高温复合隔热结构组成对其瞬态热特性的影响

建立多层复合隔热结构辐射-导热与相变换热模型,采用Monte Corlo方法模拟复合隔热结构内半透明介质的热辐射传递,有限体积法求解能量方程。分析比较了纤维隔热毡-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-金属膜复合结构、纤维隔热毡-纤维增强气凝胶材料-相变隔热材料-金属膜复合结构等三类典型复合隔热结构的瞬态换热特性,研究表明不同的复合隔热结构组成其热特性差异显著,为复合隔热结构的设计、优化提供了指导思路。     

水性纳米复合隔热涂料的研制

以纳米ATO(掺锑二氧化锡)浆料和纳米TiO2粉体配合高反射与高辐射性能的颜填料,制备了一种水性纳米复合隔热涂料.乳液、颜料和填料筛选实验表明,聚合物乳液种类对涂层隔热性能几乎没有影响;颜料中,金红石型二氧化钛是性能最好的反射填料,其用量在PVC=18%时,涂层隔热性能最好;绢云母具有一定的辐射隔热效果,当其质量分数为11%时,涂层性能最忧,辐射率可达0.86;纳米ATO浆料具有良好的隔热效果,其最佳用量为10%.当以质量比为1:2的添加量将纳米ATO和纳米TiO2加入到涂料中,所得涂层在全波段(200～2 500 nm)的太阳热反射比为86%,辐射率为0.86.     

一种高等温两相闭式热虹吸管的瞬态特性

介绍了一种具有工作阱的两相闭式热虹吸管的结构和特点。通过观察实验,将热虹吸管的启动模型简化为蒸汽温度只随时间变化的非稳态模型,通过数值计算求解热虹吸管内蒸汽随时间的变化关系。将热虹吸管的工作阱作为研究对象,数值计算得到的温度响应作为工作阱的温度边界条件,利用FLUENT求解工作阱内温度及压力分布。结果显示计量阱内除管口位置外具有良好的等温特性。将模拟值与实验值进行比较,计算值和测量值吻合较好,最大偏差出现在响应时间为100 s左右,温度偏差为3.7 K。模拟和实验均证明工质充灌量对具有工作阱的两相闭式热虹吸管的启动性能影响不大。     

瞬态加热下应变片测量精度的仿真研究

分析在非常温环境下应变测量的特点、温度补偿的方法和测量的技术问题。对瞬态温度条件下应变计的线膨胀系数进行求解,结合卡玛合金不同温度下对电阻温度系数的影响导出该应变片的热输出,并对仿真结果进行验证。研究表明:热输出的有限元计算结果与实验结果吻合较好。     

热反射颜料对彩色反射隔热涂料的影响

研究了热反射颜料的光学性能对彩色反射隔热涂料隔热性能的影响。制备了黄色、灰色、棕色3种色系彩色反射隔热涂料,并与同色系普通隔热涂料做了性能对比。测试结果显示:灰色和棕色系深色反射隔热涂料隔热效果提升显著。灰色系热反射隔热涂料比相同颜色普通隔热涂料近红外反射比提高3.23倍。户外曝晒2 h后,红外成像仪监测样板的表面温差可达6~7℃,降温效果显著。     

相变介质组成对粉煤灰基高温定形复合相变材料蓄热性能的影响

分别以Al粉、Al-12Si、Al-20Si合金粉为相变介质,粉煤灰为基体材料,采用混合烧结法在空气、真空两种烧结氛围下制备金属/陶瓷基高温定形复合相变材料,探讨相变介质中硅铝相对含量及烧结氛围对材料蓄热性能的影响。结果表明:分别用三种金属粉制备复合相变材料时,Al的氧化难以避免,致使Si的相对含量均超过共晶点组成,凝固时其状态点始终处于共晶相+Si相的两相区,未被氧化的Al都转变成为Al-Si共晶相。空气中烧结有利于Al形成致密氧化膜从而阻止其进一步反应,材料的密度、相变潜热都比真空中烧结高。三种复合相变材料中,由Al粉制备的热稳定性最差,由Al-12Si合金粉制备的相变潜热、保留率最高,热稳定性及蓄热性能突出。     

用Monte Carlo法对浮法玻璃退火窑间接冷却区内热过程进行数值模拟

基于MonteCarlo法及数值模拟算法,建立了浮法玻璃退火窑间接冷却区（辐射换热冷却区）通用的退火模型,该模型可以对浮法玻璃带在间接冷却区内的退火冷却过程进行模拟仿真。对仿真数据进行现场测试,结果表明：玻璃带与风管的计算值与测量值的最大误差分别为2．12％和-4．64％,整体误差控制在5％以内。     

钙/锌盐复合热稳定剂对CPE高温脱氯化氢的影响

采用刚果红试验法研究钙/锌盐复合热稳定剂对氯化聚乙烯(CPE)脱氯化氢热降解性的影响.结果表明.硬脂酸钙/硬脂酸锌复合热稳定剂与辅助稳定剂环氧大豆油和亚磷酸酯配合使用后具有比普通钙/锌盐更好的稳定效果;当硬脂酸钙/硬脂酸锌并用比为5 : 1,用量为5份,环氧大豆油和亚磷酸酯用量分别为5和1份时,CPE的热稳定性最好.     

壳管式潜热蓄能系统换热特性

针对目前石蜡潜热蓄能系统效率低下的特点,构建了石蜡/膨胀石墨混合相变材料的潜热蓄能系统,研究了其蓄/放热特性,并与纯石蜡相变材料系统进行了对比分析,讨论了不同换热流体流量下的蓄/放热过程的时间周期。用焓法处理相变区域,对该潜热蓄能系统的整体蓄热过程进行数值模拟。研究结果表明,对于石蜡／膨胀石墨复合相变材料,其导热性能较纯石蜡有很大提高,但由于添加了膨胀石墨而减弱了蓄热中石蜡的对流换热。流量提高对蓄/放热速率有明显的改善。焓法模型能全面反映蓄能系统的换热与流动特性,数值计算的结果与实验数据吻合较好。     

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。     

泡沫金属复合PCM微结构传热储热过程模拟

以石蜡作为相变材料（PCM）,采用六面通圆孔三维结构模型,对泡沫金属复合PCM内相变熔化过程进行了数值模拟。研究了不同材料（Cu、Al、Ni、Fe）泡沫金属孔密度和孔隙率对复合PCM传热和储热性能的影响。结果表明,泡沫金属复合PCM传热过程受热传导和自然对流作用综合影响;随孔密度增加,复合PCM完全熔化时间缩短幅度逐渐减小,且泡沫金属热导率越高,孔密度对传热速率影响越大;泡沫金属复合PCM内存在非热平衡现象,孔密度和孔隙率增加均可减小最大平均温差,但对最终平衡时间的影响却截然不同;此外,泡沫金属复合PCM单位质量储热密度随孔隙率增大而增大,相比泡沫Cu、Ni、Fe复合PCM,泡沫Al复合PCM的单位质量储热密度较大,增加速率也较大。     

石蜡-膨胀石墨复合相变材料热导率研究

在石蜡（PA）中复合添加膨胀石墨（EG）是提高石蜡基相变材料导热性能的一种常见方法,准确预测PA-EG复合相变材料的热导率对于其应用十分重要。通过对EG质量分数小于20%的PA-EG复合相变材料微观结构特征的分析,建立了基于EG纤维在PA中均匀分散的微观结构几何模型,数值模拟了完全均匀分散PA-EG单元体的相变过程,分析了EG质量分数及其粒径对PA-EG复合相变材料等效热导率的影响规律,并提出了可适用于不同制备方法的PA-EG复合相变材料热导率预测模型。模型预测结果与已报道EG质量分数小于20%的PA-EG复合相变材料实验结果能较好吻合,误差小于15.1%。     

金属3D打印复合毛细芯孔径配比对环路热管特性影响

环路热管（loop heat pipe,简称LHP）是一种利用工质相变进行热量传递的强化传热元件,广泛应用于余热回收、太阳能集热器以及电子器件散热等。而LHP蒸发器内毛细芯对其工作性能具有决定作用,3D打印毛细芯可克服烧结毛细芯孔径分布不均且随机性高的局限性。本文根据LHP蒸发器内气液两相的流动特点,将3D打印毛细芯的上层定义为吸液层,下层定义为蒸发层,并对其上下层孔径的配比进行研究后发现：在本文所研究的工况下,当蒸发层孔径一定时,增大吸液层孔径会使蒸发区内过热度降低;减小吸液层孔径会使蒸发区内出现干烧现象,二者皆会限制LHP的传热性能。此外,当吸液层孔径一定时,增大蒸发层孔径会造成热泄漏,减小蒸发层孔径可强化LHP在高负荷下的传热性能。蒸发层孔径为100μm、吸液层孔径为200μm的复合毛细芯具有更高的传热系数和热负荷。     

Molecular structure of high melt strength polypropylene and its application to polymer design

We report a numerical technique to investigate the branching process of linear Ziegler-Natta polypropylenes. Using an iterative procedure, linear chains are created based on the molecular weight distribution (MWD) of linear Ziegler-Natta polypropylenes as determined by GPC. By varying one parameter, MWDs of polymers with various levels of branching are simulated, and the simulated MWDs agree very well with experimental GPC data of branched polymers. From the simulation, the average branching parameters as well as the branching distributions of the polymers can be obtained. The branching information is related to the moments of the MWD, and a criterion of the onset of gelation is proposed. The melt flow rate (MFR) is correlated with the weight-average molecular weight. These relationships make it possible to design a polymer having a prescribed MFR.     

保温对地热单井换热性能的影响分析

建立了单井地热传热数学模型,模拟了单井地热流动换热过程,比较分析了不同保温材料及保温深度对采出水温度和取热功率的影响。结果表明：保温材料热导率和保温深度对系统取热功率有很大影响。当保温材料热导率为0.03 W/( m·K)和0.5 W/( m·K)时,平均取热功率分别 为732.08 kW和640.98 kW;采用热导率为0.03 W/( m·K)的保温材料,保温深度1000 m时流体进出口温差为10.33 K,保温深度为2000 m时流体进出口温差为15.98 K,保温深度为3000 m 时流体进出口温差为17.93 K。实际工程中,可以采用各种材料组合安装的形式对采出井进行保温,保温重点为井深较小处,这样既能保证采出水温,又能节约成本。     

石墨烯/镍复合微结构表面的池沸腾传热特性

采用电刷镀和表面改性技术,在紫铜表面制备了纯镍微结构（TS1）、亲水性石墨烯/镍复合微结构（TS2）以及疏水性石墨烯/镍复合微结构（TS3）。采用扫描电镜和接触角测量仪分别对三类微结构的表面形貌和润湿性进行了表征;以去离子水为工质,对三类微结构表面的池沸腾传热特性进行了实验研究,发现含有石墨烯的TS2和TS3较TS1的沸腾传热性能均显著改善,其中,TS3具有最大的传热系数和最高的临界热流密度,与TS1相比,其最大传热系数和临界热流密度分别提高了135%和97%。分析表明,TS3具有复杂三维堆叠微结构,疏水性微结构减小了气泡成核的活化能,增加了核化密度,是传热系数提高的主要因素,同时,三维堆叠微结构增加了受热表面的毛细吸液再润湿能力,是临界热流密度提高的主要机理。     

The dual effect of zirconia fiber on the insulation and mechanical performance of the fumed silica-based thermal insulation material

Inorganic fibers and opacifiers are indispensable for improving the strength and high temperature insulation performance of the fumed silica-based thermal insulation material. However, zirconia fiber enhances the strength of the fumed silica-based thermal insulation material and reduces the radiative heat transfer to replace the opacifier. The sample of fumed SiO₂/Al₂O₃ doped with 7% zirconia fiber (FZ7) has a lower density of 0.70 g/cm³ and a high porosity of 75.0%. In addition, the thermal conductivity of FZ7 at 800 °C is 0.077 W/(m·K), which is lower than the sample of fumed SiO₂/Al₂O₃ doped with 7% glass fiber (FG7) and 0.089 W/(m·K) at 800 °C. The effective extinction coefficient of the thermal insulation material containing zirconia fiber is larger than that of the glass fiber by Fourier transform infrared spectroscopy analysis and calculation, indicating that the zirconia fiber has a distinct absorption and scattering effect on infrared radiation to reduce the radiative heat transfer. Therefore, zirconia fiber enhances the strength and decreases the high temperature thermal conductivity of the composites with the dual effect on the insulation and mechanical performance of the fumed silica-based thermal insulation material.     

多级复合芯结构的强化沸腾传热研究

采用固相烧结技术制备了均匀多孔层、复合16芯和复合32芯三种多孔结构,并且建立了池沸腾传热测试系统来研究不同芯数量、粒径与结构高度对多孔结构沸腾传热性能的影响。实验结果表明,在测试范围内复合层高1 mm的多孔复合32芯结构传热性能较强,临界热通量(CHF)最高为386 W/cm²,传热系数最高达到9.5 W/(cm²·K)。同时利用高速摄影观察气泡行为来研究强化沸腾传热机理。可视化数据表明,相比于光滑表面,在高热通量下多孔复合表面上气泡周期更短,脱离更快,气泡的离开带来了更多的液体补充,进而不断提升传热性能,获得更高的CHF值。     

遮光剂对气凝胶复合材料隔热性能的影响

纯气凝胶对近红外波长几乎透明,遮光剂的加入可以显著抑制气凝胶的高温辐射性能。采用Mie散射理论计算出掺杂不同种类、粒径遮光剂时复合气凝胶的平均消光系数,从而比较它们的遮光效果。采用基于瞬态平面热源法的Hot Disk TPS2500S导热仪测量了不同温度下复合气凝胶的热导率,获得了遮光剂对气凝胶复合材料隔热性能的影响规律,并与理论分析结果进行了对比。理论计算获得的不同温度下复合气凝胶的热导率与实验值符合良好,表明：在研究的范围内,掺杂的最佳遮光剂粒径在3.5 μm左右;SiC的遮光效果比TiO₂、ZrO₂好;存在一个最佳的遮光剂体积含量（3.75%左右）使得复合气凝胶的整体隔热性能最好;所建立的理论模型可用来预测掺杂遮光剂的影响规律。