用生命演化过程模拟导热优化

对于不同的工程目的,如何在特定空间内采用高导热材料构造热量输运的高速通道,以优化热传递过程.与传统方法不同,首次采用了自然选择规律来寻找高导热材料的最佳构造,而不是人为地制定一系列待选方案后从中择优选择.为此提出了导热优化过程中的“生命”演化思想.导热优化,这一个很实际的工程技术问题,与自然界中生命体的演化过程联系起来.相应地,“用进废退”和“优选劣汰”等自然界中的生命演化准则引进高导热材料几何形状的寻优过程.有趣的是数值模拟得到的最佳布置形式与现实世界中的生命在组织形态上具有非常大的相似性.     

——描述物体传递热量能力的物理量

从导热过程与导电过程的比拟出发，引入了与电容器的能量相对应的新的物理量E_h=Q_vhT/2. 它具有“能量”的性质，它描述了一物体所具有的热量传递的总能力. 由于它是热容量与温度乘积之半，因此把此物理量称之为. 热量传递是一个不可逆过程，在传递过程中部分将被耗散，其数值可由耗散函数的体积分求得. 在建立了平衡方程的基础上定义了传递的效率，从而可讨论传热过程的优化. 在变分分析的基础上，提出了导热过程优化的耗散极值原理：对于具有一定的约束条件并给定热流边界条件时，当耗散最小，则导热过程最优（温差最小）；在给定温度边界条件时，耗散最大，则导热过程最优（热流最大）. 基于的耗散这个物理量定义了多维导热问题中的当量热阻，从而可把导热优化的耗散极值原理归结为导热优化的最小热阻原理. 最后，以体点散热问题为例，计算了使导热性能最好的导热系数的最佳分布，并对优化前后的导热性能作了比较.     

晶格失配对超晶格法向导热系数影响的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法模拟了超晶格的法向导热系数随周期长度的变化关系.模拟结果表明,在晶格匹配的超晶格中,当周期长度同声子平均自由程相当时,超晶格导热系数将出现最小值.而对于具有4%晶格失配的超晶格模拟结果却表明,超晶格导热系数随周期长度的增大而单调上升.这一研究结果表明,材料的晶格失配是大多数实验研究中没有发现超晶格最小导热系数的主要原因.     

(火积)——描述物体传递热量能力的物理量

从导热过程与导电过程的比拟出发，引入了与电容器的能量相对应的新的物理量Eh=QvhT／2．它具有“能量”的性质，它描述了一物体所具有的热量传递的总能力．由于它是热容量与温度乘积之半，因此把此物理量称之为[火积]．热量传递是一个不可逆过程，在传递过程中部分[火积]将被耗散，其数值可由[火积]耗散函数的体积分求得．在建立了[火积]平衡方程的基础上定义了[火积]传递的效率，从而可讨论传热过程的优化．在变分分析的基础上，提出了导热过程优化的[火积]耗散极值原理：对于具有一定的约束条件并给定热流边界条件时，当[火积]耗散最小，则导热过程最优（温差最小）；在给定温度边界条件时，[火积]耗散最大，则导热过程最优（热流最大）．基于[火积]的耗散这个物理量定义了多维导热问题中的当量热阻，从而可把导热优化的[火积]耗散极值原理归结为导热优化的最小热阻原理．最后，以体点散热问题为例，计算了使导热性能最好的导热系数的最佳分布，并对优化前后的导热性能作了比较．     

瞬态平面热源法测量材料导热系数

为了提高瞬态平面热源法的适用温度,介绍了瞬态平面热源法的测量原理.根据有限元法模拟了无膜平面热源加热过程中试样的温度分布,建立了相应的实验装置,测量了环境温度为27～829℃时材料的导热系数和热扩散率.结果表明在较高温度下该方法测量材料热导率是有效的,可用于实际测量.     

高导热储热材料对高功率密度永磁电机温升的影响

如何降低电机温升是电机设计中一个至关重要的问题.将绝缘漆与高导热材料、储热材料、固化材料通过一定工艺制备成高导热储热材料,填充在样机绕组端部与外壳的间隙处,并对其进行了温度场分析与温升实验.结果表明：利用储热材料吸收热量的特性与高导热材料的高导热率可有效降低电机温升10.2℃,电机功率提高了9.8%,高导热储热材料能有效提高电机的性能.     

相图计算及其在无铅焊接材料中的应用

随着Sn-Pb焊接材料在电子工业中的应用限制,无铅焊接材料的设计与开发已经是电子封装领域的重要课题.相图计算方法(CALPHAD)作为一种科学研究方法也越来越多的应用到材料的设计开发和工艺研究方面.相图计算主要是依据实验数据,建立热力学模型,根据Gibbs自由能最小原理计算相平衡.主要介绍了相图计算原理,以及根据已经评估的热力学数据,相图计算方法在无铅焊接材料的设计开发、焊接过程的界面反应、焊接凝固模拟等方面的应用.     

粉煤灰泡沫塑料复合保温材料传热过程的数值模拟

应用有限元软件ANSYS研究了粉煤灰泡沫塑料复合保温材料(FP材料)的传热机理.材料导热系数数值模拟结果与实测结果具有很好的一致性,说明采用有限元方法可以实现对材料传热过程的数值模拟.根据分析结果,提出了对保温材料设计和制备时的一些建议.     

包层钢筋轧制过程模拟的接触复合处理及实验研究

为了研究双金属包层钢筋轧制模拟过程中两种金属的接触复合状态,在MSC.Marc二次开发功能的基础上,提出了一种新的处理方法.通过编写子程序,分析接触面上节点的接触法向应力值是否超过该材料的变形抗力来判定两金属的接触复合状态.并与其它3种常用方法(接触面粘结、接触面共节点、直接接触)的模拟结果进行对比以及实验验证.结果显示:采用本文处理方法,轧制变形区上大部分节点的接触法向应力值超过了不锈钢的变形抗力,这些节点会与接触面发生粘结,并且在轧制过程中金属间能够产生轴向和周向的相对滑动,接触单元不会产生撕扯,模拟结果与实验结果较吻合,证明在包层钢筋轧制模拟过程中,金属间的复合状态可以通过节点的接触法向应力来判断.     

热成形钢与低碳钢电阻凸焊的数值模拟

摘要： 利用专用有限元分析软件SORPAS模拟了热成形钢与低碳钢电阻凸焊熔核形成的过程,定性及定量地分析了2种材料在电阻凸焊过程中温度场、应力场的参数变化规律以及最终凸焊接头的熔核直径,并将模拟结果与实验结果进行对比.结果表明：模拟过程中出现了熔核偏移的现象;凸焊接头熔核直径的变化趋势均与其实验结果较吻合.     

差示扫描量热仪和激光导热仪联用测定材料导热系数

介绍了测量材料导热系数的几种方法,对目前最常用的激光法测量导热系数的原理进行了阐述.重点介绍差示扫描量热仪(DSC)和激光导热仪联用技术,将DSC测得精确的比热容数据应用在导热测量中,以得到精确的导热系数.     

氧化锆复合耐火隔热材料

氧化锆(ZrO_2)熔点高达2715℃,导热率低,高温时电阻小,低温时电阻高,化学稳定性优良,抗酸碱性矿渣浸润,挥发性小,莫氏硬度超过7,这些优良性能是其他硅酸盐材料所不具备的。因此,氧化锆除可用作研磨材料、电子材料、陶瓷用颜料、玻璃添加料、传感器材料之外,还可用于耐火制品及高温设备用耐火隔热材料。然而,氧化锆的制品单独使用,其导热率虽     

航天热防护材料热物理特性的反演

针对在气动加热环境下可重复使用航天热防护材料随温度变化的导热系数和比热容测量问题,基于热传导反问题的思想,结合有限元方法与优化算法,建立了反演随温度变化的导热系数和比热容的方法。通过对高温合金GH4169、铝合金5A06、玻璃钢(高硅氧无碱纤维玻璃布+酚醛树脂)、编织体(2.5D石英编织体+B80树脂)、不锈钢M304进行石英灯辐射加热实验,对比了材料的宏观形貌和密度变化,成功反演出材料比热容和导热系数随温度的变化规律,并将不锈钢M304比热容与导热系数的反演值与测量值相比较,证明了该方法的可行性。利用比热容与导热系数的反演值比较了各材料隔热性能,着重分析了铝合金5A06的比热容和导热系数对结构的温度场和温度梯度的影响。     

基于免疫粒子群的最小连通支配集求解算法

为解决复杂网络最小连通支配集(MCDS)求解算法复杂度高、速度慢及解的精确度差等问题,采用一种免疫粒子群优化(IPSO)算法进行求解.该算法将连通支配集的支配规则转化为基于邻接矩阵的并集约束,并结合图连通分支约束设计优化目标,采用二进制粒子群算法对MCDS进行求解.在求解过程中引入免疫机制,依据网络关键节点与支配节点之间的重叠关系,设置抗原因子,指导粒子群搜索方向、加快算法收敛速度.在随机网络上的仿真实验表明:相较于传统算法,所提算法能够找出网络的MCDS,并且在保证解精度的前提下提高了求解速度.     

带条件风险约束的发电商最优投标模型及计算

采用条件风险(CVaR)作为风险度量指标,建立了双层优化的发电商投标模型,上层解决社会效益最大和风险最小问题,下层解决发电商利润最大问题,设计了启发式粒子群算法(PSO)求解该复杂的双层优化模型.在4节点2机系统和9节点3机系统进行了实验,说明该模型和算法具有较好的计算效果和时效性,通过实验数据比较显示CVaR比VaR更准确地度量了发电商的风险.     

高浮力游泳衣填充材料的设计与计算

研究浮力材料的体积与其浮力的关系,优选出最佳的填充材料,计算合适的填充体积是实现高浮力泳衣开发的关键.文中运用自制的、采用电阻应变片式称重传感器和计算机联合的、高精度浮力测试装置,测试了4种高浮力填充材料(泡沫塑料)的浮力,优选出高浮力游泳衣的最佳填充材料,建立了浮力材料的体积与其浮力的线性方程.根据不同体重人体浮于水面所需要的最小浮力,计算出高浮力泳衣所需填充材料的最小体积,为开发高浮力泳衣提供数据支持.     

Waspaloy高温合金涡轮盘锻造无网格法数值模拟

针对锻造工艺中的轴对称问题进行无网格伽辽金法数值模拟研究,基于Mises屈服准则和刚塑性流动理论给出轴对称问题的应力应变关系.通过移动最小二乘近似函数建立无网格伽辽金法的基本公式.在刚塑性本构关系和最小二乘法的基础上,基于马尔可夫变分原理建立无网格伽辽金法的求解列式.采用C++语言编制了轴对称无网格伽辽金法数值模拟程序.基于编制的程序进行了Waspaloy合金涡轮盘锻造过程的数值模拟,预测了锻件的最终形状和锻造过程中材料流动规律,获得了锻造过程中的节点和等效塑性应变分布规律.     

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.     

导流管中液态金属热传输的数值分析

应用有限差分地喷射成形导流管中的液态金属的流场进行模拟，计算液态金属Ｆｅ，Ａｌ，Ｚｎ在不同过程参数条件下所需的最小过热度△Ｔ，得出了最小过热度和材料热物理性质及过程参数之间的半定量关系，计算结果表明，对于最小过热度，导流管的导热能力是最重要的影响因素，在常规使用的过压范围内，增大过压可显著上过热度，导流管的构形设计也是一关键因素，缩小导流管长度直径比Ｌ／Ｄ使△Ｔ减小，且对一坑熔点金属或高导热能力的     

基于BP神经网络的膨润土导热性能预测

将新疆塔城地区天然钠基膨润土的导热性能及其影响因素作为一个系统来研究,在深入分析膨润土在不同干密度、不同含水量、不同孔隙度和不同饱和度条件下的导热性能实验的基础上,基于人工神经网络方法对新疆塔城地区天然钠基膨润土的热传导系数(作为系统输出)及其影响因素(作为系统输入)进行了系统模拟,建立了相应的模拟模型,设计了模拟算法,并用Microsoft Visual Studio为开发工具,研制了"膨润土导热性能模拟软件系统",用该软件系统成功实现了新疆塔城地区天然钠基膨润土导热性能的模拟及预测,结合导热性能实验数据进行软件实证分析,从软件运行的实证数据看,预测效果好、精度高;从控制(输入)的角度研究膨润土热传导热系数(输出)的预测问题,不仅为膨润土导热性能的预测和模拟提供了平台和工具,更重要的是为高放核废物处置库工程屏障开发高导热性能缓冲回填材料奠定了基础。