第一类边界条件下的松散煤体非稳态传热反问题研究

为实现松散煤体热物性参数的高效准确获取,对第1类边界条件下的松散煤体非稳态传热反问题进行了研究.利用超级恒温水浴生成恒温水介质,结合底部为黄铜板的试样盒构建恒温边界,然后基于第1类边界条件下的一维非稳态传热模型,利用随机共轭梯度法估计松散煤体导热系数和比定压热容等.参数灵敏度分析表明,松散煤体导热系数与比定压热容可同时估计,但因比定压热容灵敏度系数较低,导致参数反演估计精度不高,从而采用先估计热扩散率,然后再对比定压热容进行修正的策略,实现了松散煤体导热系数及比定压热容的准确估计.通过建立的测试装置,进行了松散煤体热物性参数估计实验.结果表明:采用的松散煤体热物性反演估计算法具有较好的准确性和抗不适定性,初始猜测值对参数反演估计结果没有明显影响,而温度测量标准差达到0.6时,参数反演相对误差也仅为7.53%.     

利用导数解决不等式问题

导数在数学各类问题以及各个学科和许多领域中有着非常广泛的应用.导数普遍应用于判断曲线的单调性、凹凸性,求函数的极值、拐点、最值,还可以用来求函数解析式、比较大小、求数列和、求参数取值范围、解决根的分布、处理优化问题、处理函数图像的切线问题等.在处理与不等式有关的综合性问题时往往需要利用函数的性质,因此,很多时侯可以利用导数作为工具得出函数性质,从而解决不等式问题.     

单喷嘴喷雾冷却旋转圆筒的换热特性实验研究

采用单喷嘴喷雾冷却的换热方式来研究旋转圆筒的换热特性。通过设置不同的参数,观察圆筒外壁的温度分布及变化规律,并计算物料的热流密度。实验结果表明,物料到筒外壁之间的热阻会对换热过程产生严重的制约;未喷雾时,外壁面温度达到物料的30%,而喷雾时,达到11%。随着物料温度的升高,外壁平均温度会显著升高,物料的热流密度增长幅度也会逐渐的增大;并且温度越高,喷雾冷却的优势越明显。圆筒转速对温度的分布会产生一定的影响,转速越高,温度分布越均匀,热流密度也会有所提升;当提升1 r/min时,热流密度提高不到1%;喷雾流量对换热效果的影响较大,热流密度随流量的增大而增大,但增长速率会逐渐减缓。     

三重同心套管相变传热的数值模拟与实验研究

通过数值模拟与实验,研究了三重同心套管内的相变传热过程。相变材料填充在三重同心套管的夹层内,热流体和冷流体分别在套管外层和内层中流动。根据能量守衡,运用了一种简化数值模拟方法(称为温度热阻叠代法)计算分析了三重同心套管内凝固过程。搭建了实验台,实验验证了数值模拟结果,并得出冷流体的入口温度及流量对释热量的影响规律。     

三重同心套管相变传热的数值模拟与实验研究

通过数值模拟与实验，研究了三重同心套管内的相变传热过程。相变材料填充在三重同心套管的夹层内，热流体和冷流体分别在套管外层和内层中流动。根据能量守衡，运用了一种简化数值模拟方法（称为温度热阻叠代法）计算分析了三重同心套管内凝固过程。搭建了实验台，实验验证了数值模拟结果，并得出冷流体的人口温度及流量对释热量的影响规律。     

边界变温时梯度板稳态热传导及影响因素

为了研究边界变温时功能梯度板的二维稳态热传导及梯度参数 γ的影响,基于该板的二维稳态热传导基本方程,假设热导率沿板高呈指数函数形式分布,用分离变量法和三角函数正交性,导出三边界恒温与上边界变温时该板的二维稳态温度场的解析解,与有限元解对比可知,2种方法结果一致。结果显示：上边界线性热载时,板内温度场分布无对称性;上边界正弦热载时,板内温度场分布对称于过形心的y轴;随着γ的增大,板内高温区不断向两侧和下侧扩展。因此,可选择适合的梯度参数和边界不同变温来满足设计、应用和热应力分析的需要,所获得的解析解可作为检验其他近似方法的参考标准。     

纵向导热对错流式微型换热器总包换热系数的影响

采用三维数值模拟获得错流式微型换热器温度分布、总包传热系数和传热单元数,给出了总包传热系数关联式,通过一维对流一导热耦合模型给出纵向导热影响系数K．K为流体质量流量、流体比定压热容、流体和间壁固体热导率及换热器结构尺寸的函数．用K和关联式求得的总包换热系数相乘的方法预测错流式微型多通道换热器的总包换热系数,与模拟结果吻合较好．     

RbCaCl3晶体的弹性及热力学性质研究

运用第一性原理赝势平面波密度泛函理论的方法,并结合准谐德拜模型,对钙钛矿结构RbCaCl_3晶体的弹性性质和热力学性质进行研究。以优化的结构为基础,计算了在P=0GPa、T=0K条件下,RbCaCl_3晶体的晶格常数、弹性常数、体弹模量B和剪切模量G,与实验值符合较好;同时计算了RbCaCl_3晶体在零压下的B/G值,根据晶体力学稳定性条件首次推测出RbCaCl_3的相变压强约为10.5GPa。利用准谐德拜模型,计算得到RbCaCl_3在300K的德拜温度,并得到RbCaCl_3的相对体积、热容、热膨胀系数及德拜温度与压强和温度的关系;在高温时,其等体热容Cv接近于Dulong-Petit极限。     

柱塞泵滑靴副的流体润滑特性试验系统及原理

针对现有的柱塞泵滑靴副油膜3点厚度推导法的不足,提出了更高精度的双面平均6点推导法,并对相关联的压力场分布、功率损失及泄漏量理论进行了完善,进一步地,基于恒温振动工况对滑靴副流体润滑特性研究进行了试验系统设计。通过该试验系统,可以准确测量轴向柱塞泵在恒温和变温、振动与非振动工况下不同转速、输入压力及结构形式时测点的油膜厚度、压力、温度及泄漏量,进而得出滑靴副功率损失、温度分布、压力分布、泄漏量的变化规律;验证在振动情况下现有关于滑靴副流体润滑特性理论的适用性。该试验系统能实时精确地测量滑靴副油膜的厚度,测量误差小于1μm;温控试验时,能保证试验系统所需目标温度误差小于0.1℃;采用了电液控制的三向振动系统,调频范围为0～200 Hz,基本能满足所有工况下振动频率的测试需求。此试验系统为恒温振动工况下柱塞泵的流体润滑特性研究提供了平台。     

固体颗粒在竖直向上管内流场中的运动规律

对单个颗粒在竖直向上管内层流、紊流中及在液体发生相变时的运动规律进行了较为系统全面的分析,建立了计算方程。研究结果表明,颗粒在随流体轴向运动的同时还存在向管中心方向的径向迁移。固体颗粒到达管中心后会随流体一直向上运动。在近壁面处存在一个流化死区,流化死区的大小与流体流态、固体颗粒的大小和密度有关。固体颗粒尺寸及密度愈大,流速愈小,则流化死区愈大。液体相变对颗粒的运动也产生重要的影响。当热流密度不是很大,液体流量较小且在起始截面处的液相为单相饱和液体时,管内相变会对固体颗粒的运动规律产生明显的影响;而当液体流量较大且为紊流流动时,这一影响较弱     

金属氢化物热泵反应器吸氢过程的温度变化特性

为了研究金属氢化物反应器的温度变化趋势与规律,搭建了反应器性能测试装置,通过实验获得了吸氢反应过程中氢化物床层和换热流体的温度变化数据。实验结果表明:床层最高温度和换热流体出口温度都随着供氢压力的增大而升高。当供氢压力从0.6MPa提高到1.0MPa时,床层最高温度从56.6℃提高到71.8℃。考虑到经济性与安全性等问题,对于镧基金属氢化物反应器其供氢压力最好限定在1.6MPa以下。换热流体流量越大则床层温度下降得越快,但其强化效果有限。流体出口温度升高幅度则随着流量增大而显著降低,但床层最高温度几乎无变化。氢气注入流量越大,反应器内氢气压力升高得越快,相应地氢化反应越快。通过改变氢气流量可以控制放热反应过程,从而更好地适应用热需求。     

帽型钢板桩挡墙土压力分布离心模型试验

采用离心模型试验模拟了帽型钢板桩挡墙支护的基坑开挖过程,研究了钢板桩挡墙两侧土压力分布的变化规律,并与等效截面刚度的平板挡墙支护开挖试验进行了对比,分析了钢板桩挡墙迎土面的起伏几何形状对土压力分布的影响.试验结果表明,钢板桩挡墙的截面形状影响其后土压力分布,相同高程处钢板桩挡墙凹凸部分的土压力不相等,大小关系与其位移模式有关.当墙体远离土体运动时,迎土面凹处土压力大于凸处,当墙体靠近土体运动时,凹处土压力则小于凸处.随着基坑开挖深度的增加,墙体变形模式产生变化,导致钢板桩挡墙两侧土压力的时空分布在不同埋深处也有所区别.     

循环流化床制取流体冰中液滴碰撞-聚并实验研究

对雾化液滴在液-液循环床体内碰撞-聚并现象进行了研究．在相同喷速下，通过改变载冷介质流量和温度，考察了影响液滴聚并发生频率的关键因素；采用高分辨率数码摄像仪实时采集床内颗粒在同一工况下不同高度处的流动状态，应用图像处理与数值计算相结合的方法，分析了颗粒平均粒径沿床高的变化趋势；对载冷介质温度最低时实验所获得的冰晶进行粒径的测量与统计整理，探讨了抑制液滴聚并的方案．结果表明，液滴聚并严重地影响了冰晶尺寸及其分布；在载冷介质流量较小时，液滴聚并频率大大降低，而在载冷介质温度较低时，液滴表面局部破碎及快速冻结导致颗粒平均粒径沿床高呈减小的变化趋势．在保证经济性及不冰堵的条件下，可以通过降低载冷介质温度和减小其流量来改善所制取流体冰冰晶的质量．     

油气地面管线内结垢固体颗粒沉积影响因素的实验研究

油田地面管线结垢机理的研究大多集中于结晶动力学。由于管道流动的复杂性,流体流动过程中的结垢机理尚不明确。研发了结垢动态分析仪,探讨了流体流动过程中的结垢过程,主要研究了结垢流体管道内速度分布、颗粒悬浮特征及位置、平均停留时间分布等关键参数。研究表明:相同的流量下,管径越大,流体中碳酸钙颗粒越均匀地分散在流体中。相同管径下,流量较小时流体在管道截面上流速分布不均匀。流量较大时在管道有限的长度内颗粒能够均匀分散在流体中。90°弯曲管中流体出现了涡旋区,增加了流动阻力,结垢量增加。管壁相对粗糙度愈小,结垢量与雷诺数相关性愈小;管壁相对粗糙度愈大,结垢量与雷诺数相关性愈大。流体流动具有温度效应,随着温度升高,管道内流体流动趋于稳定。研究为油田集输管线的清垢、阻垢工艺等方面提供理论依据。     

纳米流体及分散剂对重力热管性能影响试验

为了研究纳米流体及分散剂对重力热管性能的影响,对各热管的启动性能(启动时间和启动温度)以及传热性能(稳定运行时管壁温度分布和总热阻的大小)进行了测试.结果表明:纳米颗粒的添加及其物理性质对热管的启动时间有影响,添加纳米流体的热管,启动时间较传统去离子水热管明显缩短1.3~3.2 min;分散剂的添加对热管的传热性能也有影响,在高热流密度工况下,以十二烷基硫酸钠(SDS)为分散剂的热管性能明显优于以阿拉伯树胶(AG)为分散剂的纳米流体热管;添加分散剂的纳米流体热管热阻较去离子水热管降低26.4%~63.9%.     

无管换热器的稳态换热特性

对无管换热器中颗粒帘换热单元的稳态换热特性进行了研究,为目前空气预热器的研究提供新的指导方向.通过传热数学模型构建、详细数学计算和定量分析,研究了颗粒质量流量对换热单元以及无管换热器出口温度的影响.研究结果发现,在颗粒帘换热单元中,当颗粒质量流量足够时,冷流体加热后的出口平均温度可无限接近热流体初始温度,冷热流体之间实现深度换热,换热效果明显;在满足颗粒帘空隙率大于0.98的条件下,颗粒质量流量越小,气固颗粒在换热通道中越容易达到换热平衡;由于换热单元中间冷热源-气固颗粒之间的温差小,换热单元的换热效率低,使得由换热单元组成的无管换热器冷热气体之间的整体换热效率较低.     

水平小圆管内超临界二氧化碳对流传热特性的试验研究

本文试验研究了超临界压力二氧化碳在水平小圆管内的对流传热特性。采用内径2mm的不锈钢圆管作为试验段,利用电加热方式提供均匀加热热流。试验压力p取7.6、8.2、8.9 MPa,质量流速G取700、1 100、1 400kg/(m~2·s),热流密度q取0~360kW/m~2,流体温度Tb取17~81℃。获取了超临界二氧化碳传热壁温分布及传热系数的规律,讨论了质量流速和压力对传热过程的影响。结果表明,在流体温度达到拟临界值之前,存在一个传热强化区,且当液膜温度达到拟临界温度时,传热系数处于峰值区。对比了若干超临界流体传热关联式,其中Li公式较适合于本文工况下的传热计算。     

碳酸盐矿物随埋深增加的溶蚀响应机制及其储层意义

以化学热力学为基础,利用数值模拟方法,研究不同埋深情况下碳酸盐矿物方解石(CaCO3)和白云石(CaMg(CO3)2)在含CO2流体及含H2S流体中的溶蚀响应机制。模拟结果表明,在流体系统不发生改变的前提下,随着埋深的增加,相同条件下方解石的溶蚀量始终大于白云石。同时,除温度、压力、酸性气体分压、流体成分之外,封闭在溶蚀体系中的气体总量是影响碳酸盐矿物溶蚀的另一重要因素。当封闭气体总量相对较高时,随着深度的增加,这两种矿物的溶蚀量表现为先增大后减少,此时白云石中溶蚀孔隙比方解石更为发育;当气体总量较低时,两种矿物的溶蚀量曲线单调性减少。     

液池中大Pr数流体的热流体波

数值研究零重力条件下浅液池中大Pr数流体(Pr = 105.6)的热流体波. 液池的两側有不同的温度, 形成一定的温度差. 当温度差增加并超过临界温度差时, 在液池中会出现从冷端向热端传播的行波. 扰动温度, 扰动速度和扰动压强的相位关系表明这种行波为扰动温度所驱动, 为热流体波. 热流体波很弱, 在热流体波出现时, 在液池中几乎观测不到振荡的流场和温度分布. 对热流体波的形成机理进行了分析和讨论.     

高温气冷实验堆堆底流道的热混合性能

高温气冷实验堆（ＨＴＲ－１０）堆底流道结构的作用之一是使径向温度分布不均匀的堆芯出口冷却剂得到足够的热混合。在相似模型上进行的试验研究表明，在对应ＨＴＲ－１０正常运行时的冷热气进口流量比为１：０．７４６情况下，堆底流道结构能使冷却剂的温度混合程度和均匀程度分别达９４％和９８．４％以上，再流过热气导管后，即到达热交换器之前，这两个值分别达到９８％和９９．６％。在稍作简化的模型上进行的试验表明，进口流量比对流道的热混合性能影响不大，在进口热冷流量比为０．５～２范围内所得到的温度混合程度在流量比为１时有最大值并在两侧显示出一定对称性的分布，其值在９１％～９５％之间。