航天热防护材料热物理特性的反演

针对在气动加热环境下可重复使用航天热防护材料随温度变化的导热系数和比热容测量问题,基于热传导反问题的思想,结合有限元方法与优化算法,建立了反演随温度变化的导热系数和比热容的方法。通过对高温合金GH4169、铝合金5A06、玻璃钢(高硅氧无碱纤维玻璃布+酚醛树脂)、编织体(2.5D石英编织体+B80树脂)、不锈钢M304进行石英灯辐射加热实验,对比了材料的宏观形貌和密度变化,成功反演出材料比热容和导热系数随温度的变化规律,并将不锈钢M304比热容与导热系数的反演值与测量值相比较,证明了该方法的可行性。利用比热容与导热系数的反演值比较了各材料隔热性能,着重分析了铝合金5A06的比热容和导热系数对结构的温度场和温度梯度的影响。     

二维淬火温度场的数值计算

建立了旋转体试样淬火过程的温度场计算模型,用有限差分法模拟计算了淬火温度场.对计算中用到的材料参数如体积比热容Cρ、导热系数λ和热扩散系数H进行了实际测量和校正.计算机模拟结果和实测结果吻合较好.     

材料热工参数对混凝土箱梁横截面温度场的影响

为研究导热系数和比热容对混凝土箱梁横截面温度场的影响,总结了国内外文献中导热系数和比热容的取值范围,实测了某座混凝土桥的箱梁横截面温度日变化曲线,建立有限元模型开展参数分析。分析结果表明,随导热系数增大或比热容减小,顶板和腹板上部的温度日变化曲线峰值增大,峰值出现时间提前。材料热工参数对腹板下部和底板温度日变化曲线的影响可忽略。当导热系数介于1.0～2.0 W/(m·℃)或比热容介于800～1 000 J/(kg·℃)时,温度日变化曲线有限元计算值与实测值吻合较好。材料热工参数对横截面平均温度曲线最大值的影响可忽略,但对横截面竖向正温度梯度曲线影响较大。随导热系数或比热容增大,顶板和底板正温差减小,对腹板影响可忽略。比热容的影响小于导热系数。     

考虑水化度对热学参数影响的早期混凝土温度场分析

为了更加准确地模拟早期混凝土的温度场,通过试验研究了早期混凝土温度的变化规律,同时基于ABAQUS二次开发平台,考虑早期混凝土热学参数(导热系数和比热容)随水化度的变化规律,开发了温度场子程序UMATHT和用于模拟温度场第3类边界条件的FILM子程序.在此基础上,采用不同的温度场计算模型对试验进行数值模拟,通过实验结果与数值模拟结果的对比得出:考虑比热容及导热系数随水化度的变化过程,数值模拟结果与实测值基本一致,最大误差控制在1.5%以内,达到温度峰值的时间误差控制在0.5 h以内;当不考虑这2个参数随水化过程的变化,数值模拟与实测值存在较大误差,峰值温度误差均在4.6℃以上,达到峰值温度的时间均延长5 h以上.因此在对早期混凝土的温度场分析时有必要考虑导热系数和比热容随水化度的变化.     

沥青混合料铺筑温度场的有限差分仿真模型

为确定热态沥青混合料在特定条件下的铺筑温度场,建立了铺筑温度场的一维非稳态仿真模型。仿真模型采用有限差分隐式格式,取静态定值气温、风速、太阳辐射、表面洒水量、下承层初始温度场以及下承层材料热物性参数,每隔一时间步长而变化一次的表面传热系数、有效辐射、铺层材料导热系数和比热容,随前三次碾压每次非连续变化一次的铺层材料密度。从而将求解一维非稳态铺筑温度场转化为用数学工具求解沿铺层厚度方向任意位置处每隔一定时间间隔的温度值。结果表明:经仿真模型验证,确定了仿真模型的准确度和可信度。     

煤岩导热特性实验及其对围岩温度场影响

为研究煤和岩石的导热特性对围岩温度场的影响,选取多个矿井的煤、岩样品,采用LFA457型激光导热系数测试仪测定不同温度下煤和岩石的热物理参数.根据实验得到的煤岩热物理参数,采用数值模拟的方法研究围岩热物理参数对围岩温度场的影响规律.研究结果表明:煤的热扩散系数和导热系数远小于岩石的热扩散系数和导热系数,而煤的比热容普遍高于岩石的比热容;煤和岩石的热扩散系数和导热系数均随着温度的升高而呈幂函数关系减小,而其比热容随着温度的升高呈线性增加.围岩热物理参数不同时,调热圈半径与围岩热扩散系数呈幂指数关系递增,壁面与风流温差随蓄热系数增加而线性增大.     

计时法快速测定材料导热系数,比热容和热扩散率

以一维半无限体瞬态导热积分方程为基础，提出了测定非金属材料导热系数、比热容和热扩散率的数学模型，给出了实现方法和步骤。并以有机玻璃和电木为例做了实例测定。测试结果表明：该方法具有测试时间短、精度高等特点，尤其是在一台装置上可同时测定材料导热系数比热容和热扩散率3个重要的热物性。     

外水冷式防爆异步电动机温度场的计算机数字仿真

本文建立了外水冷式防爆异步电动机温度场的等效热网络、导热方程及其求解方法,并对采煤机用电动机温度场进行了仿真计算.在计算过程中考虑了电机材料的导热系数、绕组电阻率随温度的等化,使得稳态计算值与实测值的最大误差在100％以下,效果较好.     

永磁电机温度场分析基础

采用流体场与温度场耦合的求解方法,建立温度场计算模型,对永磁电机内的流体以及温度分布特性进行研究.首先推导出导热微分方程,然后结合温度场求解过程中边界条件的分类和确定方法,通过对导热微分方程的离散,最终推导出温度场求解总体合成方程.     

板管式换热器背板温度场和传热研究

以背板为控制容积，将背板的自然对流和辐射传热视为热汇，建立了板管式换热器数学模型．引入一个导热因子来考虑背板导热对盘管换热的影响，先求解盘管的换热量和温度，然后采用亚松弛法迭代求解背板的温度场和传热量．在23个工况下将板管式冷凝器和冷凝管的模型传热量和温度场的计算值与实验值进行了比较，发现模型传热量的预测误差在10％以内，背板温度场的计算平均误差为2．5℃，表明模型合理，而且具有较高的精度．该思路和方法可用于求解耦合导热、自然对流和辐射的非等温平板传热问题．     

利用试井资料确定油层的热物性参数

为了确定地层条件下油层的热物性参数,根据油田试井资料建立了生产井油层区域的导热和对流换热非稳态混合传热数学模型,确定了合理的边界条件和初始条件,计算了油层沿径向的温度分布剖面。采用复形调优法及变步长有限差分法,对目标函数进行了求解,确定了油层的综合导热系数、热扩散系数、热容量和井底产液温度等参数。将实例计算的井底产液温度与现场试井实测数据进行了比较,结果表明,两者吻合较好,能够满足工程精度的要求。     

二维稳态导热反问题的正则化解法

构造求解二维导热反问题的数值迭代解法,并以含内热源二维导热问题为背景,采用该迭代解法确定材料热传导系数。在每个迭代步中采用Tikhonov正则化方法克服反问题固有的不适定性。数值算例表明,该方法可行、有效,不仅适用于单介质热物性参数反演问题,而且适用于多介质热物性参数反演问题。     

基于最小热阻理论的混凝土导热系数计算模型

针对传统混凝土导热系数计算模型机械地按照混凝土组成来划分热流途径而导致计算结果偏大的问题,基于最小热阻理论,并考虑到混凝土中孔隙作用,对传统混凝土导热系数计算模型进行了改进.通过引入传热面积比例系数的方法,使混凝土中热流途径的划分不仅满足了混凝土组成的要求,而且满足了最小热阻理论.采用该模型分别计算了8种混凝土的导热系数,其计算结果与实测结果的误差率在-14.0%～+5.1%范围内,而Harmathy模型和Campbell-Allenand Throne模型的计算结果与实测结果误差率分别在4.9%～29.3%和11.0%～32.1%范围内.相比于传统的混凝土导热系数计算模型,基于最小热阻理论建立的混凝土导热系数计算模型精度有了较大的提高.     

Finite Difference Approach for Estimating the Thermal Conductivity by 6-point Crank-Nicolson Scheme

Introduction Inengineeringthermo physicsandpowerengineering fields,thethermalphysicalparametersareverycriticalfor calculationanddesign.Thephysicalparametersofmaterial areusuallydeterminedbyexperiments.Alongwiththe academicachievementsofrelatedfields,thestudyon materialthermalparametershasfocusedontheoretical methodsinadditiontotheexperimentalmeasurement.Fromthepointofviewofheattransfer,it srelatedtothe InverseHeatConductionProblem(IHCP)andhasbeena topicwhichattractedwideresearchinterests.M…     

生物组织热导率的脉冲衰减法测量

采用脉冲-衰减法测量生物组织的热导率,通过合理设计测量电路、选择电路参数,可以使脉冲输入期间探头输入功率的变化小于1％．当测量工况变化时,探头输入功率会产生较大变化,为此,提出了改进的脉冲衰减法．采用本方法,还可以适当提高脉冲输入期间探头的输入功率以增加探头温升,从而减少探头输入功率测量误差以及温度测量段温度测量误差的影响,提高热导率的测量精度．测量结果表明,由于脉冲-衰减法在推导时没有考虑探头尺寸的影响,造成热导率的测量值偏大;为此,进一步给出了一种热导率的测量值的简单修正方法,经修正后的热导率的最大误差为4．25％,平均误差为2．05％．     

变压器防腐涂层导热性能提升技术研究

 以水性环氧富锌涂层为研究对象,通过向其中添加石墨烯、碳纳米管、碳纳米角和超细石墨粉混合物来改性变压器防腐涂层导热性能。通过瞬态板式热源法、红外热像仪、热阻测试仪和扫描电子显微镜对传统溶剂型涂层、水性环氧富锌涂层以及改性高导热涂层的导热性能和微观结构进行了分析。结果显示改性高导热涂层的热阻最小（2.51℃/W）,导热系数最高（1.3450 W/（m·K））,表明其导热性能明显优于传统溶剂型涂层（4.57℃/W）和水性环氧富锌涂层（4.28℃/W）。改性高导热涂料导热性能的提高主要与其导热方式的优化和涂层致密性的提高有关。传统溶剂型涂料主要以声子形式进行热量传递。向水性环氧富锌涂料加入高导热填料后,一方面形成了以弹道-扩散的方式进行热量传递方式;另一方面添加的高导热物质在涂层中填充在孔隙和裂纹位置处,很大程度上提高了涂层的致密度,构建了变压器金属和外部环境的热量传递通道,因而使得涂料导热性能得到了显著提高。变压器温升模拟实验表明研制的新型高导热环保涂层可降低变压器油顶层温升1.67 K。     

Algebraically explicit analytical solutions of unsteady conduction with variable thermal properties in cylindrical coordinate

The analytical solutions of unsteady heat conduction with variable thermal properties(thermal conductivity,density and specific heat are functions of temperature or coordinates)are meaningful in theory.In addition,they are very useful to the computational heat conduction to check the numerical solutions and to develop numerical schemes,grid generation methods and so forth.Such solutions in rectangular coordinates have been derived by the authors.Some other solutions for 1-D and 2-D axisymmetrical heat conduction in cylin drical coordinates are given in this paper to promote the heat conduction theory and to develop the relative computational heat conduction.     

非饱和多孔介质有效导热系数模型

多孔介质有效导热系数是研究地源热泵、土壤及岩土热储、材料热质传递的重要参数,运用分形理论,建立了一种预测非饱和多孔介质有效导热系数的分形物理模型和相应的有效导热系数计算公式,基于MATLAB数值分析显示模型计算结果与实验测量值具有较好的一致性,并通过该模型探讨了相关微观参数对多孔介质有效导热系数的影响,结果显示弯曲度分形维数、孔隙率与多孔介质导热系数呈负相关,固液相占比、饱和度、固相基质边长与多孔介质导热系数呈正相关,当孔隙率大于78.4%时,导热系数较小的孔隙相对多孔介质有效导热系数影响较大。     

木材导热系数的支持向量回归预测

根据木材在不同影响因素(密度、含水率和比重)下沿横纹方向(包括径向和弦向)的导热系数的实测数据集,应用基于粒子群算法(PSO)寻优的支持向量回归(SVR)方法,建立了木材沿不同方向的导热系数的预测模型,并与通过类比法(ANA)导出的理论模型和BP神经网络(BPNN)模型进行了比较。结果表明:基于相同的训练样本和检验样本,木材导热系数的SVR模型比其ANA模型或BPNN模型具有更高的预测精度;增加训练样本数有助于提高SVR预测模型的泛化能力;基于留一交叉验证法(LOOCV)的SVR模型预测的最大绝对百分误差(MPE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分误差(MAPE)均为最小。因此,SVR是一种预测木材导热系数的有效方法。     

功率型发光二极管芯片的温度场与应力场

发光二极管(LED)的结点温度和应力分布对它的发光效率、可靠性和寿命有着至关重要的影响。为了优化器件的性能,该文利用有限元方法对功率型LED芯片在不同输入功率、基板材料、换热条件下的温度和热应力进行了模拟与分析。结果表明,目前广泛应用的Sapphire基板效果不是很好,如果能减小晶格不匹配的影响,采用硅基板是较好的选择。当基板导热系数、换热系数大于一定值后,单纯的改进基板的导热系数或强化基板换热,对提高器件的性能已经没有明显的效果。