反射式热红外光学系统无热化性能分析

热红外光学系统成像的研究是当代光学科学研究领域的重中之重,精密的光学系统是红外光束成像质量的重要保证。镜体热变形是影响光学天线系统传输质量的重要因素,该文利用ANSYS有限元分析软件仿真了镜体在热环境下的变形情况,同时分析了在热环境下,镜体热变形以及镜体材料折射率变化引起的镜体焦移变化,并对比分析了透射式热红外光学系统与反射式卡塞格伦天线的热红外光学系统在热环境下的焦移变化,得出了卡塞格伦光学天线系统的无热化性能。这些研究为热红外光学系统的精确设计奠定了理论基础。     

无热化星敏感器光学系统设计

依据热补偿理论,在基于热差互补原理的无热差光学系统材料选取方法的基础上进行了高精度星敏感器光学系统设计和无热化分析,系统工作波段0.5~0.8μm,F数为2,视场角为10°,温度范围-10℃~30℃,通过分析像面移动量、能量集中度曲线和各色传递函数曲线可以看出,光学系统在要求温度范围内性能稳定,基本可以实现无热化.     

温度对超导光子晶体带隙的影响研究

利用传输矩阵法研究了温度对一维超导光子晶体带隙的影响。计算中同时考虑到材料的热光效应和热膨胀效应。结果表明,低频带隙、第一带隙和第二带隙的带隙宽度均随着温度的升高而降低。各带隙边带随着温度的升高均向低频方向偏移,但各带隙的边带对温度变化的敏感程度各不相同。与不考虑热效应时的带隙情况相比较,考虑材料的热效应后,各带隙的边带均向低频方向偏移。进一步的研究表明,在所研究的温度变化范围内,热光效应对光子晶体带隙结构有较明显的影响,而热膨胀效应对光子晶体带隙的影响相对较小。     

利用双温模型理论分析飞秒激光烧蚀金过程

为了了解飞秒激光脉冲烧蚀金过程中的电子温度和晶格温度变化。利用显式有限差分法对飞秒激光脉冲烧蚀金的过程中电子和晶格的温度场进行一维数值计算。理论研究了不同激光脉宽和电声耦合系数对金属表层电子和晶格温度的影响,同时还研究了双脉冲激光烧蚀金过程中电子和晶格温度的变化。得出激光脉冲越短,加工热效应越小,多脉冲具有热累积效应。因此,为了实现飞秒激光冷加工,应该采用单个超短脉冲降低热效应。     

真空栅介质场效应晶体管自热效应模型

针对纳米尺度金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)热传输尺度效应对自热效应影响加剧的问题,提出一种考虑尺度影响的真空栅介质垂直堆叠硅纳米线(SiNWs)环栅场效应晶体管(GAA FET)自热效应模型。首先,分析硅薄膜与SiNWs内声子散射自由程之间的关系,量化用于衡量声子边界散射的SiNW热导率衰减因子;然后,根据国际上现阶段关于纳米硅薄膜热导率的解析模型,推导得到考虑尺度效应影响的SiNW热导率解析模型;最后,结合纳尺度器件热传输的关键路径,建立起考虑尺度影响的GAA SiNWs FET自热效应模型。在TCAD软件中采用所提自热效应模型实现了GAA SiNWs FET自热效应的数值计算。仿真结果表明:低热导率真空栅介质、垂直堆叠多热源与热传输尺度效应将导致真空栅介质GAA SiNWs FET热生成与扩散过程更加复杂,加剧器件自热效应;通过真空栅介质间隙与环绕气体压强之间的折中设计能够最大化栅极热传输能力,达到抑制器件自热效应以改善器件性能及其可靠性的目的;与传统自热效应模型估算的热点温度值相比,所提出的自热效应模型预测的真空栅器件内热点温度提高了30%,表明该自热效应模型能够有效的揭示GAA FET内SiNW热传输尺度效应对自热效应的影响机制。     

晶体半径对LD端面抽运圆柱形晶体热效应的影响

通过对LD端面抽运棒状Nd:YAG晶体的热效应进行理论分析,考虑晶体内部抽运光束分布及连续抽运过程中晶体周边与冷却液之间的对流传热,建立了更为合理的边界条件,得出更符合实际的晶体的温度分布场,计算了晶体半径以及晶体散热面积对热效应的影响.研究结果表明,减小晶体半径晶体中心与表面的温度差均减小,热焦距增大,晶体热效应降低;增大晶体散热面积虽然降低晶体内部温度场,但由于端面抽运的特点导致晶体中心附近温度变化率增加,反而使热焦距减小,加剧了晶体热效应.     

基于音速喷嘴固体内部温度分布的“热效应”分析

由于音速喷嘴自身特殊的结构,气体在喷嘴中膨胀降温,低温气体与喷嘴固体内部结构的传热过程一方面会使喷嘴固体内部结构产生热膨胀现象,另一方面会使热边界层发生变化,称之为音速喷嘴"热效应".作为"热效应"的基本特性,音速喷嘴固体内部温度分布特性值得深入研究.首先结合音速喷嘴固体内部瞬态温度分布测量传感器及克里金空间插值算法,获得了瞬态温度分布云图.实验结果表明,喷嘴固体内部温度轴向分布呈现两端高中间低特点,实验最大温降达14.2,℃.接着分析了"热效应"对流量计量的影响.一方面,从有限元分析角度研究了喷嘴固体内部结构约束膨胀对流动特性的影响,对于喉径为2.15,mm的喷嘴,将喷嘴固体内部结构约束膨胀简化为自由膨胀修正流出系数会引起较大误差.另一方面,根据热边界层理论修正式计算发现,当温降为10,℃、喉部雷诺数为1.0×103时,由热边界层变化引起的流出系数误差达到0.408%,.     

NdFeB永磁材料激光辐照效应研究

对NdFeB永磁材料经激光辐照的材料性能、组织结构的变化进行了实验研究和分析．结果表明,辐照区包括熔凝层和热影响区;激光辐照影响的主要因素是热效应和冲击力学效应。     

高功率双包层光纤激光器温度分布的数值分析

对高功率光纤激光器热效应问题进行了理论研究,在分析热效应产生原因的基础上,建立了一套双包层光纤激光器稳态温度分布模型,数值模拟了光纤轴向和径向的温度分布,得出了不同的光纤长度、截面半径和制冷条件下光纤端面中心温度随激光输出功率的变化关系.结果表明,单根光纤在输出千瓦级激光情况下对光纤端面附近区域沿轴向制冷将显著降低热效应的影响.     

航空碳纤维复材板电-磁-热多场联合仿真与分析

针对电磁涡流感应在实现碳纤维增强复合材料（CFRP）快速内部加热时内部多场问题尚缺少系统理论研究的情况,对航空碳纤维复材板进行了电-磁-热多场联合仿真与分析。首先,从CFRP的物理属性出发,分析其涡流热产生的物理原理;其次,设计不同叠层数目碳纤维复合材料,根据碳纤维复合板材电磁涡流形成规律,分析线圈输入功率/电压以及复材叠层数目对涡流热效应的影响;再次,使用电-磁-热联合多场有限元模型对感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布情况进行仿真分析;最后,通过实验验证有限元模型计算结果。结果表明,涡流效应中碳纤维板可以产生呈闭环的感应电流,感应电流在碳纤维复材板上呈中间低、四周高的分布状态;在25 V的固定输入电压下,单层碳纤维板的热升温效应最明显,稳定温度约为141.4 ℃;随着输入功率/电压提升,双层碳纤维复合板材涡流热效应随之增大,达到热稳定所需时间也同步增加。通过电-磁-热联合多场有限元模型和验证实验,研究感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布规律,对推动电磁涡流热效应在航空碳纤维复材感应焊接等领域的工程应用具有参考价值。     

基于现场数据热工对象建模的可辨识性

为克服现有机理建模和试验建模方法的不足,从基本建模理论出发,研究了利用现场数据对热工对象进行建模的问题。基于现场数据建模需要对热工过程输入信号的可激励性、控制系统闭环可辨识性、多变量系统输入信号的无关性等进行判断。结果表明:在较大的机组负荷波动过程中采集的运行数据能够满足输入信号的可激励性;热工过程的大滞后现象对保证热工控制系统的闭环可辨识性有利;含有噪声的实测信号能够保证多变量系统的可辨识性。在满足以上条件的情况下,可以基于现场数据对热工对象进行建模研究。     

考虑轴承热效应的转子非线性运动瞬态分析

研究了油膜热效应对滑动轴承非线性动力学特性的影响。给出了考虑油膜热效应的滑动轴承非线性油膜力的计算方法，用热量平衡法确定油膜平均温度，并把平均温度引入等温情况下的轴承非线性运动瞬态分析中，以实际轴承为例，对考虑热效应的转子－轴承系统的非线性不平衡响应进行了瞬态分析，得到了轴心运动轨迹，并与等温情况瞬态分析的计算结果进行了对比，通过一系列对比研究发现，轴承热效应对轴承的非线性动力学性能有重要影响，引入平均温度后可以减小不考虑热效应所引起的误差。     

引射式加热器替代低压回热系统等效焓降分析

火电机组低压回热系统中的面式加热器普遍存在较大损。应用等效焓降方法,深入分析采用引射式加热器替代面式低压加热器下机组热经济性的变化,并得到各个变化因素的数学计算式。在此基础上,对N600-165/535/535型机组低压回热系统进行实例计算,并与常规热平衡法计算进行了比较,结果表明：引射式加热器替代面式低压加热器,可以有效减小损,替代全部四级面式低压加热器,可使机组经济性提升最大,达0.263%;文中分析推导得出的计算表达式可用于机组热经济性分析计算。     

石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法研究了石墨烯纳米带的热导率随温度变化的关系.通过在纳米带长度方向上施加周期性边界条件,利用Tersoff作用势和Fourier定律计算热导率.由于模拟尺寸较小时热导率随纳米带长度的增加而单调增加,为了减小长度对石墨烯纳米带热导率的影响,采用倒数拟合的方法消除了尺寸效应.模拟结果表明,石墨烯纳米带热导率随温度升高逐渐减小,这与高温下Umklapp散射作用的增强有关.结果还表明,在实际宽度近似相等的条件下,锯齿形纳米带的热导率明显高于扶手椅形,且对相同类型的纳米带,其热导率随宽度的增加而增加,表明纳米带的手性和宽度是影响石墨烯纳米带导热性能的重要参数.     

低温诱导轮空化特性数值计算研究

为研究低温诱导轮的空化性能,对液氮诱导轮空化流动进行了数值计算研究.数值计算采用了考虑旋转修正的FBM湍流模型和考虑热力学修正的Singhal空化模型.数值结果与实验进行对比,验证了数值计算方法的准确性.结果表明,随着空化数的降低,诱导轮空化分为无空化、间隙空化以及回流涡空化三个典型阶段.在研究选取的温度区间内（77.5 K≤T≤83 K）,诱导轮不同空化阶段的分界点几乎不随温度变化.随着液氮温度的升高,诱导轮内部空穴体积呈现先增后减的趋势.对诱导轮空化热力学效应进行分析表明,当液氮温度较低时,热力学效应不显著,韦伯数主导着空化的发展;当液氮温度较高时,热力学效应增强,从而抑制了诱导轮内部空化的发展.      

谱配置法研究导热系数为温度函数的对流-辐射肋片的效率

提出采用谱配置法求解导热系数随温度变化的对流-辐射肋片中的温度分布。在求解过程中,空间微分项采用Chebyshev多项式展开,空间上的温度分布采用谱配置法离散,将原本复杂的微分形式的能量守恒方程转化为矩阵形式的代数方程。能量守恒方程中存在两个非线性项,一项是由导热系数随温度变化而产生的,另一项是由肋片表面热辐射产生的;采用一种局部线性化的方法来降低能量守恒方程的非线性。谱配置法具有指数收敛速度,对于当前算例即使采用很小的计算节点也能获得较好的计算精度,通过谱配置法的计算结果与文献中结果相比较,发现谱配置法求解导热系数随温度变化的对流-辐射肋片问题是准确、有效的。最后,分析了一些量纲为1的参数,如导热系数变化率、对流-导热耦合参数、辐射-导热耦合参数对肋效率的影响规律。     

三点法无损测量生物活体组织热参数的分析

基于两点法测量原理,提出了一种通过三点测温无损确定柱状生物活体组织热参数的新方法,建立了该方法的理论模型,数值计算分析了导热系数、血液灌注率体积热容量等参数对温度变化的影响,以及这些热参数的灵敏度系数.研究结果表明,活体组织的上述热参数的灵敏度系数是线性无关的,可以通过所提出的三点法同时进行测量.     

套管式地埋管换热器设计计算方法

 以线热源理论为基础建立套管式地埋管换热器换热的简化模型,给出基于热响应试验的套管式换热器设计计算方法。以湖南省韶山市一实际工程为实例对钻孔现场进行测试,采用该方法可计算出其综合导热系数和钻孔内总热阻。同时对该工程的另一钻孔进行双U测试及计算,以此作对比分析。考察两组测试在综合导热系数、钻孔内总热阻、换热温差和换热量上的内在联系。计算结果和测试结果表明,该计算方法在套管式换热器设计上具有适用性,避开了钻孔内层层热阻的复杂计算,简化了计算过程,可为实际工程提供计算参考。     

用局部加热法测量不良导热材料的导热系数

本文讨论了局部加热法的原理和影响因素,介绍了小型导热仪的结构,给出了对几种不良导热材料的测试结果。试验表明,局部加热法设备简单,可对试件进行现场及非破坏性测量,测量结果与文献报导基本相符。     

曲轴箱压铸模温度场分析

该文主要阐述对曲轴箱压铸模进行温度场分析的重要意义，以及采用有限元法模拟压铸型的温度场，时间域内采用有限差分法模拟非稳定温度场的变化的方法。采用这种方法连续画出一系列平行截面的温度场图形，便可得知整个压铸模的温度场分布规律，设计模具时，便可根据温度场的分布规律合理地调整冷却通道的位置和数目，解决冷却系统的设计难题。