基于纯声子散射模型的纳米薄膜热传导分析

起粘结作用的薄膜结构厚度达到纳米尺度时,应用由微尺度观点建立的非傅立叶热传导模型分析其性能。文章采用纯声子散射模型分析绝缘薄膜结构的温度场和热应力,并与用在宏观尺度下的傅立叶热传导模型所得结果进行比较,同时研究绝缘薄膜结构热物理性能参数对温度场和热应力的影响。研究表明：采用纯声子散射模型分析结果与傅立叶热传导模型所得结果有明显区别,绝缘薄膜结构热物理性能参数对温度场和热应力也有显著影响。     

围岩与隔热结构热学参数对巷道温度场影响的正交数值模拟

为研究高温巷道围岩-隔热支护体系热学参数对温度场的影响,建立25组数值试验模拟巷道温度场,选定衬砌热导率、衬砌厚度、原岩热导率、原岩温度为影响因素,以巷道壁面温度、调热圈半径、壁面与原岩温度差为目标因子,进行正交试验分析,得到各因素对壁面温度、调热圈半径影响顺序为原岩热导率>原岩温度>衬砌厚度>衬砌热导率;对壁面与原岩温度差影响顺序为衬砌热导率>原岩温度>原岩热导率>衬砌厚度。最后,拟合出壁面温度、调热圈半径的热学参数公式,拟合程度较高。结果表明：采用低热导率的隔热喷层能够延缓围岩散热和减少巷道风流对围岩温度场的扰动,但围岩自身热物理属性对巷道温度场起决定性作用。研究对主动隔热巷道温度场分布,合理安排隔热支护有一定积极意义。     

脉冲激光加工连杆裂解槽数值仿真

建立了YAG脉冲激光加工裂解槽三维瞬态温度场有限元模型,并对热源加载形式、离焦量、材料热物理性能参数、单元生死等技术问题进行了分析。对激光在C70S6高碳微合金非调质钢上移动切割裂解槽进行了数值模拟,得到不同切割参数下槽深、槽宽及温度场,总结出光斑直径、激光功率、脉宽、加工速度等参数对裂解槽加工的影响规律。将数值分析结果与激光切槽试验进行了对比,对激光加工裂解槽工艺参数的选择提出了建议。     

随机弹性杆在随机瞬态温度场下的热响应分析

研究弹性杆在其物理参数、温度场同时具有随机性时的热响应。利用隐式差分法求解随机瞬态温度场,结合Monte-Carlo模拟法得到各时间节点处结构温度场分布的数字特征。利用随机因子的有限元法推导出在各时间节点处结构位移和单元应力响应的均值和方差计算表达式,其中加入了随机机械载荷的影响。通过悬臂杆的算例,得到结构各节点位移响应及单元应力响应在瞬态变温阶段内均值和均方差的变化规律;并考察了在随机力载荷和随机热载荷共同作用下,各随机参数的分散性对响应分散性的影响。     

钢激光扫描加热准稳定温度场的数值计算

本文对20钢激光扫描加热过程准稳定温度场应用有限差分方法进行了数值计算。由此出发还估算了相变硬化区的形状和深度等,并讨论了激光加工工艺等参数和材料物理性能对温度场分布的影响。     

区间参数梁结构热弹耦合效应分析

研究了含有区间参数梁结构在温度载荷和力载荷共同作用下的热弹耦合动力响应问题．建立了热弹耦合动力学有限元模型,给出了对结构瞬态温度场和动力响应进行相互交替迭代求解的耦合计算方法,其中,结构瞬态温度场利用有限差分法求解,结构动力响应则利用时间积分法求解．针对区间变量的有限元方程,基于各变量在区间范围内为均匀分布的近似处理,利用改进的蒙特卡罗方法求解,获得动力响应的区间范围．通过悬臂梁算例,分析了热弹耦合效应对动力响应的影响,并针对结构的弹性模量和热膨胀系数区间范围增大的情况进行了比较和分析,得出这两参数以及结构变形大小是影响耦合效应的主要因素．     

摩擦片电磁离合器中摩擦片温度场的有限元分析

本文用有限元方法建立了求解轴对称非稳定温度场的数学模型和电算程序.应用此程序求解了摩擦片的瞬态轴对称温度场,通过计算找出了材料热物理性能、摩擦片厚度、摩擦片换热条件等因素对温度场的影响规律.从而,为改进摩擦片的结构设计和提高摩擦片电磁离合器的性能提供了依据.     

Vibration and Acoustic Response of Sandwich Panels with Flexible Core Under Thermal Environments

软芯夹层板热环境下声振特性研究

韩敬永^1,2,于开平¹,宋海洋¹,李向阳¹

（1．哈尔滨工业大学 航天学院,哈尔滨 150001;

2．中国运载火箭技术研究院,北京,100076）

创新点说明：

同时考虑对称和反对称变形,建立了软芯夹层板热环境下声振特性分析模型,并揭示了温度及夹层板参数对结构振动特性及辐射声场声压级的影响规律。

研究目的：

考虑夹层板对称变形,针对软芯夹层板热环境下的振动和声辐射特性进行理论建模。

研究方法：

同时考虑对称和反对称变形利用哈密顿变分原理推导了热环境下夹层板的振动控制方程,通过自由振动分析得到了夹层板在热环境下的临界屈曲温度、固有频率和振型,利用模态叠加法和瑞利积分分别求得了夹层板受迫振动响应及辐射声场的声压级。分析了芯层泊松比、芯层厚度和温度载荷对夹层板固有频率的影响机理,研究了膨胀模态及温度载荷对夹层板振动和辐射声场声压级的影响。

结论：

研究发现固有频率随温度升高而降低,低阶弯曲模态和高阶膨胀模态固有频率对温度变化比较敏感;膨胀模态使得振动响应反共振频率向低频移动;随温度载荷升高响应共振峰频率向低频移动,且由于阻尼随温度升高而增大导致响应峰值降低。该理论模型可以为热环境下夹层板的应用提供一定的指导作用。

关键词：夹层板,对称运动,振动,声辐射,热环境

     

陶瓷材料激光加热辅助切削温度场分析

对激光加热辅助切削时的温度场进行了分析研究。在建立激光加热及切削温度场数学模型的基础上,利用有限元数值分析的方法,对激光加热辅助切削时的 温度场进行了分析计算。计算的结果表明,激光加热辅助切削时,由于激光加热温度场和刀具切削温度场的叠加作用,使切削区的温度很高,其高低的程度和激光加热点到刀具的距离以及切削速度有关,另外还与被加工材料的热物理性能有关。     

变温相似材料在地质力学模型试验中附加温度场的影响程度评价

应用ANSYS非线性结构分析原理和热分析及热—结构耦合分析原理，根据变温相似材料的力学参数及热物理参数进行结构分析和热—结构耦合分析，计算由于热膨胀或收缩引起的热应力，同时对热—结构耦合分析的成果与非线性结构分析的结果进行对比，得到了由于温度变化而在模型内部产生的附加温度场对试验成果中位移的影响程度约为6％，应力的影响程度约为-6％～9％，从而证明了试验结果的可靠性。     

Non-Fourier heat conduction in a thin gold film heated by an ultra-fast-laser

Based on the dual-phase-lagging(DPL)heat conduction model,the Cattaneo-Vernotte(CV)model and the improved CV model we investigate the one-dimensional heat conduction in gold films with nano-scale thickness exposed to an ultra-fast laser heating.The influence of system parameters on the temperature field is explored.We find that for all the non-Fourier heat conduction models considered in this work,a larger Knudsen number normally leads to a higher temperature.For the DPL model,the large ratio of the phase lag of temperature gradient to the phase lag of heat flux reduces the maximum temperature and shortens the time for the system to reach its steady state.The CV model and the improved CV model lead to the similar thermal wave behavior of the temperature field,but the thermal wave speeds for these two models are different,especially for large Knudsen numbers.When the phase lag of temperature gradient is smaller,the difference between the DPL model and the improved CV model is not significant,but for the large phase lag of temperature gradient the difference becomes quite significant,especially for the large Knudsen number.In addition,the effect of the surface accommodation coefficient,which is a parameter in the slip boundary condition,on the temperature field of the gold film heated by ultra-fast laser pulses is investigated based on the DPL model.     

有渗流时埋管换热器传热模型

为研究地下水渗流对埋管换热器传热的影响,以移动热源的格林函数为基础,通过引入虚拟热汇,由叠加原理建立热渗耦合作用下的有限长线热源模型.将此模型与有渗流无限长线热源模型和无渗流有限长线热源模型作了对比,比较结果表明该模型计算有渗流时埋管换热器的传热更加合理.针对地下水渗流流速和土壤热物性等对传热影响的分析,表明地下水渗流导致土壤温度场发生变形,渗流速度越大,钻孔壁中点温度越快达到稳态,且稳态过余温度越低;土壤密度和比热越大,土壤导热系数越小,则土壤温度场变形越大.     

传热推动力损耗的温度场熵分析

运用物理场熵的概念,以传热推动力在空间温度场中不可逆损耗,定量表达传热过程不可逆程度,并将温度场熵分析法应用于矩形散热翅片效率的研究,得到温度场熵与翅片长度成正比、与厚度和导热系数成反比的定量关系。并通过与翅片散热效率曲线对比表明,温度场熵不仅反映了传热过程中系统的热力性能和热效,而且揭示了翅片热效变化的内在机理,对优化此类热力系统的设计具有实际应用价值。     

周期震荡温度场非傅立叶分析

从双曲线型热传导微分方程出发,研究了当边界条件为高频周期加热的第一类边界条件时,其温度场的分布情况,并与从抛物8线型导热微分方程出发的热扩散情况下的温度场进行了对比。结果表明,在瞬态导热过程中,温度场是一种与扩散机制完全不同的热波,本文还对热波及其产生的条件进行了深入的分析,指出松驰时间的大小和外界热扰动的数量级大小以及材料的热尺度等是决定是否应该考虑非傅立叶效应的主要因素。     

金属蜂窝夹芯板辐射导热耦合问题

针对金属蜂窝夹芯板,研究了其在气动加热条件下的非稳态传热行为.基于高温传热学原理,通过传热机制分析,建立了蜂窝夹芯板的导热-辐射一维瞬态耦合传热数学物理模型.在此基础上,采用控制容积法,结合蒙特卡罗法,发展形成了求解该类辐射导热耦合传热问题的数值方法,并给出了蜂窝夹芯板当量热导率和典型边界条件下金属蜂窝夹芯板瞬态温度场、非加热面热响应的计算方法,进行了典型算例计算和实验验证.结果表明,所建立的数值计算模型在预报蜂窝结构热响应方面是有效的,而且较之Swann-Pittman半经验关系式,提高了计算精度.     

基于ANSYS的气体介质电火花表面强化温度场分析

通过选取合适的热源模型、热边界条件,建立了气体介质中电火花表面强化加工的热传导模型;分析其温度场特点,建立了气体介质中电火花表面强化的二维温度场模型;并利用ANSYS有限元分析软件对气体介质中电火花表面强化的温度场进行了有限元数值模拟,分析了工件电极在不同时间、不同位置的温度场分布和变化规律,以及电火花加工时的电流参数对温度场的影响。结果表明:电火花表面强化层的放电凹坑主要是热量在材料中不同方向的热传导存在差异引起的,且具有快速加热和冷却的特点;在相同的加工速度下,节点的温度随着电流的升高而增大。     

Study on thermal wave based on the thermal mass theory

The conservation equations for heat conduction are established based on the concept of thermal mass. We obtain a general heat conduction law which takes into account the spatial and temporal inertia of thermal mass. The general law introduces a damped thermal wave equation. It reduces to the well-known CV model when the spatial inertia of heat flux and temperature and the temporal inertia of temperature are neglected, which indicates that the CV model only considers the temporal inertia of heat flux. Numerical simulations on the propagation and superposition of thermal waves show that for small thermal perturbation the CV model agrees with the thermal wave equation based on the thermal mass theory. For larger thermal perturbation, however, the physically impossible phenomenon predicted by CV model, i.e. the negative temperature induced by the thermal wave superposition, is eliminated by the general heat conduction law, which demonstrates that the present heat conduction law based on the thermal mass theory is more reasonable. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50606018)     

冲击加热半无限物体温度波效应

利用拉普拉斯变换和差分方法分别对双曲线型导热方程进行了理论求解和数值分析计算,并对热量传播速度为有限值的温度场做了物理方面的分析和讨论.结果表明,在快速瞬态导热情况下,热量传播速度对温度场的建立将产生本质的影响.     

单井地热供暖关键因素分析

基于地热井内流体的流动换热方程以及岩石的能量方程,研究井直径、岩石导热系数、井深和地温梯度对采出水温度和采热功率的影响. 结果表明：单井采出水温度、采热功率和岩石温度场均随时间衰减,第1、10、20个供暖季对应的平均采热功率分别为755.01、660.02、639.42 kW,上述数据可用于热泵选型. 对于20 a的供暖期,当两井间距为200 m时不会产生热干扰;岩石导热热阻远大于井内对流热阻和井壁导热热阻,降低岩石的导热热阻是提高采热功率的最有效手段;增加井直径和岩石导热系数可以降低岩石导热热阻;岩石导热系数每增加0.5 W/（m·K）,采热功率增加100 kW;增加地温梯度和井深可以增大岩石和流体之间的传热温差,提高采热功率;地温梯度每增加10 K/km,采热功率增加213.54 kW.