接触模式对球床堆有效导热系数影响的数值分析

为了分析相邻颗粒的接触模式对有效导热系数的影响,数值分析了3种不同的接触模式下有序堆积球床堆的有效导热系数。首先采用间隙模型分析了不考虑接触导热下的球床堆有效导热系数,然后采用面接触和短圆柱模型分析了考虑接触导热下的球床堆有效导热系数,最后分析了不同温度下接触模式对球床堆有效导热系数的影响。计算结果表明,在不考虑接触导热时,间隙模型下的球床堆计算结果与ZS关联式吻合很好。当考虑接触导热时,由于受网格质量限制,面接触计算模型的接触半径较大,因此计算的球床堆有效导热系数与ZSK关联式的结果相比误差较大;采用短圆柱接触模式计算发现,接触半径越小,计算得到的结果与ZSK关联式的结果吻合越好,因此在网格生成质量允许的情况下,推荐使用较小接触半径的短圆柱接触计算模型。同时发现随着温度的升高,接触模式对球床堆有效导热系数的影响减弱。     

颗粒尺寸与表面吸附对低浓度非金属纳米颗粒悬浮液有效导热系数的影响

运用纳米颗粒导热系数模型和颗粒吸附液体时厚度的Langmuir公式,同时考虑由颗粒Brown运动引起的颗粒输运过程等因素,分析了低浓度非金属纳米颗粒悬浮液导热系数增强的机理,建立了有效导热系数模型.分析结果表明,尺寸效应和吸附作用是悬浮液导热系数增加的重要原因,而颗粒输运过程对悬浮液导热系数增加的贡献则很小.文中提出的有效导热系数模型尚未考虑颗粒团聚的因素.     

可变导热系数的颗粒复合介质传热性质的研究

讨论了可变导热系数的复合介质的传热性质。当介质的导热系数是温度的函数时，热传导方程是非线性偏微分方程，作者采用基尔霍夫变换把它变成拉普拉斯方程，于是可以找到原问题的近似解析解。文中考虑一个最为简单的例子：由圆柱形的杂质构成的二维系统，杂质浓度很低，可以忽略颗粒之间的相互作用，杂质具有可变导热系数，基质的导热性质不随温度变化。在此基础上，用朗道方法导出计算可变导热系数的复合介质的有效导热系数的公式。     

固定床有效导热系数的研究

采用稳态法和非稳态参数估值法测定了气体静止时固定床有效导热系数(以下简称固定床的有效导热系数),前者采用圆柱体导热模型,求得在某特定温度下固定床有效导热系数;后者根据固定床拟均相非稳态传热模型,获得了适用于宽温度范围的固定床有效导热系数与气体导热系数和固体导热系数之间的关联式。并将填充挤条型氧化铁系催化剂、催化剂载体Al2O3和玻璃珠的固定床的测定结果与前人推荐的固定床有效导热系数的多种计算方法进行比较。结果证明,对于气-固体系计算固定床的有效导热系数较为适宜的经验式为:λb0=λf×10(0.785-0.057lg(λs/λf))×lg(λs/λf)。该经验式在20～500℃对于高、中、低导热系数多种物系的固体颗粒床层均适用。     

双组分纳米流体导热系数研究

采用共混法在氨水中制备了稳定的碳纳米管颗粒悬浮液(双组分纳米流体),并利用瞬态热丝法测量了不同条件下的双组分纳米流体的导热系数,系统研究了颗粒质量分数、氨水质量分数、温度等因素对双组分纳米流体导热系数的影响.实验结果表明,碳纳米管的加入极大地提高了基础液体-氨水的导热系数.在此基础上,结合已有文献中关于纳米流体导热系数的计算模型对双组分纳米流体的导热系数进行了模拟计算,并对模拟数据和实验数据进行了对比.结果发现,通过对模型参数的调整,微对流模型可以准确计算双组分纳米流体的导热系数.     

高孔隙率通孔金属泡沫有效导热系数的实验和理论研究

为了研究高孔隙率通孔金属泡沫中的热传导特性及预测有效导热系数,发展了一种新的全解析有效导热系数模型。该模型通过建立更真实的十四面体三维结构作为代表单元,解析求解代表单元内稳态傅里叶热传导方程获得通孔泡沫铝的有效导热系数。该模型不含任何拟合或经验参数,有效导热系数与孔隙率之间具有简单的线性关系,且比例系数阐释了热曲折率的大小。高孔隙率下,模型预测与实验测量和文献数据吻合良好。研究结果表明:对于具有大导热系数比的实心杆与流体相(如充满空气的泡沫铝),流体相的传热可忽略不计,热量沿着曲折金属杆的一维传导占主导地位。在忽略自然对流和辐射传热时,泡沫铝有效导热系数基本不受孔密度及杆截面形状的影响。在所研究的温度范围内,泡沫铝有效导热系数可视为常数。     

SiO_2-水纳米流体稳定性及导热性能

采用两步法制备体积分数为0.1%~0.5%的S iO2-水纳米流体,并利用zeta电位、吸光度和粒度分析表征其悬浮稳定性,研究发现超声振动5 h其悬浮稳定性最佳。采用瞬态热线法测量纳米流体的导热系数,结果表明:纳米流体导热系数的变化与纳米颗粒体积分数和温度的变化成正比,其中25℃时体积分数为0.3%的S iO2-水纳米流体相对于水的导热系数提高11.5%,而在50℃时则提高46.5%。建立纳米流体导热系数模型,与其他模型比较发现,本理论模型更接近于实验值。     

Al2O3-水纳米流体的导热性能研究

采用Hotdisk热物性分析仪测量了Al2O3-H2O纳米流体的导热系数,探讨了不同pH值、分散剂浓度和纳米粒子质量分数对Al2O3-H2O纳米流体导热性能的影响。结果表明：最优化的pH值和分散剂加入量能显著提高水溶液中Al2O3表面Zeta电位绝对值,增大了颗粒间静电排斥力,悬浮液分散稳定性较好,导热系数较高。从分散稳定和导热系数提高两个方面来考虑,pH=8.0左右被选为最优化值,在0.1%Al2O3-H2O纳米流体中,0.10%SDBS被选为最优化浓度。另外,Al2O3-H2O纳米流体的导热系数随纳米粒子质量分数的增大而增大,呈非线性关系,且比现有理论（Hamilton–Crosser模型）预测值大。     

聚合物/中空微球复合材料传热的理论模型

分析了中空微球填充聚合物复合材料的传热机理，指出其热传递主要以固体和气体的热传导、中空微球表面之间的热幅射和中空微球内气体的自然对流三种方式进行。基于最小热阻力法则和比等效导热系数相等法则，建立了热量传递的理论模型，并推导出了等效导热系数的计算式。应用该式估算了中空微球填充聚丙烯复合材料的等效导热系数（keff），并将其与数值模拟结果进行比较，发现当中空微球含量不高（φf≤20％（体积分数））时，等效导热系数的理论估算值和数值模拟值的变化趋势相似。随着中空微球含量增加，等效导热系数线性递减，当中空微球含量一定时，等效导热系数随着中空微球粒径的增加而有所下降。     

地热浅埋孔回填材料中砂粒结构对导热系数的影响

地热浅埋孔回填材料的导热系数是影响地埋管换热器取热性能的关键因素之一。目前以一定配比的砂粒骨料与水泥、粘土、石英等的混合材料最常见,而材料中颗粒的结构形态是影响回填材料导热系数的关键因素之一。本文以回填材料中砂粒骨料为研究对象,从结构特征出发,探究内部颗粒级配及磨圆度对回填材料导热系数的影响。利用所开发的基于孔隙率的二维导热系数计算模型及三维热阻模型,定量研究不同固相导热系数、不同颗粒物粒级配及不同棱角磨圆度下,材料导热系数的变化规律。结果表明,在颗粒级配和磨圆度不变的情况下,材料整体的导热系数随固相导热系数的增加而增加。同一材料不同尺寸粒径间的差别较大时更易获得更高的整体有效导热系数,且粒径不同所造成的回填材料有效导热系数差别会随着固体导热系数的增大而变得更为显著。而磨圆度不同所造成的有效导热系数差异会随固体导热系数的增大而变得更为显著。颗粒磨圆度很高（球体）或很低（锥体）时,同样固相导热系数下材料的有效导热系数较小。本研究所得理论结果可以为回填材料的优选配置提供依据,有助于提高地埋管换热器的取热效率及地热能利用效率。