泡沫金属有效导热系数的数学模型

通过修正Kelvin提出的十四面三维结构作为金属泡沫的几何模型,利用数值求解几何模型内的稳态傅里叶导热方程,文中提出了泡沫金属的有效导热系数的数学模型.首先,利用实验数据修正了十四面体节点与骨架半径随孔隙率的变化关系.然后,把泡沫金属分成4层,利用数值模拟确定了每层有效导热系数的计算式.最后,基于Fourier定律,建立了泡沫金属的有效导热系数.研究结果表明:文中提出的模型计算泡沫金属有效导热系数与实验值的误差都在±10%之内.本文的研究结果,对于泡沫金属的热力设计和应用具有很好的指导意义.     

泡沫金属的力学性能研究

利用Gibson—Ashby模型,对泡沫金属的基本参量（弹性模量和泊松比）进行了理论分析,建立了泡沫金属在弹性范围内的弹性模量和泊松比随相对密度变化的关系式,通过与Nieh等人的实验结果和Roberts等人的有限元分析结果比较表明,得到的关系式能较好地反映泡沫金属特性。研究表明,对于同一模型中,在相时密度相同的情况下,开孔泡沫金属材料的筋条截面惯性矩越大,其弹性模量越大,而泊松比越小。     

多孔金属材料连续电沉积过程最优化设计

为了对电沉积法制备多孔金属的设备制造和在线控制提供理论指导,针对多孔金属的电阻特性,初次建立了垂直方式运动状态下,带状多孔金属材料连续多级恒电流密度电沉积模型,推导出阳极长度、形状、安装位置、运行速度和总电流的计算公式,对电沉积法制备多孔金属材料的生产线设计和在线控制具有应用价值．     

孔隙率对Al2O3高孔隙率多孔介质EHC的影响

新型多孔介质燃烧技术主要采用泡沫陶瓷 ( Ceramic Foams)、波纹状陶瓷 ( Fabric LamellaStructure)等高孔隙率多孔介质。基于气、固相局部热平衡假设的有效导热系数 EHC( EffectiveHeat Conductivity)描述了气流与固体骨架中导热、弥散和热辐射多种传热方式的综合效果 ,是一个重要的传热特性 ,对其研究非常不足。通过实验与数值模拟确定不同孔隙率 Al2 O3 陶瓷的 EHC:基于测定的温度分布 ,给定 EHC的初值 ,采用有限体积法进行流场数值模拟 ;比较测量与计算的温度均方根差 ,通过对 EHC搜索寻优 ,间接确定泡沫陶瓷的有效导热系数。结果表明 Al2 O3 陶瓷的EHC随温度增加而增加 ,对速度不敏感 ;孔隙率高的陶瓷其 EHC较大。给出试样 EHC与温度和空管速度的拟合式 ;将颗粒床 EHC的 Z&B模型外推到 Al2 O3 高孔隙率陶瓷 ,并给出 EHC预示结果     

多孔材料抑制瓦斯爆炸火焰波的实验研究

为研究适合煤矿使用的抑爆材料,利用自行设计制作的30cm×30cm方形实验管道,对不同参数的多孔材料衰减管道内瓦斯爆炸火焰温度效果分别进行了实验研究,结果表明:金属丝网、泡沫陶瓷、多孔泡沫铁镍金属几种多孔材料均有很好的衰减瓦斯爆炸火焰温度的作用;金属丝网对管道内瓦斯爆炸火焰温度最大衰减率为8.7%～26.9%,泡沫陶瓷为23.1%～36.2%,多孔泡沫铁镍金属为7.1%～65.7%;研究发现多孔材料的厚度、孔径、相对密度是影响火焰温度衰减效果的重要因素,同种材料中,厚度大,孔径小,相对密度大的材料试件对火焰温度衰减效果好.     

高孔隙度金属——泡沫镍的研制

本方依据电铸技术基本原理,用聚氨基甲酸乙酯作原始骨架材料,对电沉积法生产泡沫金属进行了研究;探索了它的工艺过程。在初步解决多孔材料导电处理、电镀等关键问题的基础上,试制成功了孔隙度达87～96％的泡沫镍。文中应用扫描电镜和图象仪技术,分析了泡沫镍的结构特征,并对其性能进行了初步测试和研究。     

多孔泡沫陶瓷中的流动阻力研究

针对多孔介质-多孔泡沫陶瓷的流动阻力特性进行了试验研究,测定了不同空气温度和流速下泡沫陶瓷的流动阻力特性,获得了泡沫陶瓷流动阻力与气流温度、流速及孔隙结构之间的关系.随着气流速度的提高,泡沫陶瓷流动阻力呈现逐渐增大的趋势,且其增长速率逐渐变大;随着气流温度的提高,泡沫陶瓷流动阻力也会呈现逐渐增大的趋势,但其增长速度相对稳定;此外,增大泡沫陶瓷孔隙率、加大多孔介质厚度,也将导致流动阻力提高.     

高孔隙度金属—泡沫镍的研制

本文依据电铸技术基本原理,用聚氨基甲酸乙酯作原始骨架材料,对电沉积法生产泡沫金属进行了研究;探索了它的工艺过程。在初步解决多孔材料导电处理、电镀等关键问题的基础上,试制成功了孔隙度达87～96％的泡沫镍。文中应用扫描电镜和自动图像分析仪技术,分析了泡沫镍的结构特征,并对其性能进行了初步测试和研究。     

基于颗粒吸附概率模型的渗透注浆滤过机制研究

滤过效应对悬浊液渗透注浆扩散具有重要影响,滤过系数为渗透扩散关键影响参数,现有研究多将该系数假定为常数,具有较大局限性。考虑渗流域内各组分质量守恒,引入线性滤过定律,采用颗粒沉积概率模型描述水泥颗粒在多孔介质内沉积吸附行为,建立了考虑渗滤效应的水泥浆液渗透注浆柱形扩散理论模型。基于一维渗透注浆试验过程信息,提出了柱形扩散理论模型参数反演确定方法。开展了三维渗透注浆柱形扩散模型试验,结合理论模型计算结果,对比分析了孔隙率及浆液压力时空变化规律,探讨了注浆速率及浆液水灰比对滤过机制影响规律,并对理论计算模型准确性进行了验证。结果表明,注浆速率越小,注浆口处孔隙率衰减量越大,同时孔隙率沿浆液扩散方向衰减越剧烈;浆液水灰比越小,孔隙率衰减越快,滤过效应越显著。与试验值对比,所建立模型孔隙率最大计算误差小于12%,注浆压力最大计算误差小于14.2%,所建立模型可较好地描述水泥浆液多孔介质柱形扩散过程。     

图像分形法研究多孔骨支架微观形态

为了研究多孔材料微观形态特征:孔隙率、渗透率的数学模型,为进一步研究数值仿真提供基础数学模型;采用分形数学和图形图像处理技术深入开展多孔材料分形维数研究,通过分形维数推导出多孔材料孔隙率φ,渗透率K的数学表达式;通过对6种羟基磷灰石骨支架微观形态的研究,得到6种骨支架的孔隙率、渗透率;通过与密度法得出的孔隙率对比研究,表明图形图像法得到的孔隙率数学模型行之有效,同时能从理论上计算出孔隙率和渗透率,简化了测量实验方法以及为多孔材料的数值分析奠定数学模型基础.     

多孔泡沫金属换热器内流体的流动和传热分析

对管间填充多孔泡沫金属的方形管壳式换热器内流体沿管间轴向强制层流的流动和恒热流密度的传热进行了理论研究。结果表明,流体的径向速度分布呈现类似于光管内湍流时近壁处薄层内变化率大,其余大部分区域平坦的特征;流体和泡沫的径向温度分布较为平坦;流体的压力降随泡沫孔数（ppi）增大的增长明显大于时流换热的Nu数随ppi数增大的增长;泡沫的孔隙率越小,流体的压力降越大,对流换热的Nu数也越大。     

上压渗流铸造法制备泡沫铝

采用上压渗流铸造法,利用盐粒和陶瓷网作为预制体,制备了开孔泡沫铝和闭孔泡沫铝,并对其孔隙率、透气性和显微硬度等性能进行了测试、分析．研究结果表明,上压渗流铸造法可制备出孔隙率高、透气性好的泡沫铝,且开孔泡沫铝的孔隙率都大于闭孔泡沫铝,而闭孔泡沫铝的硬度高于开孔泡沫铝．通过分析制备工艺参数发现,模具和预制体的预热温度在400～500℃、浇注温度在750—780℃、充型压力不超过0．5MPa时,可制备出性能良好、结构完整的泡沫铝．     

泡沫金属渗流铸造工艺及填料的研究

简述了泡沫金属渗流铸造成型的基本原理。认为填料粒子是用加压渗流铸造法制备泡沫金属的关键。本文以石膏粒子作填料,经20％碳酸钠溶液和30％醋酸溶液以及超声波脱溶处理后,得到了孔隙规则圆整、表面光滑、分布均匀的泡沫金属,有效地克服了用食盐粒子作填料对金属产生逐渐侵蚀的缺点。     

铝泡沫和石墨泡沫强化石蜡相变传热的数值模拟

针对有机相变材料石蜡导热系数低的问题,通过添加多孔介质的方法以强化石蜡相变传热,并运用CFD软件对石蜡相变传热系统进行二维数值模拟.模拟结果表明:铝泡沫和石墨泡沫都能有效提高相变材料传热速率,铝泡沫的强化传热效果明显高于石墨泡沫的传热效果.随着孔隙率减小,多孔介质/石蜡复合材料的有效导热系数增大,传热速率加快,凝固需要的时间缩短.并且,孔隙率越小,经过相同凝固时间,装置内对应点温度越低.     

圆柱形金属橡胶节流元件水力学特性参数计算

主要研究圆柱形多孔金属橡胶节流元件的渗透性能．利用Darcy定律,建立了层流状态下圆柱形多孔金属橡胶节流元件的雷诺数、体积流量和沿程损失系数的计算公式;推导出表征金属橡胶节流元件渗透性能的最重要的参数——渗透系数的数学表达式;推导了金属橡胶材料孔隙度、最小孔隙度和当量孔隙直径的计算公式;结果表明,圆柱形金属橡胶元件的节流性能与其孔隙度、金属丝直径、样件的外形尺寸等参数密切相关．对金属橡胶材料在节流领域的广泛应用具有重要参考价值．     

Relationship between tensile strength and porosity for high porosity metals

An analysis model has been established according to the structure feature of high porosity metals, and the mathematical relationship between the tensile strength and porosity for this material has been derived from the model. Moreover, the corresponding theoretical formula has been proved good to reflect the variation law of tensile strength with porosity for high porosity metals by the example experiment on nickel foam.     

洪湖油田低渗透油藏渗流特征研究和应用效果

洪湖油田为中低孔隙度低渗透率油藏,根据油田特征,经过室内实验研究了单相、两相渗流规律,确定流体在多孔介质中的流动特征,并分析了水驱油实验成果,确定了最佳驱油效率.单相油渗流实验证明了洪湖油田低渗透岩心存在启动压力梯度;两相实验测试了油水两相相对渗透率曲线,对油藏开发后期的含水规律进行了预测.     

Relationship between fracturing nominal stress and porosity for metal foams under biaxial tension

High porosity metal foams have been more and more extensively utilized owing to their excellent properties[1—7]. In order to select and use these materials more effectively and rationally, researchers have widely studied their mechanical characteristics, of which the tensile property is a very important index. As in the practical engineering structure, the applied loading is always multiaxial, it is necessary to investigate the biaxial and triaxial tensile properties. Based on our studies on …     

电沉积法制备高孔率泡沫金属的电流密度控制

针对高孔率泡沫金属的电阻特性，通过电流密度随时间的变化转换为镀区内的位置分布，建立了稳恒状态下，带状高孔率泡沫金属与阳极平行电沉积的理论模型，进而推导出表观电流密度分布的表达式，并对电化学步骤控制的泡沫金属电沉积进行了设备优化设计，使得泡沫金属电沉积的电流密度控制在最佳范围，保证泡沫金属的质量。这一工作，为电沉积法制备高孔率泡沫金属的设备制造和在线控制提供了理论依据，具有实际应用价值。     

多孔介质对封闭腔体内对流传热传质的影响

利用两区域法,其中在多孔介质区域利用Forheimer-Brinkman-Darcy方程,纯流体区域使用Navier-Stokes方程对部分填充多孔介质的二维封闭腔体内的自然对流传热传质进行数值研究。采用有限元法辅之以流体与多孔介质交界面上的连续性弱约束条件对两区域方程进行求解,分析了多孔介质厚度、渗透率及孔隙率的变化对封闭腔体内传热传质的影响。数值结果表明:当多孔介质厚度小于0.2时,其厚度的增加可明显削弱传热传质;大于0.2时,其影响明显减弱。渗透率从10^-3降低至10^-6时,腔体中流动减弱,导致平均传热传质速率降低。随孔隙率增加平均传热传质速率近似线性增加。