热线式液体导热系数测定仪的研制

本文介绍热线式液体导热系数测定仪的研制工作。利用研制成的测定仪测试了国际标准材料甲苯的导热系数。本工作所获得的数据未作修正时,与国际上推荐数据相此,普遍偏大0.72～1%。若修正端部热损,两者最大偏差则为0.38%,足证本仪器具有较好的测试准确度。本文还讨探了测试时间的长短对测试结果的影响。根据分析结果,如果合理采用测试时间,不仅可以加快测试速度,而且还可以提高测试精度。最后还分析了各项测试误差,并由此提出了改进的方向。     

二维非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热分析

充分利用间断谱元法对非规则区域良好适应性、数值稳定、局部高阶收敛性等优点,开展了二维非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热分析。在求解过程中,将空间计算域离散为多个不重合的单元,并在单元内采用高阶谱节点进行离散。对于非均匀介质内离散坐标形式的辐射传递方程,根据离散角度上的辐射能传递方向,确定单元间的上下游关系,并采用迎风格式来实现单元间辐射信息的有效传递;对于瞬态能量守恒方程,采用全隐格式进行瞬态项离散。通过多组非均匀介质内辐射与瞬态导热耦合传热算例,发现了间断谱元法具有随单元数增加的线性收敛特性,以及随单元内节点数增加的指数收敛特性;通过与文献中结果对比,发现最大相对误差均小于1%,验证了间断谱元法的正确性和有效性;随着辐射与导热耦合参数的增加,导热在耦合传热所占比重会加大,非均匀介质带来的温度场非均匀性会减弱,达到稳态的时间变长。     

瞬态热线法导热系数测试中的自然对流影响

基于瞬态热线法导热系数测试原理,试验测量了微细金属丝(Φ=0.06 mm)水平、垂直放置时的空气加热过程,获得了不同加热功率下的空气导热系数。采用了考虑自然对流影响的空气导热系数估算法,对估算法与瞬态热线法计算的导热系数进行对比分析。分析结果表明:金属丝水平放置时两种方法的计算值吻合度好,但与空气导热系数的标准值差别较大。当加热功率较小,垂直放置时两种方法的计算值偏差稍大,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较高;而加热功率较大时,两种方法的计算值偏差较小,基于瞬态热线法计算的空气导热系数准确度较低。通过微细金属丝表面自然对流换热强度的理论分析,认为随着金属丝表面温度的升高,水平加热普遍大于垂直加热时的自然对流换热系数,瞬态热线法计算导热系数时,会受到微细金属丝加热表面自然对流换热强度的影响。     

混合模拟方法分析散射介质的辐射换热

利用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ方法和Ｚｏｎｅ方法相结合的数值计算方法分析各向同性散射介质中的辐射换热，首先利用新编程序对一维平板系统的吸收－散射介质的半球反射率和半球透射率分别进行了计算，并与有关文献的结果作了比较，获得了满意的结果，然后对三维封闭方腔的介质的辐射换热进行了计算，获得了在定常内热源下均匀的吸收－发射－散射介质的温度场内和壁面辐射热流。     

空间波法测介质板介电常数的实验研究

从光学原理出发,分析了空间波法测介质板介电常数时的表面反射问题,指出它对测量结果的影响与介质材料的特点及不同的测量方法有关,并结合几种低耗介质材料的测量结果,对上述分析进行了实验验证,最后还对影响测量的准确度与重复性的几个具体问题进行了讨论。     

往复式多孔介质超绝热燃烧中辐射传热有限体积法

对多孔介质中的往复式超绝热燃烧（简称为RSCP）进行了二维数值模拟,采用辐射传递的有限体积法求解了固相能量方程中的辐射源项．研究了预混气体流速、当量比和换向半周期等主要操作参数对RSCP系统中的温度分布、放热率、辐射热流量和辐射效率的影响,结果表明,有限体积法可以实现光学厚介质的非表面辐射流场与燃烧反应的耦合计算;RSCP燃烧器内部温度场呈典型的梯形,辐射热流近似正弦分布;在相同操作条件下,与常规多孔介质预混燃烧相比,RSCP燃烧器有更好的热结构和更高的辐射效率。     

利用热线风速仪对叶轮机械内部脉动流场的实验研究与分析

本文对单丝热线风速仪在叶轮机械内部流场中脉动速度的测量进行实验研究,提出了热线速度校准范围的确定、校准方式等问题的处理方法,分析了温度对热线测量的影响,推导出一个二阶精度的脉动流速测量数据处理公式.结果表明,上述处理办法具有可推广的实用价值.     

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。     

分析平面分层介质问题的多重直线法

该文给出了一种分析平面分层介质问题的新方法－多重直线法。这一方法将Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ方程在求解区域内用粗、细风格上的插线分别进行离散，通过细网格插线上光滑和粗风格插线上校正的迭代过程求解方程，该方法收敛很快，其计算量为Ｏ（Ｎ）。     

Thermal Conductivity Measurement of Materials by Cross Hot-wire Method: the Effect of Thermal Couple on the Measure

对“交叉热线”实验中测温热电偶尺寸对材料热导率测量精度的影响做出了理论分析，推导出一个实用的热线温升修正关系式。用它对硅藻土砖、轻质粘土砖和建筑红砖这类不透明固体的热导率进行了测试，结果与平面热源法及文献中的数据相符合，此外，在３００～１３００Ｋ温度范围内，对Ｋ９冕玻璃试样的热导率进行了测量。     

泡沫型多孔介质等效导热系数的计算

该文根据泡沫状多孔材料的结构特点,建立了一种简化的单元体模型,利用最小热阻法分别导出连通孔型多孔材料气固两相的综合导热系数、辐射等效导热系数和材料总等效导热系数的计算公式。将计算结果与不同来源的实验数据进行比较,结果表明,公式计算值与相应材料的实验值有较好的一致性,同时合理反映出热辐射在多孔介质传热中的重要作用。该文所得计算公式简单方便,具有一定实用价值。     

低温冷箱中辐射与导热耦合传热的数值模拟

针对3种不同的隔热处理方案，对低温冷箱中辐射和导热耦合传热进行了数值模拟，同时考虑了管道、支架和横梁对系统传热的影响．计算结果表明：在相同情况下，采取设备包铝箔和加隔热屏的措施使换热器表面的辐射跑冷损失减少了2／3以上；只加铝箔隔热屏时，换热器与横梁间的热桥跑冷也得到了改善，跑冷损失减少了1／2左右。因此，在冷箱与换热器之间加铝箔隔热屏是改善低温冷箱温度分布和降低跑冷损失的一种有效方法。     

二维矩形封闭空腔内复合导热辐射换热的研究

基于辐射交换角系数的计算，考虑了参与性介质中的吸收而引起的辐射衰减，针对辐射平衡和复合导热辐射问题，导出了二维矩形封闭空腔内热交换的支配方程组。方程中出现了阶数不同的Ｂｉｃｋｌｅｙ函数，把三维辐射交换简单化成一个二维问题。该函数不同于指数衰减函数，本文给出了它的拟合公式，并据此对基本方程组直接进行高斯积分和迭代求解。对光学厚度τ＝０．１、１和５，以及导热辐射比Ｎ１＝１、０．１、０．０１和０．００１     

基于量子微粒群优化算法的半透明介质光学参数反演

针对半透明介质光学参数估计问题,建立了脉冲激光辐照下半透明介质光学参数反演模型,采用量子微粒群优化(QPSO)算法反演了折射率和吸收系数,分析了测量误差、热物性参数对反演结果的影响,并利用敏感性分析揭示了反演精度与测量误差的关系.计算结果表明：建立的反演模型和采用的QPSO算法可以精确估计折射率和吸收系数,即使人为添加10%的测量误差,反演结果依然具有较强的鲁棒性和准确度.本研究可为半透明介质物性参数获取提供技术参考.     

各向异性介质的温度场和热扩散张量分析

分析了各向异性介质在调制激光束照射下产生的光热信号,理论上推导了主轴不包含在样品表面时的热扩散张量,并对测量各向异性介质热扩散张量的不同实验方法作出比较。     

大鼠皮肤模拟光辐射烧伤与光冲量率

研究光辐射造成重度、轻度烧伤时,不同光冲量率对烧伤深度的影响。应用模拟光辐射装置使大鼠皮肤烧伤。实验动物为wistar大鼠,18只分为受辐射30cal/cm2和10cal/cm2光冲量烧伤两组,各组又分为0.30cal/(cm·2s)、0.91cal/(cm·2s)和2.17cal/(cm2·s)三个光冲量率亚组,对大鼠皮肤造成不同的烧伤。伤后目视和光镜下观察比较皮肤及毛发的烧伤程度。结果:30cal/(cm·2s)的动物均造成重度烧伤,光冲量率对烧伤深度具有影响,造成的烧伤深度顺序为0.30cal/(cm2·s)深于0.91cal/(cm2·s)深严格要求2.17cal/(cm·2s);10cal/cm2组中,光冲量率0.30cal/(cm2·s)和2.17cal/(cm·2s)引起浅二度(后者较重),而0.91cal/(cm·2s)则造成了深二度烧伤。结论:造成重度烧伤时,在光冲量相同情况下,光冲量率低,烧伤重:造成轻度烧伤时,光冲量率高,烧伤重。     

圆柱形空腔多孔材料辐射效应研究

 多孔材料具有孔隙率高、密度小和比表面积大等特征,在消声、减震、隔热和电磁屏蔽等应用方面具备多种优异性能。由于其在气孔中存在低热导率的空气介质,可以用作绝热材料。与其他相应材料相比,它具有耐高温和强度高的优点,已被广泛应用于航空航天、原子能和交通运输等行业。本文研究了热辐射效应对圆柱形空腔多孔材料传热性能的影响,推导了多孔材料局部有效热导率的方便工程应用的封闭公式。与已有理论结果比较,给出了本文公式的精度。数值算例揭示了孔洞对于热传输的有意义的影响规律。多孔材料的局部有效热导率可以分为两部分：一部分由固相和气相的纯传导引起,无量纲化的传导热导率不依赖于温度和孔径;另一部分由热辐射引起,随温度和孔径的变化而剧烈变化。在温度较低和孔径较小的情形下,辐射影响可以忽略不计。     

二维辐射热传导方程的渐近展开方法

二维辐射热传导方程是具有多尺度、强间断等性质的方程,渐近展开方法是求解这类方程的一种有效的方法,其基本思想是将具有多尺度性质的椭圆型向量问题解耦为若干光滑系数（或单尺度性质）的椭圆型向量问题进行求解.针对二维辐射热传导方程的简化线性模型,设计并分析了基于渐近展开方法的线性有限元方法,并给出了相应的误差估计式.     

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。