复合结构长水口热应力有限元分析

为解决免预热长水口的破裂问题,在其内孔复合了低导热率隔热层,并对其热应力进行了研究.首先通过对结构和边界条件的简化,建立了长水口的二维轴对称模型,然后采用有限单元法研究了隔热层厚度及材料热导率对其热应力的影响.结果表明:无隔热层长水口所受热应力在浇钢初期变化剧烈,这是造成其破损的重要原因.隔热层可大幅度降低此热应力且使之变化平缓,但其厚度不宜超过2 mm.隔热层厚度保持为2 mm时,长水口颈部最大热应力随其导热系数的减小呈抛物线规律下降.长水口本体导热系数在10～30W/(m·K)之间变化时,对无隔热层长水口颈部最大热应力基本没有影响;但复合结构长水口颈部最大热应力随导热系数的增加呈对数关系下降.将复合结构长水口试用于生产,未出现破裂现象.     

陶瓷涂层三明治板的抗热震性

采用解析法研究了第3类边界条件下双面陶瓷涂层三明治板的瞬态温度场及瞬态热应力场.对不同Biot模数的热冲击过程中,Al2O3涂层/硬质合金(WC-8%Co,质量分数)基体/Al2O3涂层三明治板的瞬态热应力进行了数值计算.分析了涂层/基体厚度比、涂层与基体热-物理性能匹配对陶瓷涂层三明治板表面热应力峰值的影响.结果表明:陶瓷涂层三明治板的基体的热导率、线膨胀系数和弹性模量应高于涂层,这样可以降低其表面热应力,获得高抗热震性陶瓷涂层三明治板.此外,涂层厚度应尽可能小,以利于改善涂层的抗热震性.     

MPCF及其复合材料热导率测试研究

采用激光闪射法测试了中间相沥青基碳纤维(MPCF)及其增强树脂板的热导率,同时平行测试了PAN基石墨纤维的热导率。结果表明:激光闪射法可以正确测定碳纤维的热导率;MPCF的热导率在常温下为500 W/(m˙K),超出PAN基石墨纤维数十倍,属于超导热材料,且具有一定的温度依赖性;MPCF增强树脂复合材料X、Y和Z不同方向的热导率差异较大,X向热导率最高为307.9 W/(m˙K),Y向其次为128.6 W/(m˙K),Z向为2.18 W/(m˙K)。     

基于相变材料的锂离子电池热管理性能

锂离子电池（lithium-ion battery,LIB）作为目前应用最广泛的储能电池之一,在电动汽车等行业发挥着至关重要的作用。电池的温度是影响LIB性能及安全性的重要因素,因此电池热管理（battery thermal management,BTM）至关重要。目前,利用相变材料（phase change material,PCM）进行相变冷却的热管理方式因其潜热高、不需消耗额外能量的优点已成为一种很有前途的方法。本文针对8节并联18650LIB的电池组性能进行了数值模拟及实验研究,探究了石蜡基复合相变材料（composite phase change material,CPCM）物性参数（包括热导率、熔点、相变潜热和材料厚度）对本文设计的电池组热管理性能的影响。结果表明,纯石蜡用于BTM可将3C放电下的电池最高温度降低28.0%,向石蜡中添加膨胀石墨后可使CPCM的热管理性能进一步提升,CPCM的热导率为2.0W/(m·K)时可将3C放电下的电池最高温度进一步降低5.42℃,继续增大CPCM热导率对热管理性能的提升较小。在综合考虑电池组的最高温度和温度均匀性的情况下,为得到在本文所设计的锂离子电池组最佳热管理性能,CPCM的热导率为2.0W/(m·K)、熔点应在36~38℃之间、相变潜热在212J/g左右、CPCM的厚度为4mm时最优。     

水性环氧树脂制备复合材料的热性能研究

以水性环氧树脂为基体制备了玻璃布/环氧树脂复合材料,用TG、TG-FTIR研究了复合材料和基体的热性能.结果表明,复合材料基体热降解分为两个阶段,复合材料的最大热失重速率峰值温度比树脂基体的最大热失重速率峰值温度低;热红联用分析表明,基体的降解主要发生在热失重第一阶段.动力学研究表明,树脂基体的表现活化能随分解程度增加逐渐增加.     

新型水泥基储热材料抗压强度和热性质的研究

本文研究了新型水泥基储热材料中基体材料铝酸盐水泥在不同水灰比下,养护7d的水化浆体热处理前后的力学性能(抗压强度)和热性质(热导率、体积热容、热膨胀系数).分别运用X射线衍射(XRD)、红外(FTIR)、差热分析(TG/DTA)表征水化浆体内产物的变化.研究结果表明:随着水灰比的增加,浆体的抗压强度、热导率和体积热容都呈下降趋势;热处理后,水化产物的热分解是导致浆体抗压强度、热导率和热容降低的主要原因.     

同向非对称双螺杆混沌混合制备导热高分子材料性能研究

以聚丙烯(PP)为高分子材料基体,选用粒径为3μm的氧化铝(Al2O3)导热填料,采用新型同向非对称双螺杆挤出机为加工设备,制备PP/Al2O3导热高分子材料,通过力学性能、熔体流动速率、热变形温度、维卡软化温度、热导率和扫描电镜的测试分析,研究混沌混合加工对导热高分子材料性能的影响。结果表明:随着Al2O3含量的增加,PP/Al2O3导热高分子材料的拉伸强度先增大后减小,冲击韧性逐渐下降,加工流动性能变差,弯曲性能和抵抗热变形能力提高,热导率逐渐增大,Al2O3含量为20%左右达到逾渗阈值,当Al2O3含量为50%时,其热导率是纯PP的1.7倍。微观形态观察表明:Al2O3含量为30%时,PP/Al2O3导热高分子材料的综合性能最好,同传统双螺杆挤出相比,同向非对称双螺杆混沌混合加工可以制备出力学性能、热性能、导热性能等更加优异的填充型导热高分子材料。     

热电池隔热涂层的制备与性能

采用水热法制备ZrO2空心微球作为隔热填料,以萘改性的耐热酚醛环氧树脂为基体,制备了4种不同ZrO2含量的热电池隔热涂层,表征了其性能. 结果表明,所制ZrO2为直径约500 nm的空心球,表面粗糙;酚醛环氧树脂的热分解温度约为370℃,适宜的ZrO2空心球添加量为50%~60%(w). ZrO2含量为50%(w)时,室温下隔热涂层结合强度为21.6 MPa,剪切强度为11.4 MPa,热导率为0.05 W/(m×K);300℃下隔热涂层剪切强度为3.1 MPa,热导率为0.04 W/(m×K).     

热浸镀铝硅镁涂层组织与腐蚀性能研究

利用热浸镀技术在铁基体表面制备了铝硅镁涂层，探讨热浸镀时间对涂层的影响，研究了涂层的腐蚀性能。结果表明：随着热浸镀时间的增加，铝硅镁涂层中铁铝反应层厚度呈现抛物线式增长，当Mg和Si添加量达到3%时，铁铝反应受到明显的抑制作用，反应增厚的速度较慢。3.5%NaCl溶液中的电化学腐蚀表明，随着Mg和Si的增加，涂层的自腐蚀电位呈现下降趋势，Al-6Mg₂Si涂层具有最低的自腐蚀电位和较小的自腐蚀电流。     

基体条件对等离子喷涂Sm_2Zr_2O_7热障涂层热冲击性能的影响

采用有限元分析软件ANSYS对等离子喷涂Sm2Zr2O7热障涂层在金属基体材质类型、厚度、半径变化时涂层的冲击热应力进行了分析。结果表明,涂层表面及表面层/金属粘结层界面处热应力及其应力梯度随着金属基体热膨胀系数增加而增大。当基体厚度超过20mm后,其对冲击热应力的影响基本可以忽略。当基体半径达到28mm后,涂层最大径向冲击热应力趋于稳定,最大轴向热应力随基体半径增加逐渐减小,最大剪切应力不受基体半径的影响。