Analysis of contact melting around a horizontal elliptical cylinder heat source

The process of AT-driven contact melting of the solid phase change material （PCM） around a horizontal elliptical cylinder heat source is analyzed. Aiming at the problem existed in the published literature, namely the thickness of boundary layer tends to be infinite at φ = 90°, and considering the difference of normal angle between the horizontal elliptical cylinder surface and the solid-liquid interface of PCM, a new mathematic model is proposed, and the fundamental equations for the melting process are derived with the film theory. The new pressure distribution inside the boundary layer, the variation law of normal angle of the solid-liquid interface, the thickness of the boundary layer and the relationship between the melting velocity and resultant force are obtained. The solutions of the fundamental equations under different elliptical compression coefficients are analyzed and discussed. It is found that the thickness of the boundary layer obtained by the new model is a finite value and accords with the experimental result at φ = 90°.     

围绕水平椭圆柱热源接触熔化的分析

对水平椭圆柱热源依靠其自身重量在相变材料中接触熔化过程进行了研究．根据椭圆作图法则，将其分段圆弧化后，利用Ｎｕｓｓｅｌｔ液膜理论，对接触熔化区的液体传热与运动进行了分析．求得无量纲的热源运动速度与熔化的液体体积，并讨论了椭圆压缩系数对它们的影响．所得结果包含了圆柱热源时的结论．     

绕流椭圆柱管束的流动与传热特性

椭圆柱管束换热器在工业领域中得到广泛的应用。本文采用一种简单合理的自由表面模型深入研究了流体绕流椭圆柱管束的流动与传热问题。通过适体坐标转换方法在非规则流道截面上求解出动量与热量传递控制方程,获得了等壁温条件下的流道内的阻力系数和努塞尔数等准则数,并且和文献值进行了对比。文献值和模拟值之间的最大绝对误差小于3.5%,表明所建立的数学模型是正确的。利用所建立的数学模型分析了流动方向、椭圆柱横截面形状、管束结构参数以及壁面边界条件 对绕流椭圆柱管束的流动与传热特性的影响。获得了等壁温和等热流密度条件下的阻力系数和平均努塞尔数。这些准则数为椭圆柱管束的设计和优化提供理论指导。     

相变材料在有限长矩形腔内接触熔化的分析

对水平矩形腔内相变材料的接触熔化过程进行了研究．矩形腔的长度可以小于、大于宽度,且在底面保持恒温对相变材料加热．通过边界层理论分析,求得了传热过程的熔化规律与液体边界层厚度,并与实验数据进行了比较,讨论了矩形长度对它们的影响,给出有益的结论．     

轴对称椭球体移动过程的接触熔化研究

研究了相变材料围绕移动的轴对称椭球体热源的接触熔化。得到熔化速度、熔化体积与热源表面温度的分析解。讨论了椭圆压缩比对这些特征参数的影响，并与相同体积的球体热源的接触熔化过程进行了比较，得到一些有益的结果。当压缩比为１时，有关结果将适用于圆球。     

相变材料接触熔化的研究现状与发展

研究固液相变过程的传热特性与机理,是当前传热传质学的重要课题之一,而相变材料的接触熔化问题有其自身的特殊性和复杂性．文中回顾了近１８年来有关加热体与固体相变材料表面间接触熔化的研究,对这一领域的研究发展状况作一述评,并简要介绍作者最近取得的一些成果．内容包括各种形式的接触熔化,可归纳为：在接触形状上可以有凹、凸与平的面,而接触的周长可以是矩形、圆形、椭圆形、抛物线形与弧形曲线;相对运动的类型有固体相变材料在加热容器内熔化,加热体通过熔化固体介质的运动,滑动接触与滚、转动接触;引起接触熔化的原因有温差、压力差、摩擦与粘性热．     

Unified analysis of pressure melting of ice around horizontal columns

The contact melting processes of ice, caused by pressure under the two-dimension axisymmetric horizontal columns, are generally studied. The unified mathematical expressions of the characteristic parameters for the pressure contact melting processes are obtained. Applying these expressions to the analysis of the pressure contact melting of ice around the horizontal cylinder, elliptical cylinder and flat plate, the related results in the published literatures are obtained, which prove the correctness and validity of the expressions. In addition, the expressions for the pressure contact melting of ice around the wedge-shaped object are also derived.     

Unified analysis of pressure melting of ice around horizontal columns

The contact melting processes of ice, caused by pressure under the two-dimension axisymmetric horizontal columns, are generally studied. The unified mathematical expressions of the characteristic parameters for the pressure contact melting processes are obtained. Applying these expressions to the analysis of the pressure contact melting of ice around the horizontal cylinder, elliptical cylinder and flat plate, the related results in the published literatures are obtained, which prove the correctness and validity of the expressions. In addition, the expressions for the pressure contact melting of ice around the wedge-shaped object are also derived.     

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。     

椭圆柱绕流的理论研究

现有的椭圆柱绕流理论给出了椭圆柱周边流场分布示意图,但流场分布图的数学分析计算过程并不完善,给进一步研究椭圆柱绕流问题增加了难度。首先利用保角变换的方法求得攻角为零时的椭圆柱绕流复势,然后利用复变函数理论将椭圆柱绕流复势分离,得到了椭圆柱绕流的势函数和流函数,随后利用MATLAB软件绘制出了流线和等势线分布图,进而基于求得的绕流势函数和流函数,应用理想流体力学相关理论,讨论了椭圆柱面的流体压力分布规律。     

线性温变和点热源作用下椭圆夹杂问题中的温度函数

探讨了如何求解线性温变和点热源作用下椭圆夹杂问题的温度函数．通过将复变函数的分区全纯函数理论、Eauchy型积分和Riemann边值问题相结合,求得各分区之间的解析关系,获得了问题的温度场．     

圆筒壁和球壁中固液相变强化传热机理分析

为研究固液相变强化传热机理,通过有内热源的稳态导热与固液相变传热之间的比较,对一维圆筒壁和球壁在等温(第一类)边界条件下的导热问题进行了理论分析。揭示了该种情况下固液相变强化传热的机理,推导出以无内热源稳态和瞬态传热速率为基准的相变界面换热强化度的解析表达式。结果表明,当几何尺寸给定时,影响相变界面换热强化度的因素有:相变材料的导热系数、定压比热容、融解热、密度、以及相变温度与接触表面的温度差;且Stefan数及Fourier数越小,相变界面强化传热的程度就越大。     

水平同心圆筒形结构SF_6气体夹层热传递性能的计算分析验证

本文通过对水平同心圆筒SF(?)央层热传递性能的计算分析和验证,推存一个比较可行的计算SF(?)绝缘电缆、输电线、单支母线绝缘层热传递性能的公式.     

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     

热渗耦合的井抽灌系统对地温场的影响

针对水源热泵抽灌对地温场的影响,运用Comsol Multiphysics多物理场全耦合软件建立热渗耦合的数值计算三维模型。对比分析不同回灌量下地温场分布云图和不同回灌量下地温场的分布规律,得出单井回灌量越大热影响半径越大、同时热峰面向抽水井方向运移速度越快,达到热贯通时间越短;前期系统运行回灌井附近区域温度变化明显,后期系统运行对回灌井周边较远区域温度变化较影响明显;不同位置热运移规律均与渗流速度相关,影响半径基本与渗流速度呈正比。     

有限厚度的无限大板熔融问题

采用近似分析方法对熔融物完全排除的有限厚度的无限大板熔融问题进行了较为细致的探讨。针对具有恒热流边界的情况,得出了熔融位置随时间变化的无量纲关系式,并讨论了不同边界条件、初始条件及不同斯蒂芬数(Ste)对熔融曲线的影响。     

零重力场中平行通道热管启动融化特性的地面实验

本文根据物理过程与数值计算结果的分析，探索微零重力场中平行通道热管启动融化特性在地面实验的方法，即将三维问题合理地分解成二个二维平面的融化过程进行实验，原理性的实验表明，这种方法可在重力场中测试观察无重力影响时的融化过程，实验结果与数值计算很好吻合一致．本方法可望用以研究这种平行通道热管在航空飞行中启动融化的特性，因而具有其重要意义。     

温度与载荷对GH4169/5CrMnMo界面接触换热的影响

基于传热学基本原理建立合理简化的热接触模犁.应用稳态法,通过自制的实验设备埘GH4169高温合金与5CrMnMo模具钢的界面接触换热系数进行测量.根据实验数据归纳出接触换热系数的经验计算关系式,比较计算结果和实验结果.研究结果表明:接触界面温度变化范围为240-560℃,接触载荷能够达到15.68 MPa;接触换热系数随界面温度和接触载荷的增加呈现增大趋势,但在320℃和470℃附近出现换热系数的极小值,温度与载荷的作用是通过改变材料热物性及力学性能间接实现的;经验计算关系式满足幂律关系,引入修正系数a和δ后,能够合理地预测接触换热系数,计算结果与实验结果较吻合.     

长圆筒壁热学传递函数建模研究

在线性导热系统动态特性的理论研究中引入传递函数概念,提出了长圆筒壁热学传递函数的理论计算方法.用热学传递函数分析了长圆筒壁的导热动态特性.发现长圆筒壁热学传递函数可以全面描述圆筒壁的动态导热特性,为对传热问题的分析提供了方便.     

水平旋转圆筒表面对流传热和传质实验

采用微热偶式测温和测湿技术,分别对大直径水平旋转圆筒表面对流传热和传质特性进行了对比实验研究.实验数据验证了在圆筒表面对流传热和传质之间存在着良好的可类比性,即旋转对圆筒表面对流传热边界层温度场分布和局部努塞尔数的影响规律与旋转对传质边界层浓度场分布和局部舍伍得数的影响规律相似,但顺向侧和逆向侧之间存在着明显的差异;旋转对圆筒表面平均传热努塞尔数数和平均传质舍伍得数的影响规律也相似,都存在临界雷诺数.当旋转雷诺数小于或等于临界雷诺数时,平均努塞尔数和平均舍伍得数随旋转雷诺数的变化基本保持不变;当旋转雷诺数大于临界雷诺数时,平均努塞尔数和平均舍伍得数随旋转雷诺数的增大而增大.实验中还发现,由于传热和传质的边界层条件不同,热质交换共存时的临界雷诺数小于纯对流传热时的临界雷诺数.