一维热电模块的瞬态传热过程研究

建立一维热电模块的瞬态传热模型,考虑赛贝克效应、帕尔贴效应、焦耳热效应和汤姆孙效应,分析其瞬态传热和发电过程特性。模拟热电模块的瞬态传热过程,得到一维热电模块随时间变化的温度分布,获得起始与稳定下的温度分布曲线形状。在冷热端条件不同情况下,分析热电模块瞬态传热过程的温度分布,并对热电模块的电动势、闭合回路电流和最大输出功率在瞬态传热情况下进行研究。     

叶片热障涂层结构内的非定常传热效应

在热冲击与脉动热流边界条件下,应用数值方法求解一维非傅立叶导热方程,分析双层结构热障涂层内的一维非定常传热特性。计算模型引入壁面曲率修正,考虑了涡轮叶片表面的型线曲率影响。分析结果表明:涂层材料热松弛时间的长短是瞬态传热特性的决定因素。边界受瞬态冲击热流条件下,涂层内的温度分布在10倍的松弛时间后达到平衡分布。边界热流脉动周期与松弛时间相当时,涂层内热流出现了波状传输,热障涂层内的温度呈波状分布。非傅立叶导热方程预测的温度交变厚度大于抛物型方程预测的厚度,显示了高频热流作用下,涂层材料可能发生疲劳破坏。叶片表面的的凸形曲率以指数率形式,增强了涂层内温度波幅度,解释了叶片前缘等处涂层易出现裂纹的现象。     

相变储能堆积床传热特性的研究

基于多孔介质传热理论,建立了储能堆积床的传热模型.在此基础上分析了换热流体流量、温度、单元尺寸、相变材料导热系数和孔隙率等参数对堆积床传热特性的影响.研究表明,提高相变材料的导热系数,增大换热流体温差或减小单元尺寸对堆积床传热速率有明显提高,而提高换热流体流量,增大对流换热系数对传热速率的影响不明显.因而强化相变材料侧的传热过程是提高堆积床传热速率的有效途径.     

非均质温差发电器的性能分析

建立非均质温差发电器(TEG)理论模型,考虑热电材料的非均质导热系数以及温差发电器与热源间的传热热阻的影响,分析非均质温差发电器的一般性能.讨论热电元件对数、热导率、高温热源温度对非均质温差发电器性能特性的影响.结果表明,相较于均质温差发电器,导热系数不均匀强度越大,非均质温差发电器的最大输出功率和最大效率越高;热电元...     

石蜡基碳纳米管复合相变材料的热物性研究

以多壁碳纳米管为填料,制备了不同质量分数(1%～5%)的石蜡基纳米复合相变材料。采用差示扫描量热技术对所制备复合相变材料的相变特性进行了表征,其导热性能则通过瞬态热线法导热仪进行了测量。实验结果发现,虽然复合相变材料的相变温度几乎不变,但其相变焓则随碳纳米管的加载量的增加而近似线性下降。在质量分数为5%时,相变焓较纯石蜡下降了约15%。复合相变材料的导热系数大致随温度的升高而降低,而在30和50℃时分别由于固固和固液相变的作用,导热系数测量值出现了较大程度的突增。此外,导热系数随质量分数呈线性增长的趋势,在质量分数为5%时,最大的相对提升率接近40%,展现了良好的导热强化效果。     

保温材料热物性测试的实验及数值研究

针对保温材料导热系数低,采用常规的导热系数测试方法难以获得准确结果的问题,根据瞬态法导热系数测试原理,对常功率平面热源法进行了研究。建立传热的二维瞬态数学模型,借助FLUENT有限体积软件对常功率平面热源法中试样的温度分布和热量传递规律进行数值模拟,开发了一套保温材料导热系数测试装置。测试结果与文献数据能较好的吻合,最大误差不超过4％。测试结果可靠,测试精度较高。     

点加热稳态导热系数测量方法研究

针对稳态导热系数测量方法测量过程时间较长、测量装置复杂、以及样品制备和加工工艺复杂等现状,提出了一种新型的点加热稳态导热系数测量方法,构建相应的三维稳态传热物理模型,使加热面温升只与热流密度、样品导热系数和测温点位置相关。通过聚焦连续激光加热样品,缩短样品达稳态时长至分钟量级;建立对照光路消除表面发射率和激光稳定性对温度测量的影响;红外热像仪测量加热表面稳态温度分布,结合物理模型实现导热系数测量。采用多种已知导热系数的标准材料和线性法对测量方法进行验证,并应用该方法测量硅藻土导热系数为0.49～0.60 W/(m·K),误差为6.06%。该方法的测量迅速及非接触特性使其可应用于工程实地测量。     

石墨烯/碳纳米管/环氧树脂复合材料的导热性能的实验研究

在微电子领域中,随着元器件的体积微小化,要求导热材料具备体积小、高导热的特点。高分子导热复合材料能很好的解决器件在不同的工作环境中仍能保持正常的散热问题。以环氧树脂(EP)为基体,石墨烯粉末(GP)和多壁碳纳米管(MWCNTs)为导热填料,采用溶剂和超声分散法,制备出石墨烯/碳纳米管/环氧树脂复合材料。实验采用瞬态电热技术测量其导热系数,结果显示,石墨烯与碳纳米管协同作为导热填料时,复合材料导热性优于单独添加导热填料(GP或MWCNTs),且随着GP所占比例的增大复合材料的导热系数越大。当GP和MWCNTs比例分别为0.7%和0.3%时,复合材料导热系数为0.940 W/(m·K),相比于纯EP导热系数提高了286.83%。     

太阳能平板型吸附床强化传热的分析

通过对太阳能平板型吸附床内温度分布的计算,分析了吸附床中嵌入金属助片和吸附剂（活性炭）中掺入铜粉等提高其导热系数的强化传热 方法的效果,认为当肋片的间距在6cm左右或增大吸附剂的导热系数到0．4－0.6W/(m.℃）时,吸附床内厚度方向的温度分布近乎直线,温度梯度较小,同时,胁片的热容对吸附床的整体温度的提高有很大影响。     

用于现场测量深层岩土导热系数的简化方法

为便于工程上实现应用现场测量确定实际介质的物性,采用一种简化的传热分析方法确定深层岩土导热系数。该方法不需要测量钻孔中埋管的具体位置、上升管和下降管之间的距离以及埋管和回填材料的特性等参数,可消除上述参数测量带来的误差。通过现场测量地下埋管回路的加热热流、回路循环水流量以及回路出入口水温度随时间的变化,利用简化分析和最优化估计方法,确定了某工地地下岩土的导热系数,检验证实了该方法的实用性和可靠性。     

地下土壤导热系数确定中影响因素分析

利用有限元热分析平台,建立了二维瞬态有限元模型,计算确定了竖孔U型管地下换热器周边的土壤导热系数,并着重对主要影响参数进行了比较分析.讨论了测量时间、土壤初始温度、土壤体积比热、回填料物性参数和管间距等因素对土壤导热系数的影响程度和敏感性.     

光学热带法测量固态材料热物性研究

针对接触式瞬态热带法测量导热系数时,加热丝和样品间接触热阻,会影响实验测量结果以及对固体样品形状大小要求较高的现状,根据瞬态热带法原理,本文提出了一种光学瞬态热带法来测量固体材料的导热系数。采用连续激光为加热源,通过透镜将光斑放大并聚焦照射在样品表面,实现样品非接触式测量。构建二维导热模型,采用红外热像仪记录样品表面温升随时间的变化关系,根据导热理论模型求出待测样品的热扩散系数及导热系数。以K9和石英玻璃为样品对本套测量方法进行验证,制备并测量了纯石蜡、0.5%和1%石墨烯-石蜡的固态复合相变材料的导热系数,探讨了影响实验结果的潜在因素。     

Optimal analysis of the exothermic process of a Mg/MgH2 thermochemical heat storage system

基于镁/氢化镁热化学储热系统,建立了二维非稳态数学模型.对吸氢放热过程中的传热传质现象进行了数值模拟,主要研究了壁面温度和反应床当量导热系数对系统反应速率的影响.结果表明,放热过程中存在最佳的壁面温度使反应速率达到最快,过高或者过低的壁面温度都将使反应床的温度偏离理论上的最佳值,从而降低反应速率.针对不同当量导热系数的反应床,最佳壁面温度也不相同;反应床的当量导热系数并非越大越好,应该根据具体的边界温度以及氢气压力情况进行合理的选择以获得最佳的反应速率.     

Paraffin based composite phase change materials for thermal energy storage: Thermal conductivity enhancement

为提高石蜡作为固-液相变储热材料的导热性能,在石蜡(PW)中掺加高导热系数的碳纳米管(CNTs),制备了碳纳米管-石蜡复合相变材料(PW-CNTs).为进一步增强PW-CNTs的传热性能,通过内置金属网结构,利用金属网的高导热性,加快PW-CNTs作为相变材料的充放热速率.测试了PW-CNTs的熔点和相变潜热,导热系数以及置入金属网前后的充放热时间.结果显示,PW-CNTs的导热系数较石蜡得到显著提高,其中掺加10%(质量分数)CNTs的复合材料的固态,液态导热系数平均分别提高31.4%,40.2%.置入金属网结构后,PW-CNTs的充放热时间至少分别缩短了40.3%和30.2%.此外,碳纳米管在石蜡中易发生团聚沉积,针对这一特点,对PW-CNTs进行了多次热循环,研究了热循环对PW-CNTs导热系数的影响.     

溶胶-凝胶法氧化锌薄膜导热性能实验研究

采用溶胶-凝胶法制备氧化锌前驱体溶液,用浸渍提拉法在玻璃纤维上制备厚度分别为39和17 nm的氧化锌薄膜,利用瞬态电热技术测量得到100和200℃退火温度下氧化锌薄膜沿面内方向的导热系数,并对影响结果的因素进行分析。实验结果表明,前驱体溶液浓度增加,氧化锌薄膜导热系数变大,且100℃退火下氧化锌薄膜的导热系数大于200℃退火下导热系数。     

阶跃热流加热下两接触平板间的非Fourier传热研究

建立两接触平板在阶跃热流加热下的非Fourier导热模型,研究了两平板间的接触热阻及平板的导热系数、导温系数、松弛时间对非Fourier传热过程的影响,指出各平板内热波的传递具有反射性、波幅衰减性和瞬时性的特点。     

氧气底吹转炉底吹喷嘴传热数值模拟研究

底吹喷嘴附近烧损一直是氧气底吹转炉炼钢的关键问题,建立了氧气底吹转炉喷嘴附近传热模型,本模型认为炉底热量来源于火点区的辐射热和钢水流动的对流换热。讨论和分析了底吹喷嘴及耐火砖的温度场,与实验数据吻合:在底吹喷嘴的高度方向上,发现喷嘴和底部耐火砖热端面温度最高。利用该传热模型,研究了不同材质内管的温度场的分布。其中导热系数大的材料温度梯度小,热端面的温度低;导热系数小的材料温度梯度大,热端面的温度高。因此从抑制喷嘴烧损的角度内管应选择导热系数较大的材料。     

基于非接触测量的圆柱相界面对流传热系数计算方法研究

为发挥非接触测量实验方法在相变对流换热研究中的优点,充分考虑显热传热在整个相变传热中的作用,以长圆柱对流融化过程为研究对象,建立圆柱内部导热控制方程及定解条件,采用三次多项式热平衡积分方法进行近似求解,构建基于非接触测量的圆柱相界面对流换热系数计算方法。建立水流顺掠冰柱实验台,通过对实验例题的分析与讨论得到结论如下:圆柱相界面对流换热系数与相界面位置、圆柱半径融化速率、融化时间、圆柱初始温度及圆柱中心温度等参数有关,该计算方法能够较好的反映出显热变化对于对流换热系数的影响;相界面位置是影响对流换热系数计算准确性的主要因素,提高其测量准确性是减小计算误差的主要努力方向。     

固体吸附式制冷系统中吸附剂粒径及吸附床总孔隙率对吸附床传热性能的影响研究

文章采用数值模拟方法研究了圆筒型吸附床的二维非稳态脱附传热过程,并基于综合导热系数和接触热阻分析了吸附剂的粒径和吸附床的总孔隙率对吸附床传热性能的影响,以及吸附床的总孔隙率与吸附剂粒径的最优组合。分析结果表明:当吸附床的总孔隙率较大时,吸附剂粒径对吸附床传热性能的影响更为明显,且吸附剂粒径越小,吸附床的传热性能越好;随着吸附剂粒径逐渐增大,吸附床总孔隙率对吸附床传热性能的影响呈现出不同的变化趋势;当吸附剂的粒径较小且吸附床的总孔隙率较大时,吸附床的传热性能最优。     

基于共轭传热的火灾条件下复合材料储氢瓶的传热行为

复合材料储氢瓶为氢燃料电池汽车的关键部件,其在火灾条件下的瞬态传热行为的精准预测对储氢瓶的失效判断至关重要.文中提出了一种基于多重区域的实时双向耦合共轭传热模型,用于模拟复合材料储氢瓶在火灾条件下的瞬态传热特性.共轭传热模型采用大涡模拟(LES)对瓶外流体计算区域的火灾进行了数值模拟,并对复合材料缠绕层、高密度聚乙烯内胆和瓶内高压氢气3个计算区域分别建立了基于有限体积法的三维导热方程.复合材料缠绕层的导热模型考虑了高温热解和热解气的对流及冷却作用,并采用了依赖于复合材料成分和温度的可变物性.结合某商用Ⅳ型储氢瓶的池火火灾试验,验证了所提出的共轭传热模型的可靠性,并对其瞬态传热特性进行了数值研究.