Numerical analysis on Joule heating of double-loop channel induction furnaces

In order to investigate Joule heating power, a three-dimensional finite element model (FEM) was developed to predict Joule heating power in the channels of double-loop inductor. The simulated results were compared with experimental data from low load trials for a 400 kW inductor. The results, such as power factor and Joule heating power, show reasonable correlation with experimental data, and Joule heating rate reaches the maximum at the corners and the minimum at the centre of the cross-section area. With increasing relative permeability of iron core, length of coils, current frequency and resistivity of metal melt, the power factor and Joule heating power change. It is concluded that current frequency, the resistivity and length of the coil play a critical role in determining the power factor and Joule heating power, whereas relative permeability of the magnetic core shows no significant influence on them.     

电炉炼钢厂粉尘在微波场中的升温特性

对电炉炼钢厂粉尘在微波场中的升温特性进行研究。结果表明,电炉炼钢厂粉尘对微波具有很好的吸波能力,其中不锈钢厂电弧炉粉尘在微波场中约15 min内温度就可达1000℃以上。随着微波功率的增加,粉尘表观升温速率增大。不同配碳比下粉尘的表观升温速率均较大,介于105-126℃/min之间。随着物料质量的减少,在微波场中粉尘的表观升温速率增大。粉尘颗粒粒径对表观升温速率的影响不显著。     

CO2空气源热泵热水器的实验研究

为了研究跨临界CO2热泵系统外界因素对系统性能的影响规律,在自行搭建的实验台上通过改变冷却水体积流量、冷却水进口温度和环境温度研究系统性能变化,分析CO2质量流量、压比、制热量和制热系数(COPh)等系统参数的变化趋势,研究压缩机绝热效率和换热器热交换完善度对制热系数的影响.在测试工况范围内,实验结果表明:当冷却水体积流量增加或冷却水进口温度降低时,CO2质量流量、压比和压缩机功率减少,制热量和制热系数增加;当环境温度升高时,CO2质量流量和制热量增加,压比和压缩机功率基本不变,制热系数增加;压缩机绝热效率与气体冷却器的热交换完善度成为制约制热系数提高的2个重要因素.     

导电混凝土除冰化雪系统输入功率的有限元计算

用有限元程序成功地分析了导电混凝土除冰化雪系统.通过对除冰时的分析,验证了方法的正确性,同时得到了除冰时间与输入功率的关系,进而确定了除冰时所需的最小功率.通过对除雪时的分析,得到了经济合理的除雪方式及最小输入功率,为导电混凝土的制作和该系统的工程应用提供了坚实的理论基础.     

氯化锌活化黄姜皂素废渣的动力学研究

为优化氯化锌活化黄姜皂素废渣制备活性炭的参数，利用热重分析仪，在不同的升温速率、药剂与废渣浸渍比和载气条件下对氯化锌活化后的废渣进行了热解实验，运用Freeman—Carroll微分法研究了相应活化条件下的表观动力学参数．结果表明：在高温段，热解剩余质量、表观活化能和频率因子均增加，氧参与了渣热解产物间反应；浸渍比增大，热解剩余质量和最大失重速率增大，特征温度向低温区移动，但不能降低热解反应的活化能；随升温速率的上升，DTG曲线向高温区移动，反应表观活化能和频率因子呈减小趋势，为快速热解制备活性炭提供理论依据．     

硅衬底在片螺旋电感建模及其参数提取

对重掺杂的硅衬底来说，衬底涡流效应已变得较为明显，如何精确的表征这一方面的影响，对于在标准CMOS工艺上实现的在片螺旋电感建模来说，已显得至关重要。该文给出了一种新的采用TransformerLoop来精确表征涡流效应导致的衬底损耗的在片螺旋电感模型，同时采用阶梯4元件结构和一功率电阻Rp来表征电感的趋肤效应和邻近效应，实现了级联电阻的非频变性，可以满足在SPICE等时域仿真器中大小信号及瞬态分析的需要。新的模型同样也适合于对多层电感建模，通过对实际在片电感的测试、验证，给出的模型在较宽的频段内能够精确地吻合测试数据。     

沥青混合料玻璃态转变温度的外部影响因素

为探究环境因素、交通水平等外部条件对沥青混合料玻璃态转变温度的影响,研究选取升温速率、荷载频率、应变水平3个试验因素,采用DMA方法在不同试验水平下对沥青混合料试件进行温度扫描试验.利用Boltzmann模型拟合得到材料的玻璃态转变温度,通过对试验结果的统计分析,确定影响玻璃态转变温度的主要因素,并建立了多因素影响下的玻璃态转变温度预测模型.结果表明:采用Boltzmann模型能够准确有效地确定材料玻璃态转变温度;升温速率、荷载频率对沥青混合料的玻璃态转变温度有显著影响,玻璃态转变温度随着升温速率、荷载频率的增大而升高,玻璃态转变温度与升温速率、荷载频率的对数值存在良好的线性关系;处于弯拉受力模式下的沥青混合料,其玻璃态转变温度在线粘弹性区域内并无明显的应变依赖性.     

多场耦合下微波碳热氯化回收铟的动态仿真

以实验室微波反应器为研究对象,基于有限元软件COMSOL Multiphysics,采用多场耦合方法对微波强化碳热氯化回收In Cl3的反应过程进行了动态仿真,并分析了其影响因素。结合微波加热过程、计算流体力学和物质传输过程,建立了由射频、传热、传质和流场4个物理场耦合的数学物理模型。通过考察腔室内的电场强度,得到微波加热过程的热源项与样品体的温度分布。结果表明,本研究模型能够准确描述微波输入功率、HCl通入浓度等多因素对铟化物回收过程的影响,为微波碳热氯化提铟过程的分析提供新的方法与依据。     

Numerical analysis of 3D spot continual induction hardening on curved surface of AISI 1045 steel

In order to investigate and predict the material properties of curved surface AISI 1045 steel component during spot continual induction hardening(SCIH),a 3D model for curved surface workpieces which coupled electromagnetic,temperature and phase transformation fields was built by finite element software ANSYS.A small size inductor and magnetizer were used in this model,which can move along the top surface of workpiece flexibly.The effect of inductor moving velocity and workpiece radius on temperature field was analyzed and the heating delay phenomenon was found through comparing the simulated results.The temperature field results indicate that the heating delay phenomenon is more obvious under high inductor moving velocity condition.This trend becomes more obvious if the workpiece radius becomes larger.The predictions of microstructure and micro-hardness distribution were also carried out via this model.The predicted results show that the inductor moving velocity is the dominated factor for the distribution of 100% martensite region and phase transformation region.The influencing factor of workpiece radius on 100% martensite region and phase transformation region distribution is obvious under relatively high inductor moving velocity but inconspicuous under relatively low inductor moving velocity.     

导电混凝土应用于建筑采暖工程的计算方法

导电混凝土作为一种新型建筑材料,将其应用于建筑采暖工程中,可有效节约资源、保护环境。室内空气温度是建筑采暖的主要关注点,针对导电混凝土作为建筑采暖地面的问题,在考虑电热效应、辐射换热与对流换热等的基础上,给出了混凝土温度场、室内空气平均温度的计算方法,无需对空气建模,简化了前处理工作量。与室内试验结果对比分析表明,计算结果与试验结果相对偏差在1.34%左右,验证了所提出计算方法的正确性与可用性。针对室内采暖效率,进行了不同组合工况的数值模拟分析,说明了通电电压、混凝土厚度的可挖潜能力较弱,导电混凝土的电阻率敏感性较强,是可挖潜的重要影响因素。     

烟丝干燥特性实验研究

目前烟草热质传递过程的研究,均采用静态实验研究方法,得出的实验结果与生产实际有一定程度的偏差.针对这种情况,为了使研究结果更加贴近生产实际,模拟了烟丝在转筒内的热质交换规律,自行设计、安装、调试了一座实验台.在该实验台进行了烟丝干燥过程动态试验研究,重点考察了湿烟丝增温减湿条件下的热质迁移的规律,以及该过程对烟草填充力的影响.结果表明,烟丝干燥过程分为恒速和降速两个阶段,恒速阶段干燥速率主要取决于外部干燥条件,提高风温或风速可大大缩短干燥周期.因而在保证烟丝干燥质量的前提下,应该改善流动和传热条件,争取在恒速阶段就把烟丝干燥到工艺要求.烘丝方式、来料温度和水分、干燥介质状态参数等对烘后烟丝的填充力有显著影响.对于转筒式烘丝机,采用顺流烘丝方式,较高的来料温度和水分,较大的热风流速,可获得较高的烘丝填充力.     

非均匀热流对热力排气系统自增压及排气损失影响

热力排气系统(TVS)是通过流体混合与节流换热排气双重作用实现低温推进剂在轨长期贮存的一种有效的压力控制技术.为深入研究推进剂贮箱在轨过程中非均匀受热时热力排气系统的控压特性,在工作于室温温区的TVS模拟装置上,以R141b为气液相变贮存介质,研究非均匀热流(仅气相受热、仅液相受热、气液一侧同时受热)对TVS作用下的贮箱增压特性及排气损失的影响.对比不同部位受热时,贮箱的增压速率、TVS运行特性和排放损失.结果表明,仅贮箱气相区受热时,贮箱升压速率最快,TVS启动频率最高,排放损失最大;仅贮箱液相区受热时,贮箱升压速率最慢,TVS启动频率最低,排放损失最小,相比仅气相区受热分别减少了42%,29%和33%.综合考虑贮箱的增压速率、流体热分层和排气损失,在空间微重力环境下,贮箱内壁面宜进行亲液处理或采用毛细结构来避免气枕空间的直接受热.     

射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰的控制效果

在空气静止、气压为12 kPa（对应超声速风洞试验段的气压）条件下,研究射频放电等离子体的光谱特性;在马赫数为2的超声速来流中,研究射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰非定常性的控制效果. 实验结果表明：在相同的激励频率下,随着加载功率的增大,表征电子温度的相对光谱强度增大,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度基本保持不变;保持加载功率不变,随着激励频率的增大,表征电子温度的相对光谱强度先增大后减小,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度没有明显变化. 在未施加激励时,激波振荡的主导频率为低频;在施加射频放电等离子体激励后,激波低频振荡减弱,高频振荡增强,激波特征频率从低频转向高频,再附边界层出现高能量漩涡结构.     

单周期CRM PFC转换器的零交越失真优化设计

为降低总谐波失真提高电源效率,基于单周期临界导通功率因数校正(PFC)转换器,研究了零交越失真现象的优化设计方法．采用周期性自启动定时电路,不论电感电流是否下降到零,及时触发新的开关周期,以避免由于电感反向漏电所引入的导通延迟,从而降低了零交越失真和总谐波失真;在辅助绕组和振荡器之间引入可调分流电阻,对电感电流进行实时监控,调整振荡器输出波形斜率,以控制PWM关断时间,有效改善输入电压零交越点附近的失真现象．输入线电压频率越高,优化效果越好．在50Hz 220V_AC条件下,输入电流为120mA,输出功率为36W,测得优化后的PFC转换器总谐波失真(THD)仅为3.8％,功率因数为0.988,负载调整率为3％,线性调整率小于1％,效率达到97.3％．理论和测试结果均表明: 当交流输入线电压接近零值时,优化后系统的零交越失真及THD得到了有效降低,有效芯片面积为1.61mm×1.52mm．     

Numerical modeling dynamic process of multi-feed microwave heating of industrial solution media

The exothermic efficiency of microwave heating an electrolyte/water solution is remarkably high due to the dielectric heating by orientation polarization of water and resistance heating by the Joule process occurred simultaneously compared with pure water.A three-dimensional finite element numerical model of multi-feed microwave heating industrial liquids continuously flowing in a meter-scale circular tube is presented.The temperature field inside the applicator tube in the cavity is solved by COMSOL Multiphysics and professional programming to describe the momentum,energy and Maxwell's equations.The evaluations of the electromagnetic field,the temperature distribution and the velocity field are simulated for the fluids dynamically heated by singleand multi-feed microwave system,respectively.Both the pilot experimental investigations and numerical results of microwave with single-feed heating for fluids with different effective permittivity and flow rates show that the presented numerical modeling makes it possible to analyze dynamic process of multi-feed microwave heating the industrial liquid.The study aids in enhancing the understanding and optimizing of dynamic process in the use of multi-feed microwave heating industrial continuous flow for a variety of material properties and technical parameters.     

Effects of Heating Rate on the Process Parameters of Superplastic Forming for Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_5

We investigated the effects of heating rate on the process parameters of superplastic forming for Zr55Cu30Al10Ni5 by differential scanning calorimetry. The continuous heating and isothermal annealing analyses suggested that the temperatures of glass transition and onset crystallization are heating rate-dependent in the supercooled liquid region. Then, the time-temperature-transformation diagram under different heating rates indicates that increasing the heating rate can lead to an increase of the incubation time at the same anneal temperature in the supercooled liquid region. Based on the Arrhenius relationship, we discovered that the incubation time increases by 1.08-1.11 times with double increase of the heating rate at the same anneal temperature, and then verified it by the data of literatures and the experimental results. The obtained curve of the max available incubation time reveals that the incubation time at a certain anneal temperature in the supercooled liquid region is not infinite, and will increase with increasing heating rate until this temperature shifts out of the supercooled liquid region because of exceeding critical heating rate. It is concluded that heating rate must be an important processing parameter of superplastic forming for Zr55Cu30Al10Ni5.     

微波加热陶瓷动态过程的数值模拟

本文结合中国科学院上海硅酸盐研究所高性能陶瓷开放实验室研制成功的小功率微波烧结陶瓷的实验装置,对微渡加热陶瓷棒的动态过程进行了数值模拟,建立起一个变物性,变内热源的二维传热数学模型,并对模型进行了求解计算。计算结果和实测数据基本吻合。利用本模型可求出不同物性参数和尺寸的陶瓷材料在不同微波加热功率下的升温速率和温度场的变化,为控制微波烧结陶瓷的温度及热应力提供了理论参数。     

纳米碳管的非线性热电传输

利用Landauer-Büttiker公式对金属导线/单臂纳米碳管/金属导线结构的热电传输进行理论计算.在有限温度梯度下,利用迭代法计算非线性热电势和热电导,研究表明,热电势和热电导与系统电子的传输行为密切相关,热电势随系统化学势的变化而振荡,且可为正也可为负值,这种行为完全依赖于电子电导的变化.研究结果对分子器件热传输的实际应用有意义.     

高盐中低渗油藏聚合物溶液储层适应性研究 ——以长庆油田“长4＋5”块为例

目前，对聚合物驱油技术的需求正从低盐油藏向高盐和特高盐油藏转移，提高聚合物溶液在高盐油藏的适应性已经成为石油科技工作者亟待解决的技术难题。为了提高目标储层的采收率，主要对长庆油田“长4+5”高盐油藏区块，从物理化学、高分子材料学和油藏工程等知识入手，通过仪器检测、化学分析和物理模拟等实验方法，在高矿化度溶剂水条件下进行了聚合物溶液油藏适应性研究。结果表明，在聚合物质量浓度（CP）为300～900 mg/L的条件下，当聚合物的相对分子质量（M）分别为800×104、1 400×104、1 700×104、2 000×104时，聚合物溶液岩心渗透率极限（Kg）分别为（25～40）×10－3、（30～55）×10－3、（35～70）×10－3、（45～80）×10－3 μm2。在目标油藏注入水和温度条件下，油藏储层内岩石与水解聚丙烯酰胺聚合物溶液间配适性与岩石孔隙渗透率、聚合物相对分子质量和聚合物质量浓度等因素有关，相关曲线上方为配伍区，下方为堵塞区，孔喉半径中值与聚合物分子线团尺寸Dh的比值为3.02～5.76。     

含苹果颗粒果汁通电加热速度与优化模型

对含苹果颗粒苹果汁通电加热过程中的加热速度、加热时间、电导率和温度等变化规律进行了研究,结果表明:含苹果颗粒苹果汁的电导率随着温度升高、颗粒尺寸减小和颗粒质量分数降低而按线性增大;随着颗粒尺寸减小和颗粒质量分数降低,通电加热时间缩短,加热速度增大;颗粒形状对电导率、通电加热时间和温度变化影响不显著。为探究各因素对加热速度影响及因素间的交互作用,采用正交多项式回归设计试验建立通电加热速度数学模型,得出各因素对通电加热速度影响按从大到小的顺序依次为颗粒尺寸、颗粒质量分数、颗粒形状。当苹果立方体颗粒边长为0.5cm、颗粒质量分数为20%时,固液混合物料通电加热时间最短,为348s,通电加热速度最大;优化出通电加热速度与影响因素关系的三元多项式回归数学模型,对预测分析含苹果颗粒果汁通电加热温度变化规律和通电加热速度有实际意义。