应用于深井脉冲源装备的有序堆积相变胶囊热防护数值研究

针对深井恶劣环境下脉冲功率源装备内电子元件的热防护问题,本文利用数值方法对比了多种有序堆积相变胶囊复合结构的热防护性能,探究了相变胶囊尺寸、堆积方式等对热防护性能的影响,提出了热流密度评价指标与内壁温度数学预测模型.结果表明,相变微胶囊-玻璃棉复合结构具有较好的热防护性能,内壁温上升速率相较于玻璃棉填充结构可降低13.8%,但相变材料的含量制约着热防护效果;使用大尺寸的相变胶囊,增大相变材料比例的同时可形成封闭气孔,相比于相变微胶囊-玻璃棉复合结构,内壁温升幅度进一步降低了19.3%.通过改善相变胶囊堆积结构,发现采用大尺寸相变胶囊单层阵列结构的热防护性能更优.最后,提出了相变胶囊单层阵列热防护结构下内壁温升预测公式,预测值与数值模拟结果的平均误差低于7%.     

基于相变过程的格子Boltzmann模型及应用

基于SC模型提出了一种新的描述气液相变过程的格子Boltzmann模型. 通过对单组分相变过程的模拟, 验证了该模型的正确性. 通过对vdW流体的模拟以及与Maxwell构建原理的对比, 发现相对于SC和Zhang模型, 新模型能够得到与理论解相近的结果, 计算产生的最大伪速度介于SC和Zhang模型之间, 但扩大了温度的变化范围, 提高了模型的最大分离密度比, 使得新模型计算更加稳定, 适用范围更加广泛. 根据工程热力学中的对比态原理, 以工程中常用氨和水两种工质为例, 利用新模型分别模拟不同状态方程控制下的相变过程, 并与实验值进行了比较, 结果表明P-R状态方程更加适合描述氨和水等物质的相变过程, 特别地, P-R状态方程模拟结果与氨的实验值更加接近, 结果具有重要工程意义.     

金属有机杂化型相变化合物四氯合锌酸二吡咯烷的设计合成和性质

利用有机含氮杂环小分子吡咯烷与氯化锌、盐酸反应,制备得到1例新颖的金属有机相变化合物——四氯合锌酸二吡咯烷.通过差热扫描量热(DSC)测试,在升温(339.5 K)和降温(320.5 K)过程中出现可逆的热力学相变峰和较大的的热滞(19 K),表明该化合物发生了可逆的一级相变.对其变温介电常数进行分析,室温下低介电态到高温下高介电态的转变进一步证实了化合物发生结构相变.通过变温X射线单晶衍射,研究了晶体在150和353 K晶体结构,揭示了其相变机理,表明锌离子的相对位移是该化合物相变的主要原因.     

潜热型功能热流体层流强化传热分析新模型

建立了分析潜热型功能热流体的层流强化传热的新模型. 该模型的主要特征是: (1) 应用新推导的潜热型功能热流体定压比热公式; (2) 考虑了真实的相变传热过程, 即, 相变微胶囊与单相工作流体间换热, 壁面与两相混合流体间换热; (3) 用新建立的轴对称双倒易边界元和有限差分联合的数值方法求解该数理方程. 新模型的可靠性用已有实验结果进行了验证. 得到了一些新的物理结果, 如定压比热在空间与时间随相变传热过程变化的特征, 捕获了相变界面随时间推进图像, 等等, 还数值分析了影响潜热型功能热流体强化传热的几个主要物理因数, 对该功能流体强化传热机理获得了一些新认识.     

分子量对热致性向列型液晶高分子性能的影响的研究

一、引言 大多数热致性液晶高分子表现有双向液晶性。除了双向性液晶外,也能看到有关单向性液晶态的报道。双向性液晶在升温和冷却的过程中都能形成同种液晶态。单向性液晶态只是在冷却的过程中形成,而在升温过程观察不到。值得注意的是,单向性液晶态的形成依靠的是体系在冷却过程中发生的相变过冷现象,即一个可以结晶的单向性液晶高分子,其冷却过程中液晶态的形成依赖于熔体结晶时的过冷现象,此时T_c(冷却时熔体结晶温度)小于T_m(加热     

二维材料的拉曼光谱研究进展

二维材料因其独特的结构与性质引起了科学家们的广泛关注.拉曼光谱是一种特征性强、快速、无损的材料结构表征方法,其在低维材料的结构表征方面具有独特的优势.本文主要综述了拉曼光谱在二维材料结构表征方面的研究进展.首先,系统介绍了二维材料结构和拉曼选律基础知识,并分析了二维材料的典型拉曼特征;其次,通过对二维材料的典型拉曼特征峰的峰位和峰强的分析,讨论了拉曼光谱测定二维材料的层数、边缘手性/晶格取向、合金成分等;然后,介绍了缺陷、掺杂、外界应力以及热效应对二维材料拉曼散射的影响;最后,结合二维电荷密度波材料相变过程中的结构和拉曼特征的变化,讨论了拉曼光谱在相变性质研究中的应用.     

钛酸铅铁电薄膜的表面层

大量的实验和理论分析表明:铁电体(包括块体和薄膜材料)都具有一个与体内性质不同的表面层.表面层的存在对铁电体的性质有显著的影响,如介电常数峰值降低,Curie温度偏移,相变点以上仍能观察到热释电效应等.表面层对铁电薄膜性质的影响更加显著,如单晶钛酸钡薄膜的相变表现出弥散特性、介电常数偏低、矫顽场强偏大等.用掠射角X射线衍射法(Glancing angle X-ray diffraction)(GAXRD)可以分析材料浅表层的结构特征,以区分表层与体内的结构差异.     

高导热膨胀石墨/硬脂酸定形相变储能复合材料的制备及储/放热特性

采用"熔融吸附-模压成型"的方法制备了膨胀石墨(EG)为多孔基体、硬脂酸(SA)为相变材料的EG/SA定形相变储能复合材料,通过微观形貌、热物性和热稳定性测试,分析了膨胀石墨的膨胀度对EG/SA定形相变储能复合材料的热性能影响规律,并通过加热/冷却实验对不同参数的定形相变储能复合材料的储/放热性能进行了分析比较.研究表明采用高膨胀度EG更有利于提高SA在EG多孔基体中的分布均匀性和储能复合材料的热导率,当EG质量分数为20%时其径向导热系数最高达19.6 W m~(-1)K~(-1),相比纯SA提高了110倍;EG的高膨胀度对SA相变过程中的液相封装具有明显的改善作用,高膨胀度EG为基体的定形相变储能复合材料具有很好的热稳定性;EG/SA定形相变储能复合材料的储/放热时间约为纯相变材料的1/8~1/4,具有高导热、无泄漏等优点.     

运动晶界附近硼偏聚行为的研究

微量杂质原子能够显著地降低再结晶过程中晶界的运动速度.Kasen用电阻法研究铝合金退火再结晶与晶粒长大过程,认为运动晶界能大量捕获溶质原子.本文利用硼径迹显微照相技术研究了含硼Fe-30%Ni合金高温热变形再结晶过程中硼在晶界上的偏聚行为,该合金在淬火至室温的过程中不发生γ-α相变,从而可以排除相变对组织和溶质原子分布的影响.1 实验材料与实验方法     

多组相变材料多个热物性的同时测定性

相变储能可应用在许多领域.相变材料(PCM)的热物性对其筛选和应用有重要意义.PCM的比热和潜热的测量方法一般可分成3类:常规卡计法、差热分析法(DTA)和差示扫描量热法(DSC).虽然DTA和DSC法优点很多,但缺点也是明显的:所用试剂很少(1～10mg),导致试剂的热物性常常与实际应用中的大块材料和热物性有差别;不能测定导热系数和热扩散率.常规卡计法几乎都不能同时测定多种PCM试样的比热、潜热、凝固点和导热系数,且PCM的相变过程不易观察.鉴于上述,我们发展了一种能够测定多组相变材料凝固点、比热、潜热、导热系数和热扩散系数的新方法——参比温度曲线法.     

最小热阻原理在组合式相变材料蓄热过程优化中的应用

最小热阻原理为近年来火积理论中所提出的传热过程优化的新方法.本文基于最小热阻原理对组合式相变材料蓄热过程进行了优化.通过变分原理,获得了组合式相变材料最佳融化温度的通用表达式.在此基础上,进一步研究了相变材料数对火积耗散热阻和蓄热性能的影响,探讨了最小热阻原理用于组合式相变材料蓄热过程优化的可行性.定义了组合效率,考察了传热单元数和热容流率对火积耗散热阻的影响.结果表明,组合效率随相变材料数的增加逐渐提高,火积耗散热阻随传热单元数和热容流率的增加逐渐降低其提高与降低的幅度均逐渐减弱,该研究为组合式相变材料的遴选以及流动和结构参数的设计提供了理论指导.此外,基于最小热阻原理的优化分析,提出了相变蓄热过程的温差场均匀性原则,为组合式相变材料的优化提供了一种新的优化标准.     

KSZP陶瓷材料强化新途径

增强增韧一直是陶瓷科学与技术研究的重要课题.目前最常用的方法是多相复合,如颗粒、晶须和纤维补强和自补强.相变是陶瓷中的普遍现象,ZrO_2增韧陶瓷是利用相变现象的一个典型例子.表面压应力增强材料的现象,在表面施釉或膨胀系数小的膜层、离子交换、淬火和表面化学反应过程中得以应用.我们在研究[NZP]低膨胀陶瓷时,发现一种利用相变强化陶瓷的方法,本文报道其有关的内容.     

基于化合物半导体材料高速光开关的研究

高速光开关及光开关阵列是全光交换的核心器件. 首先给出全内反射型光波导光开关器件的理论分析模型, 并基于GaAs材料中的载流子注入效应, 采用GaAs-AlGaAs双异质结结构, 研制了工作波长在1.55 µm的X结全内反射型和马赫曾德干涉型两种结构的光开关. 测试结果表明, 开关的消光比均超过20 dB, 开关速度达到10 ns量级.     

燃料油膜蒸发的热重分析法研究

为深入理解不同壁面温度下的燃料油膜蒸发特性, 对热重分析法和石油产品馏程测定法进行了比较. 采用热重分析法在不同气氛流量和不同升温速率下, 研究了不同初始厚度的90#汽油、93#汽油和0#柴油油膜的蒸发特性, 分析了加热速率、油膜厚度和气氛流量等对油膜蒸发的影响. 结果表明, 燃料在热重分析仪中所处的状态和环境接近内燃机中油膜的实际情况, 所得结果可用于分析发动机内燃料油膜的蒸发规律; 热重分析仪能用来模拟影响油膜蒸发的主要因素, 可以对加热速率和油膜厚度等影响因素进行定量的基础研究; 要实现油膜较快地完全蒸发, 首先要有足够高的壁面温度; 提高升温速率和减小油膜厚度将缩短油膜蒸发时间; 强烈的气流运动对加快油膜蒸发非常重要. 加热速率为100℃/min时所得的结果, 对研究柴油机冷起动和暖机工况下的油膜蒸发很有参考价值; 在快速蒸发过程中, 分子间强烈的相互作用使多组分互溶性混合物的蒸发并不严格按照各组分的沸点从低到高依次进行, 高沸点组分会在未达到其沸点之前就已挥发; 对0#柴油, 若壁面温度达到250℃, 着壁油膜即能充分蒸发.     

相变蓄能建筑围护结构热性能研究进展

改进建筑围护结构热性能是建筑节能的重要途径. 相变蓄能建筑围护结构对于有效利用可再生能源, 降低建筑运行能耗, 节省运行费用, 提高建筑热舒适度, 减小环境污染和温室气体排放具有重要意义. 介绍了理想节能建筑围护结构概念, 以此指导建筑围护结构材料遴选和热性能设计; 对国内外相变建材和相变蓄能围护结构的研究进展进行了综述, 并指出了需要解决的问题.     

相变乳状液热物性及关键影响因素研究

潜热型功能热流体是一种新颖的储传热介质, 其表观比热和传热能力比水大, 在换热强化和能量输运领域有广泛应用. 相变乳状液是潜热型功能热流体的一种. 测定了相变微粒的粒径、乳状液粘度、表观比热和相变潜热, 并探讨了不同关键因素(制备方法、乳化剂掺混比、温度和相变材料质量含量等)对热物性的影响. 研制的相变乳状液粘度值明显小于文献值.     

Pb(Zr, Sn, Ti)O3反铁电-铁电陶瓷热释电谱

改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电陶瓷存在着多种晶体结构, 随着温度变化会发生相变而影响材料的性能. 研究了铌改性Pb(Zr,Sn,Ti)O₃反铁电-铁电陶瓷温度诱导相变中的热释电效应. 结果表明, 温度诱导相变引起电荷突变形成尖锐的热释电峰, 热释电峰的形状和位置取决于相变的类型和温度. 组分和初相态变化导致的不同相态变化过程形成峰形和峰位不同的热释电谱. 热释电谱不仅可以显示极化强度随温度的变化情况而且可以测定出弱的次级转变, 如在介电温谱中难以观测的反铁电AFE_A-AFE_B 铁电FE_L-FE_H 之间的相态转变在热释电谱中都有明显的热释电峰. 作为一种弱电测量方法, 热释电谱可以完整地反映Pb(Zr,Sn,Ti)O₃ 反铁电-铁电材料相态随温度变化的情况.     

镁基储氢材料的研究进展

镁基储氢材料具有储氢量高、镁资源丰富以及成本低廉等优点,被认为是极具应用前景的一类固态储氢材料.然而其吸放氢焓值高且氢在镁氢化物中扩散系数低,导致吸放氢温度过高、吸放氢速度缓慢,限制了其在氢能领域的应用.近年来,大量研究工作聚焦于镁基储氢材料的热/动力学改性,目前已经取得了大量的成果.本文针对国内外镁基储氢材料的研究现状,归纳了镁基储氢材料的改性方法,重点阐述了合金化、催化剂添加、纳米化、氢化物复合对镁基储氢材料吸放氢热/动力学性能、微观结构、物相变化、吸放氢机理的影响.最后,对该领域的研究成果进行了总结,并展望了未来的发展方向.     

多孔介质的相变和热化学储热性能

探讨了利用多孔材料增加相变和热化学储热功率的可行性,研究了金属泡沫和膨胀石墨添加在储热材料中对储放热过程的影响.低温相变材料采用的是石蜡,高温相变材料采用的是硝酸钠,热化学储热工质对采用的是镁/氢化镁.实验研究了两种相变材料在开孔金属泡沫中的储放热过程.对膨胀石墨质量分数分别为3%,6%和9%的石蜡/膨胀石墨复合相变材料也进行了研究,并与采用金属泡沫的复合相变材料进行了对比.结果表明,金属泡沫具有更好的传热能力,主要因其具有膨胀石墨所不具备的内部连通结构.但是,金属泡沫会抑制液态区的自然对流,特别是对于低黏性的相变材料,因此导致了在固态区、固液共存区和液态区具有不同的传热特性,表明金属泡沫并不是在每个区域都能增强换热.数值研究了热化学储热材料在加入金属泡沫前后的放热过程.在热化学储热中加入金属泡沫,可使反应床平均温度下降,明显提高放热功率.同时,由于放热反应存在最佳反应温度,在一定氢气压力和壁温条件下,通过加入不同孔隙率的金属泡沫对放热功率进行研究,表明反应床加入的金属泡沫存在最佳孔隙率,使得床层整体温度更接近最佳反应温度,实现放热功率最大化.     

VO2相变机制和掺杂改性的第一性原理研究进展

VO₂具有“半导体-金属”相变特性,能够随温度变化自动调节近红外光透射率和电阻,在热开关、光学传感器、信息存储器件、智能窗以及非制冷焦平面探测器等方面具有广阔的应用前景,是一种备受关注的热致变色材料。首先,通过简要介绍VO2基本物理化学性质及相变原理的实验研究现状,着重综述了基于密度泛函理论的第一性原理计算在VO2相变机制研究中的最新进展,即VO₂的相变是Peierls和Mott相变机理相耦合的结果。其次,围绕能带调控,分金属元素和非金属元素两大类,综述了第一性原理计算在VO2掺杂改性中的应用。再次,指出了当前研究中存在的争议,即不同第一性原理计算方法得到的计算结果差别很大,因此在选择计算方法的类型时需要十分谨慎。最后展望了第一性原理计算在VO2材料研究中的应用前景。