飞秒激光照射金纳米颗粒的分子动力学模拟

在分子动力学的基础上引入了双温度模型,对飞秒激光照射金纳米颗粒的相变传热过程进行了模拟研究。利用序参数法对传热过程中颗粒内部固液相变的发生进行了判别,并获取了纳米颗粒受飞秒激光照射的熔化特性,在此基础上研究了不同大小的激光能量对熔化过程的影响。结果表明,在飞秒激光照射金纳米颗粒的过程中,当颗粒内部相变发生时,金原子的空间分布由面心立方规则排列逐渐变为不规则无序的松散排列,纳米颗粒内部所有区域都发生了熔化现象,不存在一个明显的固液模拟界面。随着激光的不断照射,熔化比例逐渐增加。     

超快激光切割金属材料中快速相变的数值模拟

采用二维双温度模型对多脉冲激光照射金薄板的相变传热情况进行研究，通过等效比热容方法确定固液界面的位置并研究了激光参数对传热过程的影响。结果表明，当激光垂直照射金薄板时，表面整体温度不断上升，而在脉冲间隔时间内略有下降，但温度的峰值相比激光作用的中心有延迟。随着激光的移动，激光照射点处的温度会出现一个峰值，之后会回落。激光作用时间内热影响区的横向变化比纵向大，移动光源向内部的热传递占主要作用，脉冲间隔时间内，热影响区的纵向变化比横向大，金薄板内部导热占主要作用。随着激光的照射，熔化状态横向不断增加的同时，熔化的深度也在不断增加。提高入射脉冲激光能量，会导致熔化的时间提前且熔化深度增加。     

散射作用下粒径对激光烧结的影响

采用二维双温度模型对激光烧结过程中的相变传热特性进行了模拟研究,重点讨论了颗粒粒径对烧结过程的影响,在此过程中考虑了散射效应的作用。通过将界面能量平衡方程、成核动力学的界面追踪法相耦合来确定固-液界面的位置。结果表明:当激光垂直照射金颗粒时,熔化现象主要发生在颗粒的两极且底部熔化开始时间早,熔化体积也比较小。颗粒粒径的变化主要影响表面光强分布与传热尺寸两个方面,在激光照射阶段由于散射效应,粒径增加会使颗粒底部光强变强,底部温度升高;在激光照射结束以后,粒径越大,单位光照表面下的传热体积也越大,这导致大粒径颗粒的温度、熔化程度较低,底部温度下降速度更快。     

翅片管外相变材料熔化过程的数值模拟

相变材料的低导热性阻碍了相变蓄热设备的传热过程.采用翅片管是目前提升相变蓄热器传热速率的主要方法.使用Fluent软件中的Solidification/Melting模型对翅片管外相变材料熔化过程进行数值模拟,得到固-液相界面随时间的变化.通过改变翅片的厚度、翅片间距等参数,分析了不同的翅片参数对熔化时间的影响.结果表明:翅片的导热系数对蓄热时间影响较小;在一定范围内增加翅片的厚度可以强化相变储热过程,之后继续加厚翅片对蓄热时间影响不大;翅片间距对蓄热时间影响显著,缩小间距能大幅度缩短蓄热时间.     

碳纳米复合相变材料熔化传热的理论分析

针对传统相变材料导热系数低的缺点,将高导热碳纳米材料添加到相变材料基体中可强化其相变传热.对碳纳米复合相变材料熔化传热过程进行理论分析,研究碳纳米材料导热系数、添加体积比以及材料形状对熔化传热的影响.研究表明:提高碳纳米材料的添加体积比,相变材料熔化速度随之增大;碳纳米材料的形状对复合相变材料熔化传热性能有显著影响;在高导热系数范围内,碳纳米材料导热系数变化对复合相变材料熔化传热性能的提升影响甚微.     

自然对流对方腔内相变石蜡熔化蓄热的影响

相对于传统材料,基于潜热储能的相变材料具有更高的储热效率。为了研究方腔内相变材料的蓄热机理,基于Boussinesq假设修正满足于相变过程的动量方程,并建立底边加热下相变材料熔化蓄热的流-固-热三场耦合计算模型。采用有机相变石蜡材料,开展底部恒定温度下的石蜡熔化蓄热试验,验证计算模型的正确性。结果表明,整个相变石蜡熔化过程是由热传导和自然对流传热两者共同主导的。在熔化初期,熔化前缘基本与加热面平行,热量传输主要由热传导提供。当液相层厚度大于2mm后,自然对流传热效应逐渐被激活,加速熔化速率,并形成不规则的融化前缘。根据熔化前缘与液相流动特征,可将整个熔化过程分为热传导、稳定增长、过渡及紊流四个阶段。此外,液相自然对流传热对相变石蜡的熔化蓄热效率提升存在显著的尺寸效应,并随方腔尺寸增加而加剧。当方腔尺寸小于2mm时,自然对流的提升效率不足1%,此时可忽略不计。     

固态相变材料的运动对熔化传热的影响

在熔化过程中,由于相变材料的固、液密度不同,引起未熔化的固态相变材料下沉或上浮.固态相变材料的运动对熔化传热过程有着重要影响.利用润滑近似理论,推导出了未熔化的相变材料的运动速度的计算式,分析了相变材料的运动对熔化传热的影响,并与自然对流对熔化传热的影响作了比较.     

卸载熔化状态铁/蓝宝石界面温度测量及其相变动力学研究

本文主要是研究金属铁经历冲击-卸载到熔化压力区,其内部发生熔化相变时,铁/蓝宝石界面的辐亮度和温度随时间演化特性,发现辐亮度随时间持续增强而界面却经历了一个慢降温过程,该特征与无相变或瞬时相变的热传导模型结论不一致,即无熔化相变或瞬时相变时,界面温度是一个稳定值.本文结合熔化相变动力学模型与热传导方程对实验现象给出一种理论解释.模型计算所给出的温度历史与观测结果一致,由此可以校对其它测量或者计算熔化温度的方法和模型计算的结果,并能够初步限定出该压力下铁的熔化成核速率和径向长大速率.     

微波照射下岩石损伤细观模拟分析

为了研究微波照射下岩石内部的损伤过程,以岩石颗粒为研究对象,岩石颗粒由吸波的黄铁矿和透波的方解石所组成,大小为1 mm×1 mm,采用有限差分法对微波照射下岩石颗粒的屈服分布及演化进行计算分析,计算考虑了微波照射时间和黄铁矿晶体大小的影响。研究结果表明:在微波照射下,岩石颗粒既有拉伸屈服也有剪切屈服,在照射过程中,岩石颗粒的屈服面积不超过总面积的5%,但随着照射时间的增长,可在岩石颗粒内部形成贯通的发散状屈服带,这将大幅的降低岩石颗粒的强度;在相同条件下,黄铁矿晶体的大小决定了岩石颗粒的屈服类型,晶体小以剪切屈服为主,晶体大的以拉伸屈服为主,晶体大的颗粒更易形成贯通的沿晶屈服带。     

固定/鼓泡床中煤沥青球升温过程的CFD-DEM模拟

为掌握煤沥青球在不同床型结构下的升温规律,采用三维CFD-DEM耦合传热的数值模拟方法,对实验室尺度固定床和鼓泡床内的煤沥青球升温过程展开研究,获得了不同流型(固定床/鼓泡床)、高径比、厚宽比下床层内的气固流动及传热结构、气固对流传热强度、床层升温速率及温度均匀性信息.结果表明,相较于固定床,使用鼓泡床能够有效避免局部高温区域的形成;当床层高径比提升至0.95以上时,对鼓泡床温升的影响较小;跟踪颗粒在床层上方受到空气冷却的时间随高径比的增加而增加,从而导致其出现更大的温降;壁面效应随宽厚比的增加而逐渐减弱,气泡上升速度、颗粒动能均有所增加,使得床层颗粒的内循环速率加快,床层底部气固温差增大,床层颗粒升温速率提升约24.2%.     

伴随相变的不互溶二元液体混合物的传热 (二)流动传热实验研究

本文以环已烷为分散相、水为连续相进行了不互溶二元液体混合物的流动传热实验:分析了传热机理;关联了实验数据。对于伴随相变化的不互溶二元液体混合物的流动传热过程。从传热机理上可将其分为四个不同的传热区域。即:液—液、汽—液—液、无相变汽—液和汽—液沸腾四个区域。在汽—液—液区域内,分散相液滴的相变化仅仅起到对连续相加剧湍动的作用,而相变化本身对多相流与壁面的传热无影响.在对单一液滴在另一与之不互溶的连续相中的流体力学及相变过程研究的基础上,本文着重对汽—液—液和无相变汽—液区域内的传热系数进行了无因次数群关联.经验关联式的计算值能够与实验值较好地吻合。     

冰蓄冷技术相关固液相变传热现象的研究进展

列举了与常规冰蓄冷技术相关的传热问题，综述了冰－水固液相变导热控制、导热对流耦合控制下圆管外和球内固液相变传热现象的研究进展情况，以及在冰－水固液相交换热实验研究中所采用的实验方法．     

淬火过程液固耦合传热与汽液两相流动数值研究

对淬火过程中流固耦合传热与汽液两相流动计算进行了研究，从两相流动与沸腾换热基础理论出发，推导出金属块淬火过程中温度场分布的流固耦合求解控制方程和计算方法．淬火过程产生大量气泡，局部蒸汽含量很高，因此计算过程将气液均视为连续介质，利用双流体模型进行计算．与传统的反传热问题计算方法相比，本文方法过程简单，通用性强，更适用于工程设计与应用．计算过程利用了Bromley和Rohsenow的换热关联式分别模拟膜态沸腾和核态沸腾传热，计算结果与文献中数据变化趋势基本一致，表明计算方法基本把握了淬火过程中传热传质现象本质．     

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。     

直接接触固液相变制冰及冰蓄冷系统的研究进展

综述了直接接触固液相变制冰、强化制冰的方法及冰蓄冷系统的研究进展，考虑到目前对蓄冰技术相关的固液相变传热问题的研究与发展现状，提出了一些有待研究解决的问题     

附加相变微胶囊多孔织物热湿传递模型研究

为了考察附加相变微胶囊对织物内热湿传递的影响,发展了一个新的含有相变材料的织物热湿耦合模型.模型考虑了相交区间对相变及传热过程的影响及加热/冷却率对相变材料特征温度和相变热的影响,同时也考虑到纤维对蒸气的吸附/解吸现象引起的热湿耦合作用.使用等效热容法对相变微胶囊的相变过程进行了模拟,并用控制体积法对方程进行了离散求解.计算结果与实验观测一致,表明该模型可以用来预测含有相变微胶囊织物内的热湿传递过程.     

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。