钢淬火时非线性热问题的研究

基于过热沸腾换热理论,根据钢淬火时表面换热的实际情况,利用能量平面定理建立钢淬火时的换热边界条件;利用显式有限差分法求解钢淬火时非线性热传导方程的逆问题,求解温度场,给出一种确定表面换热系数的方法,从而可以确定钢淬火时表面换热系数与温度的关系,在数值计算中,材料的物性系数视为相变产物体积分数的函数,实验结果表明,钢淬火时的温度场,导热与换热是非线性的,且实验所测的温度场与理论计算的温度场大体吻合。     

压力调节淬火冷却过程的探讨

本文简要分析了淬火工艺的冷却传热过程,指出对淬火冷却起决定性作用的是淬火介质的冷却能力以及由汽泡沸腾换热转变为对流换热时工作表面的温度,即工件表面——淬火介质界面的换热条件;探讨了压力场调节淬火工艺冷却过程的基本原理;最后指出:压力调节淬火冷却过程为淬火工艺优化、工艺技术改造提供了理论基础,同时又为淬火介质冷却特性实现理想化调节提供了新的科学方法。     

水平管道过冷沸腾换热的非稳态数值计算

为研究循环式冷却系中涉及的过冷沸腾流动传热特性,基于VOF多相流模型和Lee相变模型对一水平管道中的过冷流动沸腾过程进行非稳态数值计算。考虑到沸腾起始点的影响,在Lee模型的基础上引入Bergles提出的沸腾起始点关联式以对其进行修正。从热边界层发展和沸腾阶段的发展两方面分析水平管道过冷沸腾换热过程中的流动换热特性及其波动规律,总结了不同热流密度工况下相关参数的分布关系以及对流换热系数沿流动方向的分布规律。结果表明：热边界层的发展和沸腾不断加剧使得流场的不稳定性增加,加热区域后部对流换热系数的波动幅值是入口附近的2倍;热流密度的增加使得流动和换热参数沿流动方向的变化速度加快,热流密度为250 kW/m²工况下,热边界层发展所影响区域约为150 kW/m²工况下的60%;热边界层的发展使得加热段前部的对流换热系数呈现前高后低的特点。当受热区域热流密度较大时,换热设备可以通过减小换热通道长度的方式,在提升换热效率同时减小沸腾带来的换热系数波动的影响。     

带台阶厚壁管类工件水淬温度场的数值模拟

文章以金属淬火冷却过程的连续过冷沸腾换热理论为基础，利用非线性热分析的有限元算法，以有限元分析软件ANSYS为分析工具，对45钢带台阶厚壁管类工件水淬过程进了计算机模拟，得到瞬态温度场分布，给出了可视化的分析结果，并对计算结果进行分析。     

1045钢淬火时温度场的数值模拟

基于实验测定的1045钢淬火冷却曲线，应用有限差分原理和非线性估计法对非线性导热方程的逆问题进行了求解，给出了一种求解钢淬火时非线性表面换热系数的方法；应用数学转换方法计算了1045钢在连续冷却时奥氏体、珠光体、贝氏体和马氏体的体积百分数．应用有限元分析软件．ANSYS计算了1045钢淬火时具有相交和非线性表面换热系数的温度场．研究表明，钢淬火时的温度场、导热与换热是非线性的，温度场的计算结果和实验结果比较吻合．     

一种新型的底喷式淬火技术

应用有限元方法,以水为淬火介质,以27Si Mn钢管为对象,对底喷式淬火时淬火槽内水流速度分布、对流换热系数以及钢管冷却速度等进行研究。结果表明:距管壁10 mm处的轴向流速呈现单调增大趋势。对流换热系数在淬火开始后迅速达到峰值,几乎没有经历蒸气膜阶段而直接进入沸腾冷却阶段,因而冷却能力很强,钢管温度降至600℃后,换热系数基本维持不变。钢管壁芯部的温度在整个淬火过程中冷却最慢且温度变化平缓,而钢管表面温度的变化过程可以分成温度速降区、台阶状温度过渡区和稳定冷却区三个阶段。钢管内、外壁冷却速度基本相同。     

超亲水表面在淬火冷却过程中的沸腾传热特性

为了研究超亲水表面对于沸腾传热的强化效果,将氧化硅纳米颗粒沉积在不锈钢球表面上制备一种静态接触角接近于0°的超亲水表面,利用瞬态淬火的方法研究该表面在淬火冷却过程中的沸腾传热特性.实验结果表明,超亲水表面有效提高了淬火速率,冷却时间较原始表面缩短了56.5%.该表面显著提高了临界热流密度及其所对应的表面过热度,较之原始表面分别提高了72.8%和23.3%.超亲水表面润湿性能的改善和汽化核心数的增加对过渡沸腾阶段的传热机理产生了重要影响,可以显著地观察到过渡-膜态沸腾和过渡-核态沸腾2个不同的阶段.     

管壳式换热器沸腾传热工艺设计分析

传统传热中的无相变传热由于低下的换热效率,在工业技术飞速发展的今天逐渐地暴露出了越来越多的缺陷及不足。因此,基于此形势,如何实现管壳式换热器传热效率的有效提升,也就成为当前摆在人们面前的一项重要课题。沸腾传热作为一种相变传热形式,其传热相率相比无相变换热要明显较高,所以在未来的发展过程中,沸腾传热也必将成为一种主流趋势。基于此,本文就基于沸腾传热的机理,针对管壳式换热器沸腾传热工艺进行了分析和说明,希望能够为后期的相关工作有所帮助。     

电场极性对池沸腾换热影响的机理

对电场极性影响池沸腾换热的机理进行了理论分析和实验研究。在实验中,换热面为一平板并接地作为0电极,高压电极为平行于换热面的线状电极。实验结果表明,正电压下的强化换热效果优于负电压下的强化换热效果。这是由于施加正电压时不会有阴极发射电子现象,而施加负电压会有阴极发射电子现象,阴极发射电子削弱了电场对沸腾换热的作用。     

EHD强化微细槽道相变传热及混沌特性

为研究电水动力学(EHD)强化微细槽道相变传热机理,以去离子水为工质,在横截面分别为2mm×2mm和3mm×3mm的微细槽道内对EHD强化微细槽道相变换热进行了实验研究.利用李雅普诺夫指数、关联维数和熵对2mm×2mm微细槽道进出口压差的时间序列进行混沌特性分析.试验结果表明,施加电场作用时动力系统的混沌程度比不施加电场时高,说明在施加电场作用时,试验段的沸腾传热得到了强化,从动力学角度证明了施加电场能起到强化微细槽道相变传热的作用.     

微管道内壁面轴向热流实验研究

以蒸馏水流过内径分别为168μm和399μm的不锈钢微管,研究了微管壁面温度分布和壁面轴向导热特征.依据微面热成像技术,用红外热像仪获得了恒定雷诺数和不同加热功率下微管壁面温度分布图.用一个简化的数学模型表示了壁面轴向导热和流体对流传热关系.实验和理论分析表明微管内壁面轴向导热量微小,与液体对流换热相比可以忽略.     

微钢管轴向导热对对流换热的影响

以氮气为工质,流过内径为168μm、外径406μm微钢管,采用直接通电法进行加热,并使用红外成像仪加红外专用放大镜头测量了在恒定的流量下、不同加热功率以及相同加热功率、不同流量下的微钢管壁面的温度场,获得精确的微管外壁温度分布,同时测量了氮气的进出口温度和流量.根据实验结果分析了微管轴向导热对管内部对流换热的影响.研究表明,在氮气为工质下,微钢管轴向导热导致内部换热的减弱,减少量超过总对流换热量的2%.     

有渗流时地热换热器温度响应的解析解

为确定地下水渗流对竖直埋管地热换热器的影响,建立了多孔介质中有渗流时的换热能量方程,得到了有渗流时无限大介质中线热源温度响应的解析解。归纳得出影响这一传热过程的无量纲量,并分析了地下水渗流对地热换热器中温度场的影响。分析计算的结果表明:适度的地下水渗流对原一维温度场的影响明显。地下水渗流越大,温度场变形越显著,达到稳态的时间越短,稳态过余温度越低。     

X70管线钢热轧钢卷冷却过程中的相变与应力变化

为了分析钢卷冷却对带钢板形的影响,运用有限元方法研究了层流冷却后的X70管线钢热轧钢卷冷却过程,建立了热轧钢卷热力耦合模型,计算了卷取温度分别为500℃和550℃时冷却过程中的钢卷温度、相变体积分数、残余应力.模型考虑了钢卷径向层间接触对传热的影响,以及钢卷内径壁、外径壁和2个端面的换热系数的差异.结果表明:冷却过程中,钢卷的温度和相变不均匀使得钢卷的切向上边部受拉应力,而中部受压应力;钢卷在550℃卷取后,带钢边部20 mm以内的拉应力超过基体的屈服应力,板形有边浪趋势;降低带钢的卷取温度至500℃促进相变充分进行,有利于钢卷冷却后残余应力的降低.开卷后X70管线钢的边浪和横向C型弯曲板形是不均匀的层流冷却和不均匀钢卷冷却共同作用的结果.     

基于 RBF神经网络的水平光管内R407C流动沸腾换热预测

基于 RBF神经网络建立了水平光管内混合工质 R407C流动沸腾换热的预测模型,以质流密度(G),热通量(q),干度(x),饱和温度(Tsat)和光管内径(D)作为网络输入,流动沸腾换热系数(h)作为网络输出,神经网络模型通过训练学习,对水平光管内 R407C的流动沸腾换热系数进行预测,经实验数据验证,预测结果与实验结果吻合较好,网络预测的平均误差为-0.9%,绝对误差为5.5%,均方根误差为10.9%,并且网络预测结果与四个传统关联式的计算结果相比有了明显的改善.由此说明该模型适用于水平光管内 R407C的流动沸腾换热预测,对采用 R407C制冷系统管式蒸发器的优化设计具有一定的指导意义     

水—碳钢热虹吸管的相容性及热管性能的初探

本文讨论了水—碳钢热管的相容性问题。分析了金属腐蚀的基本原理并据此提出了解决水—碳钢相容性的措施:管壳钝化处理,缓蚀浸泡、工质中添加缓蚀剂以及沸腾排气法等。测定了实验热管的性能,包括起动温度、起动时间、温差水平以及传热性能等,取得了理想的结果。在寿命实验中持续运行了5000小时以上,未发现任何明显变化。     

转炉炉口段汽化烟道热应力研究

针对转炉汽化烟道尤其是炉口段烟道使用寿命不理想的问题,基于Ansys Workbench仿真平台,研究其热应力。采用Fluent多相流混合物模型,通过用户自定义编程实现对流动沸腾的模拟,对烟道体与冷却工质组成的流固耦合传热系统进行整场求解,考虑温度对冷却工质和烟道材料物性参数的影响,得到烟道的温度场分布;考虑温度对烟道材料物性参数和力学性能的影响,在Static Structure模块中,将温度场结果作为体载荷施加到烟道上进行热应力计算。结果表明:烟道背烟侧热应力较高,尤其是烟道底部背烟侧水冷壁管;隔板的应力不高,但超过屈服极限,导致其发生塑性变形,故隔板是烟道的薄弱部位。     

基于导热传递函数的球壳体动态导热特性研究

为分析球壳体导热系统的动态导热特性，推导了其导热传递函数的表达式.通过建立球壳体导热系统在球面坐标下的一维物理模型，用拉普拉斯变换法求解了描述其非稳态导热过程的微分方程，并推导出了球壳体的导热传递函数.在不同的边界条件下对球壳体导热传递函数的具体表达式进行了讨论.通过导热传递函数求得了一个具体球壳体系统温度输出与温度激励的振幅比和相位差的表达式，并由此分析了该系统振幅比和相位差随半径以及温度激励频率的变化规律.计算结果表明，利用导热传递函数可以全面表征球壳体的动态导热特性，并为此类导热问题及其反问题的分析和求解提供了新的思路     

Bubble formation of liquid boiling in microchannels

Ｂｏｉｌｉｎｇｏｆｌｉｑｕｉｄｓｉｎｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌｓａｎｄ/ｏｒｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ,ａｓｏｎｅｏｆｔｈｅｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｐｉｃｓｉｎｔｈｉｓａｒｅａ,ｈａｓｕｎｉｑｕｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｄｅｖｉｃｅｓｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｏｆｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｏｔｈｅｒａｄｖａｎｃｅｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｒｅｑｕｉｒｉｎｇｖｅｒｙｃｏｍｐａｃｔａｎｄｅｘｔｒｅｍｅｌｙｌａｒｇｅｈｅａ…