基于温度突变模型的冷屏预冷时间计算

为了优化冷屏的预冷系统设计,引入了温度突变模型来分析冷屏的预冷问题。首先介绍了温度突变模型的基理,阐述了将冷屏简化成低温液体输运管的思想。然后对一个大型空间模拟环境试验舱的低温泵氦板预冷系统进行了研究,利用温度突变模型计算得到其理论预冷时间和实际测得的时间相吻合,证明了该模型是可行的。还提出为原始的温度突变模型添加一个修正系数的思想,以便让该模型更加适用于冷屏的预冷过程分析。     

考虑结构热变形的机床进给系统热误差研究

为系统研究精密机床进给系统热误差的形成机理及其影响因素，提出了一种考虑结构热变形的进给系统热误差建模方法。在考虑进给系统内生热源及冷却系统对丝杠螺母副的温升和丝杠热变形作用机制的前提下，同时考虑了进给系统内生热源对精密机床结构大件（床身、立柱、溜板）热态特性的影响规律。通过分析结构热变形引起的进给系统电机座和轴承座相对位置的变化，建立了综合考虑结构大件和丝杠热变形的进给系统热误差模型。以JIG630精密卧式加工中心为例，进行了考虑结构热变形和不考虑结构热变形的进给系统热误差建模与仿真分析，并开展了相应的测试验证实验。结果表明考虑结构热变形的进给系统热误差模型仿真值与实验结果具有更高的一致性。该建模方法对精密机床进给系统热平衡设计、热误差的控制与补偿具有重要参考意义。     

考虑热效应复合材料典型壁板结构模态演变规律

以复合材料加筋板和连接板为研究对象,进行了考虑材料物性变化、热应力及热变形影响因素的跨越屈曲温度热模态分析,研究了壁板结构的模态演变规律。结果表明：热屈曲前,结构各阶频率因受材料物性变化和热应力的影响逐渐减小,而热屈曲后引起的大变形起到增加结构刚度的作用,频率转而增大。热效应会导致结构模态发生相互演变的现象,且高温阶段具有模态密集特征;加筋板的初始挠度、加筋尺寸和方式不仅改变结构热屈曲温度,也会使模态形式发生变化并呈现局部化特点;连接板结构均匀受热后产生的热变形,会"刚化"与其相似的模态,使该阶模态随着温升跃迁至高阶位置。     

考虑刚度特性的零热膨胀复合材料高许用温变设计

材料的宏观零热膨胀可以通过两种不同的正热膨胀材料在单胞尺度上的复合实现。该类材料虽然能在较大温度波动环境下保持较高的几何稳定性,但两种材料之间过大的热应力很容易导致材料失效,从而限制其许用温度变化范围(简称许用温变)。为此,提出以单位温升的最大热应力作为零热膨胀材料许用温变的衡量指标,通过解析和有限元数值仿真两种方法,对三种典型弯曲变形机制的零热膨胀材料进行许用温变和刚度特性分析,揭示了单胞可设计参数对其性能的影响规律。结果表明:在满足零热膨胀条件下,通过合理的单胞结构设计和选材设计,可以实现刚度与许用温变双目标共赢。      

Ｎi—Al喷涂层中温反应烧结的温度变化模型

基于Ｎi-Al喷涂层反应烧结的特点，提出了涂层反应放热过程的温度变化模型及计算方法，研究了Ni-Al混哈喷涂层（９４％Ｎi 6%Al）在中温保护气氛下反应烧结的界面组织及反应区温度变化过程，计算表明：反应区存在非金属间化合物液相，同时由于Ni-Al在中温条件下发生反9应并在局部形成高温，使涂层具有良好的力学性能。     

热沉调温系统中的热学模型分析

通过分析热沉调温系统中热沉、载冷剂、试件间的热量传递关系,在工程应用允许的范围内,基于一定的假设,对热沉与载冷剂、热沉与试件以及试件本身3部分分别进行了热学模型的建模分析,并将以上3个模型通过模糊PID控制算法进行关联,仿真模拟了载冷剂先通过对流换热控制热沉温度,热沉再通过辐射换热来控制试件温度的整个调温过程。结果显示调温过程初期试件温度迅速降低;接近目标温度后,载冷剂温度升高带动热沉温度升高,从而减小试件温度降温速度;系统稳定到目标温度设定偏差范围内后,试件温度收敛,热沉与载冷剂温度维持恒定状态。     

考虑主动散热圆柱多孔夹层材料等效热导率及散热性能

针对多孔夹层圆柱壳的主动散热性能以及等效热导率的计算问题,通过推导多孔结构的等效热导率和主动散热状态下的稳态温度控制方程,在对流换热条件下,计算了考虑主动散热后所折减的等效热导率,及其与结构相对密度和流体流速之间的关系。采用考虑主动散热的等效热导率,计算结构瞬态温度分布,并与有限元结果进行对比。同时,计算了夹层圆柱壳相对密度和结构散热性能的关系以及最大散热性能相对应的最优相对密度和最优杆件厚度。通过瞬态温度分布结果与有限元结果对比,得到采用考虑主动散热的等效热导率所得结果与有限元结果吻合,说明了计算等效热导率方法的有效性,并且可以准确地计算瞬态温度分布;同时分析得到等效热导率随着流体流速的增大而减小,随着结构相对密度的增大而增大;在相同结构质量下,正方形和正六边形构型具有较好的主动散热性能。     

动态热过程分析用建筑几何模型的构建

建筑墙体表面的太阳直射辐射投影及辐射强度随时间发生很大变化,该变化在已有的动态热过程算法框架内很难直接计算。根据建筑传热模型特点和计算机图形学原理,构建了动态热过程的建筑几何模型,该模型将建筑空间抽象为由矢量平面围成的空间区域的集合;提出了建筑几何模型的核心计算方法,即三维空间内直线与表面的矢量运算。该建筑几何模型能解决建筑动态热过程中直接计算建筑墙体表面之间的太阳直射辐射换热和太阳直射辐射投影等问题,并对空气流通、楼房之间的相互遮阳和光污染等问题的研究也具有实际意义。     

预报纤维增强复合材料有效热导率的随机微结构胞元模型

发展了能预报复合材料有效性质的随机微结构胞元模型以预测单向纤维增强复合材料横向热导率。研究了能反映宏观有效性质的模型最小化问题, 探讨了微结构影响宏观有效热传导性能的机制。结果表明: 通过对模型指定周期边界条件并且以多个合适的小规模模型计算的平均值取代大模型计算, 可大大改进收敛性并提高计算效率, 从10×10个到30×30个子胞的模型, 所得有效热导率计算结果的最大相对变化量仅为0.6%。不同纤维排列引起热流穿过热阻大的基体的路径长度改变, 造成有效热导率不同; 纤维热导率远大于基体热导率时, 纤维随机分布造成纤维偏聚, 部分纤维接触形成"热流通道", 使得有效热导率增大, 揭示了某一体积分数下有效热导率急剧增加是由"热流通道"贯通引起。与实验结果的比较说明了微结构随机性研究的必要性和本文工作的实用价值。     

三维数值模型及其在地源热泵岩土热物性计算中的应用

利用有限体积法,在Matlab平台上建立三维数值模型,通过经典线热源模型对该模型进行验证,并介绍工程应用。该模型能够反映实际钻孔参数,适应U形埋管内流量波动、加热功率较大波动等情况。结合实际测试数据,应用该模型可反演得到地源热泵岩土热物性参数。且该模型能够克服经典线热源模型忽略钻孔内容积比热容的局限性,更好地反映实际地源热泵岩土热响应情况。     

An apparatus for noncontact measurement of thermal conductivity by thermal radiation heating

Thermal radiation calorimetry was applied to measure the thermal conductivity of insulating solid specimens. We consider the system in which a disk-shaped specimen and a flat heater are mounted in a vacuum chamber with the specimen heated on one face by irradiation. A temperature difference between two faces was observed at elevated temperatures under steady-state conditions. An apparatus was developed using a thin graphite sheet as the heater element. Disk-shaped Pyrex glass and Pyroceram specimens, whose surfaces were blackened with colloidal graphite, were used in the measurements. Noncontact temperature measurement was performed using pyrometers and a thermocouple set in the gap between the heater and the specimen. Deviations of the estimated thermal conductivities from the recommended values were about 5% in the temperature range 250 to 800°C. Paper presented at the Fourth Asian Thermophysical Properties Conference, September 5–8, 1995, Tokyo, Japan.     

探针法测量低温下猪主动脉导热系数研究

低温下导热系数测定对生物器官的低温保存、低温外科医学及数值模拟计算至关重要.在分析探针法测量原理的基础上,用探针法对低温下猪主动脉的导热系数进行了测量研究.实验表明探针在用甘油和蒸馏水进行标定后,可以方便准确地测量-90～-35℃温区下猪主动脉的导热系数.     

基于纳米颗粒小尺度效应的纳米流体有效热导率模型

通过分析基于纳米颗粒小尺度效应的纳米流体热流传递的机理,建立纳米流体有效热导率的预测模型。将本模型与实验数据及经典模型对比,发现在常温下本模型和经典模型计算值均能较好地预测纳米流体的热导率,但在温度较高时本模型与实验值更接近,表明其更适用于计算不同温度下纳米流体的热导率。在此基础上,讨论了温度、纳米颗粒体积浓度和粒径对纳米流体热导率的影响,以及在不同温度下纳米颗粒及基液两者对增大纳米流体热导率的贡献。     

考虑界面层和孔隙的SiCf/SiCm复合材料热膨胀性能研究

以三维四向编织SiCf/SiCm复合材料为对象,建立基于周期性边界条件、包含界面层和孔隙的复合材料单胞有限元模型,模型细观结构与工业CT扫描结果一致。计算了材料各个方向的热膨胀系数,发现界面层对纤维束热膨胀系数的影响不可忽略,基体孔隙位置的随机分布对热膨胀系数计算结果没有影响,孔隙率的增加会引起系数的显著减小,对胞元的热应力分析表明纤维束上的热应力水平大于基体。通过自由膨胀加温试验对材料纵向热膨胀系数进行了测定,在室温至1100℃区间内热膨胀性能稳定,试验结果与预测值符合较好。可为含界面层和基体孔隙的三维编织复合材料及其他多孔复合材料热膨胀性能研究提供理论基础。     

Improved thermal resistance network model of motorized spindle system considering temperature variation of cooling system

In the motorized spindle system of a computer numerical control (CNC) machine tool, internal heat sources are formed during high-speed rotation; these cause thermal errors and affect the machining accuracy. To address this problem, in this study, a thermal resistance network model of the motorized spindle system is established based on the heat transfer theory. The heat balance equations of the critical thermal nodes are established according to this model with Kirchhoff's law. Then, they are solved using the Newmark-β method to obtain the temperature of each main component, and steady thermal analysis and transient thermal analysis of the motorized spindle system are performed. In order to obtain accurate thermal characteristics of the spindle system, the thermalconduction resistance of each component and the thermalconvection resistance between the cooling system and the components of the spindle system are accurately obtained considering the effect of the heat exchanger on the temperature of the coolant in the cooling system. Simultaneously, high-precision magnetic temperature sensors are used to detect the temperature variation of the spindle in the CNC machining center at different rotational speeds. The experimental results demonstrate that the thermal resistance network model can predict the temperature field distribution in the spindle system with reasonable accuracy. In addition, the influences of the rotational speed and cooling conditions on the temperature increase of the main components of the spindle system are analyzed. Finally, a few recommendations are provided to improve the thermal performance of the spindle system under different operational conditions.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-018-0239-4     

Concurrent design of composite materials and structures considering thermal conductivity constraints

This article introduces thermal conductivity constraints into concurrent design. The influence of thermal conductivity on macrostructure and orthotropic composite material is extensively investigated using the minimum mean compliance as the objective function. To simultaneously control the amounts of different phase materials, a given mass fraction is applied in the optimization algorithm. Two phase materials are assumed to compete with each other to be distributed during the process of maximizing stiffness and thermal conductivity when the mass fraction constraint is small, where phase 1 has superior stiffness and thermal conductivity whereas phase 2 has a superior ratio of stiffness to density. The effective properties of the material microstructure are computed by a numerical homogenization technique, in which the effective elasticity matrix is applied to macrostructural analyses and the effective thermal conductivity matrix is applied to the thermal conductivity constraint. To validate the effectiveness of the proposed optimization algorithm, several three-dimensional illustrative examples are provided and the features under different boundary conditions are analysed.     

复合材料热传导性能的变分渐近均匀化细观力学模型

为准确预测非均质复合材料的有效热导率和局部温度场分布,采用单胞变分渐近均匀化方法构建了一种新的细观力学模型。首先从非均质连续体热传导变分问题入手,使用变分渐近法将其细观力学模型转换为约束条件下泛函的最小化——取驻值问题;使用有限元法(FEM)推导了离散形式能量泛函的最小化求解过程;根据宏观性能(如全局温度及相应的梯度和波动函数)重构单胞的局部温度场和热通量。采用多个二元复合材料算例验证了所构建理论和程序的有效性和准确性。     

强激光对生物组织热作用的一个分析模型

本文在分析生物的传热传质过程的基础上 ,提出了结合实际的生物组织热作用的一个分析模型 :在诸相变边界上物性参数为阶跃函数的多边界 Stefan问题 .进行了一维问题的数值求解 ,它可以确定汽化区的尺寸以及边界的移动速度 ,进而估算出生物组织热损伤区的大小 .并将结果与实验进行了比较 ,来检验模型的合理性 ,得出该模型与实际生物组织热损伤过程相符合的结论     

低温液体热分层特性分析

通过对自然对流的产生及形成过程的描述,分析了低温液体热分层的形成机理及发展规律,并结合低温液体热物性,阐述了产生低温液体热分层的前提条件及影响热分层发展速率的主导因素.分析表明,低温液体热分层是自然对流和热物性参数综合影响的结果,液体的饱和温度越低,热分层现象越严重.     

石墨泡沫/共晶盐等效导热系数的理论研究

为了研究石墨泡沫/共晶盐复合相变材料的等效导热系数,提出了一个立方单元模型。即6块中间开孔的板围成的立方体结构。此模型可通过改变板厚及连通孔直径表征复合材料不同孔隙度下的内部结构。首先根据热阻分析得到石墨泡沫/空气的等效导热系数,与文献中的实验数据进行了对比,验证了立方单元模型的适用性。接着计算得出不同孔隙度下石墨泡沫/共晶盐的等效导热系数。最后分析了连通孔的直径对等效导热系数的影响。发现随着孔隙度的增大,等效导热系数值呈下降趋势。固体石墨骨架对共晶盐的导热系数具有很大的提升作用。随着孔隙度的增加,连通孔直径的变化对整体等效导热系数的影响逐渐变小。