用振动力学有限元分析方法估算多类烃的液体热导率

将烃分子结构模拟成弹性体,用振动力学有限元分析方法对分子3D结构进行有限元分析,建立分子结构体系的刚度矩阵和多自由度振动方程,用MATLAB软件包求解得到分子结构固有频率和刚度矩阵特征值,将分子结构固有频率和刚度矩阵特征值作为参数,用多元回归方法建立液态烃类热导率QSPR模型。该模型对训练集581个多类烃的液态热导率的计算值与实验值的相关系数为0.9874,平均绝对误差小于0.00259W·m-1·K-1,平均相对误差小于2.39%;对测试集22个烃类化合物热导率的预测值与实验值的相关系数为0.9550,平均绝对误差小于0.00263 W·m-1·K-1,平均相对误差小于2.42%。该计算模型的计算值和实验吻合,可用于链烃、烯烃、炔烃及单环烷烃、多环烷烃、萘烷、芴烷、菲烷、茚烷、蒎烷等复杂结构烷烃的液体热导率的计算。     

挤出塑料管喷淋冷却的数值模拟

冷却系统是塑料挤出管道生产工艺中的关键设备,其冷却的均匀性和效率直接影响管道产品的质量及生产速度。首先基于ANSYS对喷淋冷却瞬态传热进行模拟,结果表明：对流传热系数小于180 W·m^-2·K^-1时,冷却至目标温度（47℃）所需的时间随传热系数的变化明显;传热系数大于180 W·m^-2·K^-1时,冷却至目标温度所需的时间随传热系数的变化不大。然后基于FLUENT软件对喷淋喷嘴进行模拟,研究了喷淋入口速度、喷嘴高度对喷淋传热系数的影响,结果表明：随着喷淋入口速度的增加（6～15 m·s^-1的范围内）,总体对流传热系数增大,驻点处的传热系数由217 W·m^-2·K^-1增加到386 W·m^-2·K^-1;随喷淋高度的减小（68～128 mm范围内）,壁面传热系数呈增加趋势,驻点处传热系数由227 W·m^-2·K^-1增加到311 W·m^-2·K^-1。基于以上研究,为真空定径喷淋冷却水槽的整体优化提出合理建议。     

用分子结构有限元分析方法估算多类芳烃的液体导热率

通过对芳烃分子3D结构的有限元分析,建立了分子结构的刚度矩阵和振动方程,用MATLAB软件计算得到相应分子结构的固有频率和矩阵特征值,用多元回归分析方法建立了液体芳烃分子导热率的QSPR模型,用线性规划法对模型指数进行优化、均值化和差值化处理. 结果表明,301个液体芳烃导热率实验数据的训练集实验值与计算值的相关系数高达0.979,平均绝对误差小于0.0024 W/(m?K),平均相对绝对误差小于2.02%;22个液体芳烃导热率实验数据的测试集实验值和预测值的相关系数0.978,平均绝对偏差小于0.0028 W/(m?K),平均相对绝对偏差小于2.99%.     

二维氮化铝材料传热性能的模拟研究

二维氮化铝材料是一种新型Ⅲ-Ⅴ族二维材料,具有与石墨烯相似的分子结构和材料性能,受到了广泛的关注,然而其导热性能尚未被充分探讨。应用分子动力学模拟的方法研究了单层二维氮化铝在不同温度的热稳定性和导热性能,并分析了其声子频谱。结果表明,单层二维氮化铝材料可以在极高温度（3500 K）下保持结构稳定性,同时在常温情况热导率可达264.2 W·m^-1·K^-1;在500 K以上温度时,声子色散现象使得该材料热导率明显降低。为二维氮化铝材料导热过程的调控和高温导热材料的应用提供了理论指导。     

应用势能极小原理有限元解法的一元醇液体热导率估算

应用势能极小原理的有限元解法，求解每个醇类化合物分子结构碳-氧原子电负性差所引起的位移矢量，并与每个分子结构中各重原子Mulliken电荷矩阵作相应的运算，可得到分子电荷参量，结合分子结构固有频率(基频、总频)、温度参量，利用链烷醇、环烷醇、芳醇、叶绿醇等23个醇不同温度下的264个液体热导率实验数据，建立了电荷参量、分子结构固有频率和温度参数的3参量非线性一元醇类液体热导率估算模型。该模型对训练集的计算值和实验值的相关系数r > 0.98，标准误差s < 3.98 mW/(m·K)，F检验值F > 2111；对外部预测集特庚醇、十四醇和2-辛醇在不同温度下的20个液体热导率进行估算，预测结果与实验数值的平均绝对误差为2.66 mW/(m·K)，平均相对误差为1.74%。结果表明新方法明显优于Sastri 和Latini估算方法。     

应用势能极小原理有限元解法的一元醇液体热导率估算

应用势能极小原理的有限元解法,求解每个醇类化合物分子结构碳-氧原子电负性差所引起的位移矢量,并与每个分子结构中各重原子Mulliken电荷矩阵作相应的运算,可得到分子电荷参量,结合分子结构固有频率(基频、总频)、温度参量,利用链烷醇、环烷醇、芳醇、叶绿醇等23个醇不同温度下的264个液体热导率实验数据,建立了电荷参量、分子结构固有频率和温度参数的3参量非线性一元醇类液体热导率估算模型。该模型对训练集的计算值和实验值的相关系数r 0.98,标准误差s 3.98 mW/(m·K),F检验值F 2111;对外部预测集特庚醇、十四醇和2-辛醇在不同温度下的20个液体热导率进行估算,预测结果与实验数值的平均绝对误差为2.66 mW/(m·K),平均相对误差为1.74%。结果表明新方法明显优于Sastri和Latini估算方法。     

十二醇-癸酸-纳米粒子复合相变材料传热性能

针对有机相变材料热导率低的共性,以质量比为58.47:41.53的脂肪烃类低共熔有机物十二醇(DA)-癸酸(CA)为基液,添加纳米粒子MWNT、Cu、Al₂O₃及分散剂SDBS制备出纳米复合相变材料,从纳米粒子种类、添加浓度及超声时间方面研究其对复合有机相变材料热物性的影响。实验发现MWNT、Cu、Al₂O₃的添加都可以不同程度上提高DA-CA的热导率。当超声时间为50min、纳米粒子浓度均为0.1g·L^-1时3种纳米复合材料的热导率大小依次是:MWNT>Al₂O₃>Cu。最优例:超声分散时间90min,DA-CA+MWNT(0.1g·L^-1)+SDBS(0.2g·L^-1)的热导率最大,为0.3602W·m^-1·K^-1,相较DA-CA提高了20.5%,在不影响基液热物性的基础上具有良好的热稳定性。     

新型独立B型液化天然气船围护系统及蒸发率计算

以一艘17万立方米新型独立B型液化天然气(LNG)船为研究对象,将该型围护系统与传统薄膜型和MOSS独立球型围护系统进行详细对比,突出该型围护系统的特点;分析船体和舱室结构后,通过合理和必要的简化,提供了一种计算独立B型液货舱传热的方法,通过数值模拟计算不同工况条件下液货舱的蒸发率,研究了聚氨酯泡沫绝热材料的热导率变化对液货舱蒸发率的影响。得到以下结论:(1)新型独立B型围护系统与传统围护系统相比有突出优势,在将来有很好的应用前景;(2)绝热层厚度为450 mm时,为了满足日蒸发率不能超过0.1%的限定要求,所选用的绝热材料的热导率应当小于或等于0.03 W·m^-1·K^-1。     

Cu含量对高温相变材料Al-Cu合金热特性的影响

高温相变材料Al-Cu合金是蓄热性能最好的太阳能储存材料之一,而Cu含量对其热特性影响的相关研究未见报道。采用差示扫描量热法（DSC）和激光脉冲法（LFA）研究了Cu含量在7.4%~51.7%范围内的Al-Cu合金相变材料的相变温度、相变潜热、比热容、热扩散系数和热导率,并结合其金相组织对热力学性能变化规律的内在机理进行了分析。结果显示,当Cu含量在7.4%~51.7%范围内时,Al-Cu合金的相变温度在524.4~645.9℃范围内;随Cu含量的增加,Al-Cu合金的质量潜热呈递减趋势,而体积潜热却呈上升趋势。Al-7.4% Cu在熔化和凝固过程具有最大的质量潜热,分别为339.6、343.5 kJ·kg^-1。Al-51.7% Cu在熔化和凝固过程具有最大的体积潜热,分别为1179、1143 MJ·m^-3。当Cu含量在7.4%~51.7%范围内时,Al-Cu合金的比热容随Cu含量的增加呈递减趋势;当温度在25~500℃范围内时,Al-Cu合金的比热容随温度升高呈递增趋势。Al-7.4% Cu的比热容在25℃时为0.85 J·g^-1·K^-1,在500℃时达到最高值1.08 J·g^-1·K^-1。此外,Al-Cu合金的热导率随Cu含量的升高而降低,但即使Cu含量达到51.7%,其常温下的热导率仍然高达104 W·m^-1·K^-1。综合研究结果表明,Al-Cu合金作为高温相变材料具有在太阳能蓄热领域中应用的巨大潜力。     

酚醛气凝胶/碳纤维复合材料的结构调控及性能研究

以酚醛树脂为前体、碳纤维针刺预制体为增强体,采用溶胶-凝胶、常压干燥方法制备得到纳米孔酚醛气凝胶/碳纤维复合材料。在不改变材料密度的条件下,通过调节固化剂的用量来调控酚醛气凝胶的纳米颗粒尺寸及孔隙结构,改变气凝胶颗粒在碳纤维针刺预制体中的填充状态,制备出不同微观结构的复合材料。研究表明：随着固化剂用量的减少,气凝胶的颗粒粒径逐渐变小,平均孔径在230 nm~5μm范围内可调;与碳纤维复合后,随着气凝胶颗粒的减小,复合材料的力学性能逐渐提升、热导率逐渐降低、烧蚀性能明显提高。优化后的PAC复合材料具有极低的密度（0.27 g·cm^-3）、高弯曲强度（8.9 MPa）、较低的热导率（0.065 W·m^-1·K^-1）;在2000℃、30 s的中等热流烧蚀条件下,质量烧蚀率为0.0081 g·s^-1、线烧蚀率为0.0204 mm·s^-1。通过调控材料的纳米结构,能够有效地提升材料的力学、隔热以及烧蚀性能,满足高性能热防护应用需求。     

拉曼方法同时测量单根碳纤维热物性和对流传热系数

主要完善并利用新近提出的激光拉曼测试方法,在333.15 K环境温度下测量了单根碳纤维的热导率（不考虑接触热阻）,并与直流通电法测量结果进行比较,两者符合较好,验证了新提出的激光拉曼测量方法的可行性。同时激光拉曼方法还测量得到了接触热阻、碳纤维的激光吸收率及与空气的对流传热系数,并处理得到考虑接触热阻后修正的碳纤维真实热导率。     

扩散焊吸液芯结构对热管传热性能的影响

利用扩散焊分层实体制造技术对蚀刻紫铜薄片进行焊接,完成吸液芯结构（微通道）的制造以及平板热管整体结构的装配。通过系统研究分析了槽道宽度、加热功率以及冷却方式对热管性能的影响。结果表明,该方法能较好地实现热管吸液芯结构以及整体结构的制造;试验过程中槽道宽度为0.4 mm的热管性能最优,在加热功率为40 W、水平放置、加热过程伴随风冷的试验条件下,其最大当量热导率能达2552.2 W·m^-1·K^-1,为紫铜的6.7倍。采用扩散焊分层实体制造的方法可以在槽道中形成很多小槽道,有利于液体工质的回流,从而提高热管的导热性能。     

High-Thermal Conductive Coating Used on Metal Heat Exchanger

Based on modified silicon polyester resin in addition to several functional fillers such as corro-sion-resistant fillers, heat-resistant fillers and thermal conductive fillers, a high thermal conductive coating can be made. On the basis of boronnitride （BN） and aluminum nitride （AIN） used as thermal conductive fillers and by means of the testing system of hot disk and heat transfer experiment, researches on the varieties of thermal conduc-tive fillers and the effects of the contents of high-thermal conductive coating have been done, which shows that the thermal conductivity of coating increases with the increase of the quality fraction and the coefficient of thermal conductivity of the thermal conductive fillers of coating. With guaranteeing better heat resistance, stronger corro-sion resistance and adhesive force, the coefficient of coating can reach a level as high as 3 W·m^-1·K^-1.     

多壁碳纳米管嵌入13X/MgCl2复合吸附剂的性能实验

配制了将不同含量的多壁碳纳米管（MWCNT）加入复合吸附剂13X/MgCl₂中制成的新型复合吸附剂,并对其吸附、脱附和导热性能进行了测试。实验结果表明：新型复合吸附剂在闭式200℃脱附完成后,新型复合吸附剂的吸附残余量随着MWCNT含量的升高而减小,13X的吸附残余量是MWCNT含量最高的13X/MgCl₂/MWCNT（CNT-5）复合吸附剂的吸附残余量的2倍,虽然MWCNT的加入不会对13X/MgCl₂复合吸附剂在室温下的吸附性能有影响,CNT-5在开式、闭式的平衡吸附量可以达到0.52 g·g^-1和0.38 g·g^-1,分别是13X吸附量（0.24 g·g^-1）的2.2和1.6倍,但新型复合吸附剂可以脱附更多的水蒸气。新型复合吸附剂的热导率随着MWCNT含量的增大而升高,CNT-5的热导率可以达到0.265 W·m^-1·K^-1,是13X热导率的4.9倍。     

异形整体式热管散热器传热实验与分析

针对电子电气设备散热和均温的需求,提出了一种新型结构形式的异形整体热管散热器：平板热管形式的蒸发段与具有高肋化比翅片的冷凝铜管集成。对该热管进行了传热实验与分析,研究热管在不同工况下温度数值及分布,探究影响热管性能的因素和规律,验证其传热能力。结果表明：在各种工况下热管温差始终在1.75℃之内,均温性能良好。加热功率和对流散热状况对热管启动性能、总体热阻、当量热导率、传热系数都有影响。随着加热功率和对流速度增加,热管启动时间和热阻均降低,当量热导率和传热系数则逐渐上升。热阻最低为0.189℃·W^-1,最佳当量热导率为20964 W·m^-1·K^-1。相比于同等尺寸的传统热管,热阻降低了37%,传热效率提升15%。