热冲击作用下花岗岩温度场分布规律数值模拟研究

基于传热学原理,以常温水、液态二氧化碳和液氮为工质,应用先进的多物理场仿真软件Comsol Multiphysics 5.3a对不同温度下的花岗岩进行了热冲击模拟实验,且在相同条件下进行了花岗岩热冲击实验。模拟结果表明:热冲击作用下花岗岩温度场以波的形式传播,工质接触的面积越大,温度场传播速度越快;热平衡时间随着工质温度的降低而延长,且在花岗岩初始温度400～500℃之间存在一个可能使岩石发生相态转变的温度阈值;热冲击速度随着初始温度的升高而增大,温度梯度随时间增加而先增大后减小,温度梯度越大,热冲击作用越强烈,岩石中热量损失越大;热冲击温度变化曲线可分为温度加速变化、温度减速变化和温度稳定三个阶段。实验结果表明,数值模拟对物理试验起到了补充作用。     

高温环境下热防护服的温度分布研究

针对高温环境下热防护服的温度分布及各层厚度优化问题,利用热传导规律及逐步优化方法,建立了多层介质中的一维热传递模型和优化搜索模型。首先,根据防护服不同层前后分界面的温度连续性和热传递速率相等的特点,结合一维热传导方程,建立了各层介质中热传递的偏微分方程以及相应的初始条件和边界条件。为了确定所建模型的参数,该文建立了逐步优化模型,采用变步长搜索算法进行搜索。然后应用基于C-N格式的有限差分法对定解问题模型进行数值求解,得到从衣服外层一点到人体皮肤的温度分布。为确定满足温度条件的各防护层的厚度,该文建立了基于防护层厚度的优化模型,并应用变步长搜索算法进行求解,得到最优厚度值。最后对模型进行灵敏度分析,验证了模型的稳定性及可行性。     

日光温室中土壤—空气换热器作用下热湿环境的研究

土壤-空气换热器对日光温室内空气温湿度调节具有良好的效果。为了研究日光温室中土壤-空气换热器作用下日光温室内热湿分布特性,建立了土壤-空气换热器作用下日光温室热湿环境数值模拟模型。该模型基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,利用FLUENT15.0进行了稳态和非稳态的数值求解;采用组分运输模型和DO模型分别对湿度和太阳辐射进行了三维数值模拟。结果表明:模型能够对土壤-空气换热器作用下日光温室内热湿环境特性进行较准确的研究。在距日光温室地面0.5~2.5 m处,土壤-空气换热器对日光温室内空气温湿度处理具有良好的效果。     

日光温室中土壤-空气换热器作用下的热湿环境

土壤-空气换热器对日光温室内空气温湿度调节具有良好的效果。为了研究日光温室中土壤-空气换热器作用下日光温室内热湿分布特性,建立了土壤-空气换热器作用下日光温室热湿环境数值模拟模型。该模型基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,利用FLUENT15.0进行了稳态和非稳态的数值求解;采用组分运输模型和DO模型分别对湿度和太阳辐射进行了三维数值模拟。结果表明:模型能够对土壤-空气换热器作用下日光温室内热湿环境特性进行较准确的研究。在距日光温室地面0.5~2.5 m处,土壤-空气换热器对日光温室内空气温湿度处理具有良好的效果。     

高温天气人体室内热湿环境的舒适研究

为研究高温天气下不同年龄阶段人体室内热湿环境的舒适性,本文基于现场试验测量,选取20名老年人和10名大学生作为被试,测量高温天气时被试在室内环境的皮肤温度,同时进行主观问卷调查,分析环境参数对人体主客观参数的影响,对比老年人与青年人对环境参数的敏感性;采用线性拟合确定高温天气人体热湿感觉与主客观参数的关系,研究老年人与青年人对环境参数的可接受性。研究结果表明：老年人的热敏感性低于青年人,而湿敏感性高于青年人;老年人的热感觉和湿感觉对皮肤温度变化的反应均比青年人迟缓。老年人温湿度中性值和可接受值均高于青年人：老年人与青年人中性温度分别为29.5℃和27℃,可接受温度范围分别为28.5～30.4℃和26.3～27.9℃;中性相对湿度分别为62%和57%,可接受相对湿度范围分别为55～69%和48～66%。老年人与青年人的热中性皮肤温度分别为35.9℃和35.7℃,湿中性皮肤温度分别为35.6℃和36.0℃。本研究结果可为不同年龄层人群室内热湿环境营造提供理论依据。     

金属陶瓷在高温下的变形规律

论述隔热技术在军用装甲车辆上的应用意义,分析发动机燃烧室应用隔热技术存在的困难和关键问题. 采用类比实验的方法,应用金属半固态加工理论和材料属性的研究方法,通过对金属陶瓷(以TiC-Ni为例)进行热模拟实验,研究金属陶瓷在高温下的变形规律和性能,从而探索性地研究陶瓷在高温下的破坏机理. 实验和研究表明:基于经典弹塑性及蠕变理论的本构方程,非弹性应变在高温下其本质上是时间相关的. 非弹性变形是由一单一的机理控制,宜用统一的方法,即把塑性及蠕变相联系起来的弹粘塑性本构方程来处理. 根据热模拟实验数据,采用多元回归的方法拟合出反映某金属陶瓷在高温下变形性能的数学模型,最后应用数理统计的方法对建立的数学模型进行检验,结果表明建立的模型是合理的.     

水-热耦合作用下严寒地区高速铁路隧道温度场分布规律

为研究严寒地区高速铁路隧道修筑后,衬砌背后围岩冻结引发的隧道冻胀病害问题,以吉图珲客运专线榆树川隧道为例,综合考虑水分迁移和冰-水相变潜热对衬砌-围岩热传导的影响,建立了围岩冻结过程中的水-热耦合模型,结合现场实测大气温度,利用有限元法对榆树川隧道温度场进行了计算,得到了严寒地区隧道温度场的分布规律,确定了隧道发生冻结...     

热冲击作用下花岗岩渗透性演变规律试验研究

为研究高温花岗岩在热冲击作用下渗透性能变化规律,对不同温度花岗岩试件在空气中自然冷却、在水中(20℃,60℃,100℃)热冲击冷却等4种冷却条件下的渗透率变化规律进行分析,借助热冲击因子对不同冷却温度的热冲击破坏进行定量表征,研究结果表明:热冲击作用下试件渗透率增加幅度与岩石温度的升高呈指数关系;冷却介质与高温岩石之间的温差和对流换热系数共同影响热冲击过程中热量交换的速率,进而影响到热冲击破坏的结果;热冲击因子可以作为衡量热冲击破坏能力的物理量,热冲击破坏后花岗岩的渗透率随热冲击因子单调增加且存在阈值,超过阈值后试件渗透率随热冲击因子的增加而大幅度增加。     

急倾斜工作面采空区瓦斯分布规律的相似模拟研究

为了治理新疆苇湖梁煤矿急倾斜大段高综放工作面采空区的瓦斯隐患,在实验室依据几何相似准则,按1∶100比例制作了采场模型,并依据流动相似理论的欧拉相似准数来确定采空区回采工作面风量及工作面两端压差,实验中以高纯氮气作为指标性气体来模拟采空区的瓦斯随工作面变化的情况.针对回采作业的初采阶段、放顶煤阶段以及顶板垮落阶段采空区的空间形态,试验得到采空区内指标性气体在不同位置分布特征.据此分布特征规律,利用Fluent专业计算软件,模拟计算出矿井该回采工作面的瓦斯在采空区里流动分布情况,即在初采阶段采空区浓度为50%的瓦斯分布在工作面上部10m处,在放顶煤阶段这种高浓度瓦斯分布在工作面上部20 m处,而在顶板垮落时,由于漏风而使高浓度瓦斯分布分散化.本研究结果对于现场进行瓦斯防治,特别是进行采空区瓦斯抽采提供了参数依据.图5,表3,参8.     

日光温室南北向地表面热湿耦合传递规律的研究

为研究日光温室南北向地表面热湿耦合传递的规律,以一栋日光温室为试验平台,对南北向地表面温湿度场、地表面辐射强度以及近地空气温湿度进行了连续测试。结果表明:无论是夜间的冷凝过程还是白天的蒸发过程,温室中部地表面的温湿度变化梯度最大,换热量最大;白天8:00-18:00时间段内,地表水分发生蒸发现象,土壤含水率下降,夜间18:00-次日8:00时间段内,近地表空气发生冷凝现象,土壤含水率上升。     

基于ANSYS的高温下热电单偶的焦耳热分布特性研究

在高温工作条件下,热电器件由于内电阻的存在会产生较大的焦耳热,并对其热场特性产生显著影响.为准确描述高温工作条件下热电器件内部焦耳热的分布特性,以高温硅锗合金热电单偶为例,在考虑了热电单偶与导电铜片之间接触效应的基础上,通过ANSYS软件对硅锗合金热电单偶在高温工作条件下的传热过程进行有限元分析,获得了热电单偶的稳态温度分布曲线,并分析了等效计算中热源温度对焦耳热分布的影响.研究表明,由于焦耳热的影响,热电单偶内部温度由线性分布变为非线性分布;随热源温度的升高,反馈给热端的焦耳热占比不断减小,由冷端导出的焦耳热占比不断增大,直至焦耳热全部由冷端导出.     

高温高湿地区夏季室内热环境改善的实例研究

以１９９９年夏季在位于南宁地区的一栋实验太阳房所进行的热工测试为例,对比分析太阳房室内热环境,讨论隔热墙体,空气调节系统,屋面铁板辐射致冷等措施在高温高湿地区建筑室内热环境改善方面的可行性,表明实验太阳房夏季室内热环境有明显改善,但尚未达到舒适的温度。     

钢框架在高温作用下的温度场研究

以一平面钢框架为算例,选取钢框架某一房间为研究对象,利用通用有限元分析软件ANSYS研究其在标准升温曲线作用下的温度分布及温度随时间的发展变化过程。结果发现:梁与柱受到火作用的一面升温较快,而背火面即非受火面升温较慢;梁腹板温度最高,下翼缘次之,上翼缘温度最低;梁上翼缘、腹板与下翼缘的温度随时间逐渐升高,呈现升温速率初期较快而后逐渐放慢的特点,上翼缘、腹板、下翼缘的温度在735℃左右时升温速率又突然增大,然后又减少,可以为钢结构抗火设计提供参考。     

水压作用下硫酸盐在混凝土桩中的侵蚀分布规律

为模拟地下桩身混凝土硫酸盐侵蚀机理,考虑水压力对硫酸盐在混凝土桩中的侵蚀分布影响,基于达西定律,探讨渗流速度与水压力和时间的关系,建立了水压作用下的渗透深度计算模型.依据Fick第二定律,建立水压力作用下的硫酸盐在混凝土桩中的扩散侵蚀方程.采用分离变量、变量代换和积分变换得到对流侵蚀方程的解析解,以及水压影响范围外的扩散侵蚀方程解析解.同时,分析了水压力对渗透深度影响的敏感性,以及水压力、水灰比、渗透深度,裂缝宽度对桩中硫酸盐质量分数分布的影响.结果表明,随着水压力的增大,渗透深度显著增大;水压力作用下,混凝土桩中的硫酸盐质量分数分布明显高于无水压作用时的硫酸盐质量分数分布;水灰比、渗透深度、裂缝宽度对硫酸盐在混凝土桩中的质量分数分布影响显著.     

热湿环境下矿用空冷器气侧粉尘沉积规律实验

以深井热湿环境下矿用空冷器气侧粉尘沉积行为为研究对象,建立热湿环境下矿用空冷器气侧粉尘沉积模拟实验平台,采用实验方法研究热湿环境下不同大小粉尘颗粒在空冷器气侧壁面的沉积行为.结果表明：热湿环境下,粉尘颗粒更容易在前列沉积,随着平均粒径的增大,壁面的污垢层越厚,且沉积形态呈泥状;气侧粉尘沉积质量与进风含尘平均初始粒径的大小呈正比,与相对湿度呈反比,且粒径小于40μm的颗粒更容易沉积.研究对于深井热湿环境下空冷器气侧的结垢产生机制以及采取合理的防、除垢措施,保障良好的矿井降温效果和安全生产具有理论指导意义.     

热分层环境下船模尾流温度分布与扩展规律试验研究

通过对船模在水槽中稳定热分层环境下运动后留下的尾流中的温度测量及红外摄像,试验研究了双螺旋桨船模在二种速度运动下,螺旋桨相对向内旋转、向外旋转及螺旋桨不工作时,船模尾流中的温度分布与扩展规律.     

重庆市自然资源在改善室内热湿环境中的作用

通过对重庆市的太阳能、风力、水、土壤能量等可再生能源的统计整理,结合重庆的地理、气候特征,分析了重庆地区利用自然资源实现建筑室内热湿状况改善的潜力,结合建筑选址、建筑构造设计,根据计算模拟,简要分析了重庆地区充分利用自然资源改善室内热湿环境舒适性的技术手段和拟采用的建筑形式、系统形式以及选用原则,为真正意义上的节能建筑设计提供了一些参考.     

高温下混凝土热-湿-气-力学耦合行为数值模拟

随着混凝土,特别是高性能混凝土(HPC)的推广和应用,建立其在许多不同工程和自然条件下的模型,数值模拟其中发生和发展的物理-化学现象与耦合过程,具有重要科学意义和经济效益.将混凝土模型化为非饱和多孔多相系统,基于含有多相流体的变形多孔介质的质量、动量和能量守恒方程和已有的研究工作,采用有限元法数值模拟了高温下(低于孔隙水的临界温度647.3K)混凝土热-湿-气-力学耦合行为,分析了这一复杂过程中的控制机理.为进一步完善高温下混凝土多相全耦合数值模型打下较好的基础,为防火减灾工程设计提供一定的参考.     

实验分析12CrMoV高温合金在外拉伸力作用下的高温氧化规律

在大量实验的基础上,对12CrMoV合金钢在外加拉伸力时的高温氧化过程进行试验研究。比较分析了在相同温度条件下有外加拉伸力和没有外加拉伸力时的12CrMoV合金钢的高温氧化反应速率、高温氧化导致的裂纹、氧化层脱落,从而发现了外加拉伸作用力对12CrMoV合金钢高温氧化过程的影响规律。     

高温下砂岩稳态蠕变规律的实验研究

在阶梯加载条件下对紫篷山砂岩进行了高温单轴压缩蠕变实验,利用参数变动法对砂岩稳态蠕变律常数进行了测定,同时,也对砂岩的稳态蠕变阶段进行了初步的研究。实验过程及结果表明,在实验的温压范围,即σ=8.6~77.8 MPa,T=20~500℃下,砂岩稳态蠕变率在10-10~10-9s-1之间,其随着温度和应力的增大而增大。温度越高,压力越大,砂岩的蠕变就越早进入稳态蠕变阶段。对砂岩稳态蠕变律常数的测定结果表明,在实验的温压范围内,应力指数n值表现出两段直线关系:应力σ在8.6~25.9 MPa之间时,应力指数n值在0.26~0.43之间;应力σ在25.9~77.8 MPa之间时,应力指数n值在0.61~0.82之间。应力指数n值有随着σ值的增大而增大的趋势。蠕变激活能QC值在0.05~3.796 k J/mol之间。当T在20~100℃之间时,T对QC的影响小。综合分析表明,在实验温压范围内,利用参数变动法对砂岩的蠕变激活能QC值进行测定有较大误差。在结构常数A的测定方面,ln A值均呈现负值,在-19.91~-14.59之间,这表明在实验的温压范围内,砂岩的微观结构、组分对稳态蠕变速率的影响是很小的。ln A值也存在着类似于应力指数n值的分段现象,表明了应力σ越大,砂岩的微观结构、组分对稳态蠕变速率的影响是越大。此外还对砂岩的弹性模量E进行了初步的研究。研究发现,弹性模量E随着应力的增大而增大,随着温度的增大而减小。