干旱区夏季晴空期超厚对流边界层发展的能量机制

在全球干旱区,因其特殊的气候环境背景,夏季晴天常常会出现其他地区少见的超厚对流大气边界层(superthick convective boundary layer, SCBL),这种特殊的边界层结构具有重要的天气气候意义,但目前对这种超厚对流边界层发展机制理解十分有限.这既制约了大气数值模式中针对这种超厚对流边界层的参数化改进,也限制了超厚对流边界层与天气气候背景相互作用的科学认识.通过选取我国西北干旱区敦煌荒漠戈壁为代表性研究区,利用以往在该区域开展的陆-气相互作用观测试验资料及长期业务探空观测资料,从大气边界层发展的能量机制出发,对该地区出现的超厚对流边界层的发展过程进行分析.分析表明:从日际尺度看在持续晴空期即使在白天地表感热通量日积分值不变甚至减弱的情况下,大气对流边界层(convective boundary layer, CBL)的日最大厚度仍然表现为逐日持续增高的特点,且地表感热提供的能量无法平衡对流边界层发展所需要吸收的能量.主要原因是深厚的近中性残余层(residual layer, RL)在对流边界层发展过程中发挥了重要作用,通过夹卷过程从残余层进入对流边界层的夹卷能量是对流边界层逐日持续发展的关键能量补充.在夏季连续晴空期,对流边界层与残余层之间会形成逐日循环增长机制,使干旱区夏季发展出超厚对流大气边界层.     

蒸汽-兰炭传热及余热回收特性

为了提高兰炭余热回收效率,建立了蒸汽-兰炭三维非稳态传热模型,对单颗粒传热机理进行了分析,并研究了兰炭粒径、料层厚度和蒸汽流量对蒸汽-兰炭传热及余热回收特性的影响。通过搭建蒸汽-兰炭换热实验台对所建传热模型进行验证,计算结果与实验结果具有良好的一致性。结果表明:对于单颗粒传热,中层颗粒和顶层颗粒热流量均是随着换热时间先增加后减小,具有相似的变化规律,而底层颗粒热流量的变化规律不同于中层颗粒和顶层颗粒热流量的变化规律,底层颗粒热流量是随着换热时间逐渐减小最后趋于0。蒸汽-兰炭换热初期热交换剧烈,料床整体平均温度下降较快,热回收量显著增加。热回收量随着兰炭粒径的增大逐渐减小,随着料层厚度的增加几乎呈线性增加,随着蒸汽流量的增大先逐渐增大后趋于稳定,在保证余热回收量最大的情况下蒸汽的最佳流量为9.0 kg/h。     

液黏离合器摩擦副对流换热系数数值模拟研究

为了预测液黏离合器的温度场分布及热负荷特性，通过数值模拟研究求得摩擦副散热面的对流换热系数。应用计算流体动力学软件CFX建立了摩擦副流固耦合有限元模型，获得了摩擦副的温度场分布，综合考虑换热表面形状、摩擦片转速、油液流速和入口压力、流体物理性质等因素，揭示了各因素与对流换热系数之间的内在联系。结果表明：摩擦副温度从内径到外径逐渐升高，菱形区域中心温度比四周高。摩擦片转速越大对流换热系数越大；油液黏度越小，入口压力越大，对流换热系数越大。可见，油液流速对换热系数的影响最为显著；摩擦片转速、油液的入口压力和黏度会改变流速及流体的运动状态，从而影响对流换热系数。     

基于生物质气化湿式净化装置防冻技术模拟研究

提出一种利用生物质气化装置加热空气对净化间采暖的方法,按传热学基本理论进行建模,推导出计算盘管出口空气温度的线性方程及计算采暖后净化间温度的非线性方程.以某生物质气化站数据为例计算盘管内径为0.08,0.10,0.12 m时满足采暖要求所需盘管长度及风速,验证了该方法的可行性.利用软件Origin对计算得出的净化间温度值进行线性拟合,求出了净化间温度与风速之间的对数函数关系式.确定了风速的设定范围,并对比了采暖能耗与采暖产热量.相比于传统的电暖气,可降低能耗95%以上.     

求解对流扩散方程的紧致二级四阶Runge-Kutta差分格式

将指数变换u(x,t)=p(x,t)exp(k2εx)应用于一维对流扩散方程,对空间变量x应用紧致差分格式,时间变量t采用二级四阶Runge-Kutta方法,提出了精度为o(τ4+h4)的绝对稳定的差分格式,讨论了稳定性.最后通过数值算例说明该格式的有效性.     

自保温石膏基砌块传热模拟及结构优化

针对自保温石膏基砌块的热工性能,利用有限元分析软件ANSYS二维数值模拟砌块的传热过程,进行热流密度场分析并计算其传热系数,进一步探讨肋的结构形式及空气间层分布对砌块传热的影响从而对砌块结构形式进行优化。采用防护热箱法对优化后的砌块模型进行实验研究检测其传热系数,并利用加水平和竖向灰缝的三维模型模拟真实实验环境下砌块的传热过程。研究结果表明:薄空气间层与发泡石膏填充材料相结合的石膏基砌块为优化后的砌块结构形式。三维数值模拟结果与实验检测结果较吻合。     

一款可冷热变换的模块化多功能垫的研制与应用

利用热电元件,研制了一款具有温度可调节以及模块化可拼接的多功能垫。在研制过程中,结合热场模拟仿真分析,从隔热、导热、散热等方面进行材料选取和结构设计,实现了控温功能;结合实际使用情景,对模块间的机械和电路连接进行设计,实现了模块化拼接功能。运用3D打印技术完成了该坐垫的整体设计和样品制作,并测量了温度随工作电流电压以及时间的变化关系,结果表明该坐垫具备良好的使用特性。     

圆形LED散热器散热特性的对比研究

发光二极管(LED)以其耗电量少、节能、环保、发光效率高、低成本等优势成为了第四代照明器件.本文提出了3种新型的LED圆形散热器:翅片外置型、翅片内置型、圆筒带孔型,并对3种散热器热性能进行了仿真对比研究.结果表明,翅片的分布对散热器的散热影响很大.同等输入功率下,圆筒带孔型散热器的散热性能最优,其次是翅片内置型散热器,最后是翅片外置型散热器.圆筒带孔型散热器散热性能在翅片外置型散热器的基础上最高可提升22.00%,其散热性能得到提升的同时,自身重量也降低了12.98%.其次对翅片内置型散热器的局部受热进行了分析,结果表明局部受热的位置对散热器的热性能有明显的影响.     

副热带高压控制下三清山两次局地对流的分析

副热带高压内部通常是晴朗多云的天气,但在特殊地形或天气条件下局部也会出现降水。本文分析了2017年两次副高控制下的三清山局地对流,结果发现,局地对流发生前,中低层水汽和不稳定能量已经较强,在三清山特殊地形的热力和抬升作用后发展迅速,形成较明显的短时降水。从雷达回波可以发现,雷达回波形状与三清山地形完全相符,而且发展迅速,回波强度大,造成短时较强降水。     

污染土壤高压旋喷修复药剂迁移透明土试验及数值模拟

高压旋喷技术近几年开始应用于污染土壤修复,对所注入药剂的迁移扩散规律尚不明确,导致工程实践中缺乏可靠依据,同时为克服常规试验测试手段的不足,使用透明土材料开展了污染土修复药剂迁移的室内试验和数值模拟。在考虑分子扩散、机械弥散、对流等耦合情况下,建立了探究药剂在土壤中迁移特性的对流-弥散模型。研究结果表明:透明土试验技术能够直观地显示药剂迁移过程,可以应用于污染土修复药剂迁移特性的研究。在不同土壤压力条件下,存在最佳泥饼高度;相同土壤压力,泥饼高度越高,同一位置处浓度最大值越小;泥饼高度的选取关系到高压旋喷参数的设定,对修复效果及效率有重要影响。药剂的迁移以竖向迁移为主,水平向迁移不明显,因此为保证药剂以较高的浓度迁移至泥饼边缘,应使药剂在泥饼间隙水平方向上分布有较高且均匀的初始浓度。