肿瘤热疗中探针加热下组织温度场演化规律的研究

研究了肿瘤热疗中实施组织温度场预示、优化加热及功率调节一体化的问题。基于新近建立的生物传热热波方程,采用双倒易边界元方法,对在一定加热方式下生物组织内的热量传递规律进行了考察。对传统Ｐｅｎｎｅｓ方程和生物传热热波方程的对比研究发现,在针对真实热疗过程中由于调节加热功率而导致的温度场演化进行模拟时,两类方程的预示结果存在明显差别,这提示了在预测和控制生物体内微小温度时所采用的精细模型应是理论基础更为严密的生物传热热波方程,且在瞬变加热作用下尤为关键。文章还研究了血液灌注率在组织温度场发生改变中的作用及其生理学意义。这些研究为建立实用的肿瘤热疗仪器打下了一定的基础。     

急速热冲击作用下实心球体的热弹性响应分析

基于线性热弹性理论,将修正的非傅立叶导热方程与热弹性运动方程联立,构建了急速热冲击作用下计及运动加速效应和非傅立叶效应的热弹性动力学模型.采用Laplace变换和有限汉克尔变换,推导了各向同性球形结构热弹性响应的解析解,通过计算得到了温度场、应力场的分布规律以及非傅立叶效应对热弹性响应的影响.结果表明:非傅立叶效应将加剧材料变形加速诱发的动态冲击作用,形成较常规传热更大的应力峰值,且随着热松弛时间的增大,非傅立叶效应对应力场的影响更为显著.     

皮肤传热的双相位滞后模型

为了研究皮肤组织传热过程中的非傅里叶特性,采用双相位滞后生物传热模型分析了皮肤组织的传热过程,对典型案例进行了详细分析,并与Penness模型、热波模型进行了比较.研究结果表明:Pennes模型、热渡模型与双相位滞后模型的生物传热预测结果存在很大差异;不同的双相位滞后模型给出了相似的结果;热松弛时间参数对温度和热损伤有较大影响.研究结果可望对医学中热问题的研究,尤其是临床皮肤热治疗方法的改进,起到积极的推动作用.     

脉冲热流冲击有限厚度材料双曲型热传导方程数值计算

针对快速热流加热的特点，考虑传热过程的非傅立叶效应；在脉冲热流加热条件下，采用双曲型方程和抛物型方程研究有限厚度材料内部的非稳态传热过程．数值计算结果表明，两种模型得到的内部温度场有诸多方面的不同．双曲方程的解表明：加热产生的独立运动热波使温度的变化具有波动性、延迟性，热波的叠加造成内部温度有可能超过边界温度；任意时刻热的传递方向处于复杂的境地。     

耦合多孔介质层的内产热腔体双扩散自然对流

为提升太阳池的蓄热能力和运行稳定性,需要充分了解盐梯度太阳池的热盐对流特性。本文采用格子Boltzmann方法模拟研究具有多孔介质层内产热腔体内的双扩散自然对流与熵产。探讨内产热系数、达西数、Soret与Dufour效应等影响因素作用下,腔体内热质传递过程与熵产的变化规律。结果表明：低达西数的多孔介质层有助于抑制腔体底面的传热传质效率,且盲目减小达西数的影响并不大,而内产热的增加会抑制腔体底面的传热传质效率。Soret效应有助于促进腔体内部的传质过程,而Dufour效应对传热过程有积极影响。低达西数的多孔介质层有助于抑制熵产的产生,而内产热强度对熵产有促进作用,且在高内产热强度的工况下,热不可逆性处于主导地位。Soret效应对熵产的作用不明显,而Dufour效应对熵产有促进作用,且在高Dufour效应作用下,热不可逆性在总熵产中占主导地位。     

热虹吸管相变传热行为CFD模拟

基于VOF模型和改进的相变模型对热虹吸管稳态相变传热过程进行CFD模拟,根据温度分布实验数据和可视化实验进行验证,并分析充液率对热管蒸发-冷凝传热行为的影响。研究结果表明:CFD模型能够较准确地描述热管工质的蒸发和冷凝过程,模拟得到热管各段均温的最大偏差为10.2 K,相对误差2.9%,采用改进的相变模型,温度分布模拟值与实验值一致性更好;模拟得到蒸发段工质流型转变过程与可视化实验定性相符;热管冷凝段以膜状冷凝传热为主,充液率的改变对其影响不大,充液率主要影响蒸发段的传热行为,进而影响热管的传热性能。该工作有助于对热管运行机理的理解,并为其CFD模拟提供指导。     

基于流变协同机制的粘弹性非牛顿流体耦合流动与传热问题研究

非牛顿流体在化工、食品、石油及生物工程等许多领域有广泛的应用。人们在非牛顿流体流变特性研究方面已经取得了很大进展,但是对于剪切流动过程中质能传递特性的研究仍然欠缺,多年来一直照搬牛顿流体情况来处理。事实上,在剪切流动中其热、质通过流体微团来输运,非牛顿流体的流变机制不同必然要影响到其质能传递特性的不同。作者基于多年非牛顿流体复杂流动与传热、传质的研究工作,提出非牛顿流体热质输运遵循流变协同机制,应该基于非牛顿流体的流变特性来构建其热质输运本构关系模型。该文以上随体导数Maxwell粘弹性非牛顿流体模型为例,考虑到Maxwell流体的松弛特性,引入Cattaneo-Christov热通量公式,原创性提出基于粘弹性流体流变协同的传热本构方程模型,并推导出基于该本构模型下的粘弹性流体边界层耦合流动与传热问题非线性偏微分方程组。引入适当相似变换及利用同伦分析方法求解得到了问题的近似解,并讨论了相关参数对于流动与传热的影响。     

球体内不定常作Fourier导热的一维代数显式解析解

对最常见的基本几何形状－球形颗粒的超急速非Ｆｏｕｒｉｅｒ导热给出了一套代数显式解件解。此外，根据所得到的解析解，初步给出了需要考虑非Ｆｏｕｒｉｅｒ导热热波效应的判据：当所研究的球体半径数量级小到与平均自由行程相近时，就应当考虑热波效应。此判据对微传热课题可能有重要参考价值。     

弹性体受热冲击作用的热力耦合特性分析

考虑快速加热过程中的延迟效应和耦合效应,基于广义热弹性理论,建立了热冲击下描述弹性体热力耦合特性的热弹性动力学模型.借助于Laplace变换,推导了热作用初期一维热弹性响应的瞬时解.通过对弹性体内各物理场的求解分析,给出了热弹性波在弹性体内部的传递规律,以及延迟效应和耦合效应对热弹性响应的影响.结果表明:在快速加热条件下,延迟效应的存在削弱了热冲击的作用效果,而耦合效应则在影响热弹性波在弹性体内传播的同时也在一定程度上减弱了延迟效应对热冲击的削弱效果.     

热惯性对热流冲击半无限体热应力波影响的研究

考虑超快速热流加热引起传热过程的非傅立叶效应，基于线性热弹性理论和表面热惯性特性，建立了带惯性热流加热条件的半无限体的动态温度场、热应力场方程组，用拉普拉斯变换法对方程组进行求解。结果表明，快速加热在半无限体内产生温度场和应力场，且热和应力呈波动输运机制，讨论了不同热惯性对半空间温度场和应力场的影响，比较弹性波波速与热波波速之比对动态热应力的影响。     

水平多孔窗内蒸发现象与制冷效应的二维数值模拟

从连续介质力学的观点出发,建立了描述非饱和多孔介质内部热质传递现象的二维稳态模型.并用此模型对水平多孔窗的传热传质过程进行了数值模拟,得到了不同运行工况下的床内各量的场分布及其蒸发制冷量分布,从而揭示了环境参数与多孔窗内部热质传递及其换热性能之间的内在联系.     

数字开关液压系统中流体惯性效应分析与实验

以数字开关液压系统中的流体惯性效应为研究对象,基于高速开关阀动力学模型与动态管路传输模型,结合管路中压力波传播特性,构建两位两通高速开关阀匹配惯性管的阀控缸液压系统分析模型,实现高速开关阀输出特性与惯性管内流体动态压力变化的实时耦合,分析了两者之间的耦合作用,并通过实验验证了流体惯性效应的存在.实验结果与分析模型Ⅱ(包含阀芯动力学模型与流体惯性效应)结果一致性较好,表明分析模型Ⅱ下的压力波传播过程可以表征惯性管内的流体惯性效应与寄生液感效应,高速开关阀的动态特性直接影响惯性管内压力波传播特性,可为数字开关惯性液压系统的设计提供依据.     

热冲击下平面薄板非傅里叶效应的解析分析

基于热质理论,研究了平面薄板在温度突变加热边界条件下的温度响应.在假设温度只沿薄板厚度方向变化的情况下,根据牛顿力学分析方法建立了表征薄板热量传递过程的热传导方程,并联合能量守恒方程得到薄板的热传导偏微分控制方程.借助Laplace正、逆变换技术,推导了薄板边界受均匀热冲击作用下温度响应的解析表达式.通过对温度场的解析求解,揭示了其内部热量的传播机制.结果表明:在热冲击作用下两边界产生的热扰动会激发2列热波以有限速度向薄板的中心传递,形成阶跃性的温度分布,且热波波速受特征时间和特征长度的影响呈动态分布;热波在传递过程中会发生反射、叠加等典型的波动特征,从而导致了板内部过热和过冷等非常规现象.     

垂直管内降膜吸收过程热—质传递数值计算问题的研究

通过对垂直管内降膜氨－水吸收过程中热－质传递现象的研究，阐述了非绝热吸收过程中传热和传质相互作用，相互影响的关系，建立了吸收过程热质传递的数学模型，并对垂直管内降膜氨－水吸收过程进行数值计算。其研究结果为降膜吸收器的设计提供一种新的、考虑到热－质传递的计算方法。     

冷冻干燥过程的计算模型及其应用

通过质量和能量衡算,建立了描述冷冻干燥过程的非稳态耦合热质传递动力学模型．计算模型可以从物理过程中区分升华干燥和解析干燥２ 个阶段,模型所需的输入参数较少,具有较大的灵活性．采用变时间步长和步进的算法求解数学模型,计算结果表明：干燥室压力的降低使升华干燥时间略有增加,却减少了解析干燥时间,有利于减少总干燥时间;尽管强化冻结层的传热可使升华干燥时间显著地减少,却增加了解析干燥时间,但总干燥时间并未由此明显减少．因而,增加冻结层的热通量对于总干燥时间的影响较小     

多孔介质微波冷冻干燥的升华－冷凝理论

本文分析了非饱和含湿多孔介质微波冷冻干燥的物理过程，提出了一个更适合于实际情况的升令冷凝物理模型，导出了相应的传热传质微分方程组，模型中考虑了升华冷凝区内由于蒸汽迁移造成的合湿量重新分布及其对热质传递的影响；对传递参数分析表明，Ｌｕｉｋｏｖ理论不适用于描述微波冻干过程。     

多孔介质微波冷冻干燥的升华—冷凝理论

本文分析了非饱和含湿多孔介质微波冷冻干燥的物理过程，提出了一个更适合于实际情况的升华－冷凝物理模型，导出了相应的传热传质微分方程组。模型中考虑了升华冷凝区内由于蒸汽迁移造成的含湿量重新分布及其对热质传递的影响。     

高焓可压缩流动热辐射颗粒两相流理论分析

从理论上推导了弥散热辐射颗粒与可压缩流动的耦合方程,发现弥散颗粒与携带流体的相间传热系数与马赫数平方成正比。极端高温下,弥散颗粒相与携带流体相的对流传热是单向的,即等温颗粒不断通过对流作用传热给流体,但对流作用无法冷却高温热辐射颗粒。通过考察均匀流中缩核效应对惯性颗粒动力学的影响,发现质量损失会诱导颗粒惯性参数发生变化,从而改变颗粒的非定常速度曲线。     

非傅里叶热传导效应的热波现象数值模拟研究

基于带有一个热松弛时间的非傅里叶热传导模型,研究了一维方向上热波传播问题的数值模拟分析。该文给出了物体受到瞬时降温或升温的CV热传导方程,借助有限差分方法对控制方程进行求解。计算得到了一维物体内热波传递的分布规律,从其分布图上可以看出,热量的传播是以波动形式进行传递的,且会存在波峰波谷现象。     

冰晶颗粒的浮升融化过程

为了更好地理解相变浆体的流动与热质传递过程,对冰晶颗粒在水中的浮升融化过程进行了数值计算研究.计算模型考虑了多种作用力下冰晶颗粒的自由浮升过程,并通过焓-多孔介质法对颗粒浮升中伴随的融化过程进行了描述.利用该模型研究了流体与颗粒的换热温差以及颗粒内部过冷对其非均匀浮升融化过程的影响,获得了颗粒浮升融化过程中的形态变化以及涉及到的流动与传热特性.计算结果表明,冰晶颗粒内部的过冷度对颗粒的融化有极大的阻碍作用.