凝土箱梁桥温度场及其变化规律的理论分析和现场实测,分析了混凝土箱梁温度场与其所处的环境温度及日照辐射等因素的关系.运用辐射换热、对流换热等相关理论,对箱梁表面的各种热流进行分析,并将各种热流转换成易于加载的对流换热形式,即采用综合对流换热系数和综合大气温度来反应箱梁表面各种热流,在此基础上应用有限元方法对箱梁温度场进行计算,获得了太阳辐射作用下箱梁温度场的分布规律,并与试验结果进行了比较,其理论值与实测值基本吻合.     

对流换热系数考虑温度影响时对锂电池热扩散影响的数值分析

基于电化学-热耦合模型，以4节18650锂离子电池为研究对象，分析考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响及其程度。首先基于传热理论中的流体横掠顺排管束平均表面换热系数计算方法，计算得到不同温度和流速下锂离子电池表面对流换热系数，通过曲线拟合得到空气流速分别为0.05、0.1、0.2和0.3 m/s时对流换热系数与温度的函数关系，得出对流换热系数与温度不完全呈线性变化；其次基于以上函数关系，通过数值模拟分析了考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池热扩散的影响。结论表明，考虑温度效应时的对流换热系数对锂电池温度场影响的程度不同。当空气流速分别为0.05、0.2、0.3 m/s时，锂电池的温度函数使锂电池放电过程中的温差变化均小于1%；但是当空气流速为0.1 m/s、锂电池放电至729 s时，考虑温度因素的对流换热系数的温度场比常数时的温度场下降了21.71%。该影响规律与不同流速下对流换热系数随温度变化相一致，也表明对流换热系数与流速、温度均有关，而且对流换热系数越大，锂电池越容易与外界空气发生热交换，锂电池放电过程中温差越小。     

离散孔板气膜冷却对流换热系数的计算

通过对几种不同的气膜冷却对流换热系数的计算方法的归纳总结，提出用相对气膜冷却换热系数的方法来计算气膜冷却时的对流换热.在对6种不同开口规律的离散孔平板进行了实验研究的基础上，用热平衡法建立了离散孔板气膜冷却对流换热模型，用最小二乘法拟合了相应的关系式及关系曲线，并分析了来流参数及离散孔板的孔径、开口率等几何参数对气膜冷却对流换热系数的影响.     

热漏对混合热阻条件下卡诺热机性能的影响

在混合热阻条件下和卡诺热机性能分析的基础上,进一步研究热漏对循环的影响,导出了有热漏时,混合热阻条件下的卡诺热机的输出功率与效率的关系．     

凝固换热器凝固换热特性模拟分析

采集凝固热热泵系统为寒冷地区地表水等热能资源的开发利用提供了新思路,其关键设备凝固换热器的换热性能直接关系到热泵系统的供热运行效率.在介绍凝固换热器及其冬季换热工况的基础上,通过定义凝固当量换热系数比等量纲一参数,采用准稳态近似与拟合等方法,对紊流状况地表水凝固换热特性进行了模拟分析,建立了刮冰周期内平均凝固当量换热系数比的统计数学模型.结果表明:入口水温与管壁温度越低、管径与Re越小、管长越大,瞬时凝固当量换热系数比越高,而凝固换热器的平均凝固当量换热系数比在1～4变化.     

工业余热热泵冬季供暖的应用分析

将电厂冷却水作为热泵的低位热源,根据水源热泵的技术特点分析余热热泵的节能原理及余热热泵系统的可行性,讨论了其在节能环保方面的巨大优越性.结合工程实际,应用余热热泵给长春某小区冬季供暖,通过计算比较分析,得出余热热泵具有很好的经济、环境、社会效益.     

采集凝固热热泵系统连续取热的参数条件分析

针对环境水源现状,提出采集凝固热热泵系统为建筑物供热的新思路.凝固换热器是该系统的关键设备之一,在介绍凝固换热器原理的基础上,对连续提取凝固热的参数条件及流动阻力问题进行了分析,所得结论将为该热泵系统的研究提供有益参考.     

高温矿井热害治理与废热利用综合技术研究

本文以安徽朱集西矿为研究对象,研究高温矿井热害治理与废热利用综合技术,该技术综合热泵技术和井下制冷降温技术,在进行矿井热害治理的同时,充分回收高温矿井废热,将高位热害变成煤矿供热资源,既降低了井下降温负荷和运行成本,又将能量回收利用替代锅炉热源,节能、减排。     

卫生热水蓄热方式对地埋管换热性能的影响分析

竖埋管地源热泵系统为室内环境控制提供冷热量。在空调工况下,热回收机组可以提供卫生热水。卫生热水的供应在冬夏不同的运行模式下,对地埋管的换热性能影响不同。通过某地源热泵工程设计,分析了冬夏季卫生热水系统在蓄热方式下对地源热泵系统地埋管换热性能的影响。利用卫生热水的蓄热能力,对地埋管换热器在不同工况下的动态换热性能进行了对比分析,并通过数值计算得到了不同运行模式下地埋管的换热性能参数。根据计算结果提出了在该工程负荷特性下的系统调节方式。     

土壤源热泵地下U型埋管换热器传热模拟研究

介绍了几种常见土壤源热泵U型埋管换热器传热模型,建立了单U型垂直埋管换热器的非稳态传热模型.采用隐式有限差分法对冬季运行工况进行数值模拟,得到了U型埋管出口水温的变化规律及土壤温度场的分布规律.     

换热管流固耦合传热的分区求解数值算法

考虑换热管与流体换热的相互影响,以换热管固体域与管内流体域为研究对象,根据耦合界面温度和热流密度的连续性边界条件,推导了界面温度和热流密度的迭代格式和收敛判别方法.以整场离散整场求解为基准,研究耦合界面处的温度和热流密度分布以及出口平均温度,探讨了分区求解边界耦合算法的计算精度和求解效率.计算结果表明,建议松弛因子取0.75、收敛容差取0.1为宜.流固耦合传热的分区求解数值算法,为高效换热管的研发提供可靠的数值模拟方法.     

Least dissipation principle of heat transport potential capacity and its application in heat conduction optimization

In the viewpoint of heat transfer,heat transport potential capacity and its dissipation are defined based on the essence of heat transport phenomenon,Rspectively,their physical menings are the overall heat transfer capability and the dissipation rate of the heat transfer capacity.Then the least dissipation principle of heat transport potential cpacity is presented to enhance the heat conduction efficiency in the heat conduction optimization .The principle is, for a conduction process with the constant integral of the thermal conductivity over the region ,the optimal distribution of thermal conductivity,which corresponds to the highest heat conduction efficiency ,is characterized by the least dissipation of heat transport potential capacity .Finally the principle is applied to some cases in heat conduction optimization.     

Least dissipation principle of heat transport potential capacity and its application in heat conduction optimization

The heat conduction following the Fourier law widely exists in nature and engineering. Usually, the thermal resistance is applied to evaluating the perform-ance of the heat conduction, i.e. the less resistance corre-sponds to the better performance. Therefore, the heat conduction is often enhanced by means of using high conductivity materials or reducing the thermal contact resistance. The more general performance criterion is the heat duty for the given temperature difference DT, or the temp…