应用势能极小原理有限元解法的一元醇液体热导率估算

应用势能极小原理的有限元解法,求解每个醇类化合物分子结构碳-氧原子电负性差所引起的位移矢量,并与每个分子结构中各重原子Mulliken电荷矩阵作相应的运算,可得到分子电荷参量,结合分子结构固有频率(基频、总频)、温度参量,利用链烷醇、环烷醇、芳醇、叶绿醇等23个醇不同温度下的264个液体热导率实验数据,建立了电荷参量、分子结构固有频率和温度参数的3参量非线性一元醇类液体热导率估算模型。该模型对训练集的计算值和实验值的相关系数r 0.98,标准误差s 3.98 mW/(m·K),F检验值F 2111;对外部预测集特庚醇、十四醇和2-辛醇在不同温度下的20个液体热导率进行估算,预测结果与实验数值的平均绝对误差为2.66 mW/(m·K),平均相对误差为1.74%。结果表明新方法明显优于Sastri和Latini估算方法。     

羧酸酯分子结构有限元分析及液体热导率估算

在化工生产中热导率是基本的热力学数据。羧酸酯类有机物是重要的化工原料,但对其热导率的估算研究较少。作者在有限元分析方法基础上,用振动力学方法求解羧酸酯分子结构固有频率,用势能最小原理求解各节点的位移矢量,用量化计算方法中的重原子集居电荷计算羧酸酯分子结构的电荷-位移参量,建立了羧酸酯类有机物液体热导率的估算模型。结果表明,用羧酸酯分子结构固有频率、电荷-位移、温度等参量建立的液体热导率估算模型,不仅对48个羧酸酯分子在不同温度下的746个液体热导率数据具有较好的相关性、显著性和稳定性,而且对训练集以外的羧酸酯分子液体热导率具有很好的预测性。估算结果与Sastri方法和Latini方法比较,不仅相对误差明显减小,而且估算条件简化,可适用的估算范围得到扩大,目标分子结构可以更为复杂。     

用振动力学有限元分析方法估算多类烃的液体热导率

将烃分子结构模拟成弹性体,用振动力学有限元分析方法对分子3D结构进行有限元分析,建立分子结构体系的刚度矩阵和多自由度振动方程,用MATLAB软件包求解得到分子结构固有频率和刚度矩阵特征值,将分子结构固有频率和刚度矩阵特征值作为参数,用多元回归方法建立液态烃类热导率QSPR模型。该模型对训练集581个多类烃的液态热导率的计算值与实验值的相关系数为0.9874,平均绝对误差小于0.00259W·m-1·K-1,平均相对误差小于2.39%;对测试集22个烃类化合物热导率的预测值与实验值的相关系数为0.9550,平均绝对误差小于0.00263 W·m-1·K-1,平均相对误差小于2.42%。该计算模型的计算值和实验吻合,可用于链烃、烯烃、炔烃及单环烷烃、多环烷烃、萘烷、芴烷、菲烷、茚烷、蒎烷等复杂结构烷烃的液体热导率的计算。     

用分子结构有限元分析方法估算多类芳烃的液体导热率

通过对芳烃分子3D结构的有限元分析,建立了分子结构的刚度矩阵和振动方程,用MATLAB软件计算得到相应分子结构的固有频率和矩阵特征值,用多元回归分析方法建立了液体芳烃分子导热率的QSPR模型,用线性规划法对模型指数进行优化、均值化和差值化处理. 结果表明,301个液体芳烃导热率实验数据的训练集实验值与计算值的相关系数高达0.979,平均绝对误差小于0.0024 W/(m?K),平均相对绝对误差小于2.02%;22个液体芳烃导热率实验数据的测试集实验值和预测值的相关系数0.978,平均绝对偏差小于0.0028 W/(m?K),平均相对绝对偏差小于2.99%.     

用振动力学有限元分析方法估算多类烃的液体热导率

将烃分子结构模拟成弹性体,用振动力学有限元分析方法对分子3D结构进行有限元分析,建立分子结构体系的刚度矩阵和多自由度振动方程,用MATLAB软件包求解得到分子结构固有频率和刚度矩阵特征值,将分子结构固有频率和刚度矩阵特征值作为参数,用多元回归方法建立液态烃类热导率QSPR模型。该模型对训练集581个多类烃的液态热导率的计算值与实验值的相关系数为0.9874,平均绝对误差小于0.00259 W·m^-1·K^-1,平均相对误差小于2.39%;对测试集22个烃类化合物热导率的预测值与实验值的相关系数为0.9550,平均绝对误差小于0.00263 W·m^-1·K^-1,平均相对误差小于2.42%。该计算模型的计算值和实验吻合,可用于链烃、烯烃、炔烃及单环烷烃、多环烷烃、萘烷、芴烷、菲烷、茚烷、蒎烷等复杂结构烷烃的液体热导率的计算。     

PDMS/SCF导热复合材料制备工艺对导热性能的影响

采用SCFNA法(即空间限域强制组装法),制备碳纤维质量分数为30%的PDMS/SCF复合材料,并探究了在制备PDMS/SCF导热复合材料过程中,基体与填料混合工艺以及压印过程中的温度对复合材料制品导热性能的影响。研究结果表明,在复合材料制品厚度不变的前提下,当混合转速为2 000 r/min时,随着混合时间由10 min缩短至2 min,复合材料制品的热导率由10.314 W/(m·K)提高至11.188 W/(m·K),提高了8.474%。当混合时间为3 min时,随着混合转速从2 500 r/min降低至1 500 r/min,复合材料制品的热导率由10.140 W/(m·K)提高至10.963 W/(m·K),提高了8.116%。对比不同压印温度对复合材料制品热导率的影响发现,当压印温度在120℃附近时,复合材料制品的导热性能最佳,热导率为11.188 W/(m·K)。控制混合转速、混合时间和压印温度这3个工艺条件能够有效地提高复合材料制品的导热性能。     

工艺条件对EVA/SCF体系微观形貌及导热性能的影响

以乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)作为基体树脂,制备短切碳纤维(SCF)含量为10%的EVA/SCF导热复合材料,并对工艺条件进行优化以提升制品的导热性能。分别研究了在密炼过程中,密炼转速和密炼温度对复合材料导热性能的影响。实验结果表明,当密炼转速和密炼温度分别为30 r/min和130℃时,材料的热导率为2.39 W/(m·K)。复合材料内大部分碳纤维的长度较长,在聚合物基体中分布不均,仅能在局部区域形成网络。随着密炼转速的增加,纤维长度逐渐变短,易于在复合材料内的大部分区域形成导热网络。当密炼转速为40 r/min时,制品热导率可达到2.47 W/(m·K)。虽然,继续提升密炼转速能够使碳纤维在聚合物中的分布更加均匀,但由于纤维长度过短不利于导热网络的形成,反而会导致制品热导率下降。经过进一步对密炼温度进行研究发现,在40 r/min的密炼转速下,更高的密炼温度能够有效改善SCF与基体EVA的界面结合效果,使制品的热导率由密炼温度80℃时的1.65 W/(m·K)大幅提升至密炼温度140℃时的2.48 W/(m·K)。     

PBT/CF导热复合材料的制备与研究

为了提高聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)的热导率,采用碳纤维(CF)作为导热填料,制备了PBT/CF复合材料,并研究了复合材料的热导率和力学性能等。结果表明,CF的加入能够显著提高PBT/CF复合材料的热导率,且热导率具有方向性,PBT/CF复合材料层内方向的热导率高于层间方向的热导率;当CF用量为50份时,PBT/CF复合材料的层内热导率和层间热导率分别为1.034 W/(m·K)和0.635 W/(m·K),相比于纯PBT的0.237 W/(m·K),分别提高了336%和168%;随CF用量的增加,复合材料的拉伸强度呈现先上升后降低的趋势,当CF用量为20份时,复合材料的拉伸强度达到最大值,为91.5 MPa,断裂伸长率逐渐降低;Lewis-Nielsen模型对PBT/CF复合材料热导率的模拟效果较好,可以预测不同CF用量时复合材料的热导率。     

三元复合相变蓄冷材料的制备及传热性能优化

为寻找高潜热的复合相变蓄冷材料,以正癸酸(DA)、十二醇(LA)、十四烷(TD)3种有机物为原料,通过低共熔法得到高潜热的TD-LA二元混合物(质量比为0.68∶0.32),利用此二元混合物为主储能剂,以DA为温度调配剂,制备得到新型三元有机复合相变蓄冷材料。通过DSC测试进行筛选,得到TP(TD∶LA∶DA质量比为0.598∶0.282∶0.12)。针对其热导率低的缺陷,利用膨胀石墨(EG)独特的多孔结构和高吸附性,制备得到高导热复合相变材料TP/EG,并对TP/EG进行100次高低温循环实验。结果表明,TP的相变温度为1.1℃,相变潜热为258.3 J/g,热导率为0.201 W/(m·K),加入EG后得到TP/EG(最优质量比为15∶1),热导率为1.528 W/(m·K),热导率提高7.6倍。在循环过程中热性能均未发生太大变化,具有良好的热稳定性,在冷链物流中具有较大的应用价值。     

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。     

Determination of Optimum Drying Condition of VIP Core Material by Wet Method

Vacuum insulation panel (VIP) core materials were successfully fabricated by wet method. The phase composition, microstructure, and thermal conductivity of VIP core materials were investigated. The density of VIP core materials was 176 kg/m³, while the mean thermal conductivity of VIP core materials was about 31 mW/(m · K). The mean thermal conductivities of VIPs were 2.78 mW/(m · K), 2.62 mW/(m · K), 2.47 mW/(m · K), 2.5 mW/(m · K), and 2.4 mW/(m · K), which correlated to VIP core materials that had been dried at 150°C for 30 min, 60 min, 90 min, and at 170°C for 30 min and 60 min, respectively. However, the mean thermal conductivity evaluated for VIPs with core material that had not been dried was 3.0 mW/(m · K). The thermal conductivity of VIPs with core material that had been dried reached a maximum on the third day and tended to be a steady value with time, whereas the one with core material that had not been dried recorded a high thermal conductivity value and continued to rise in a fluctuating pattern with time. According to the result of the thermogravimetric curve, drying at 150°C for 60 min showed characteristics of complete drying. In addition, the thermal conductivity of VIPs at this drying condition was low and stable. Theoretical and experimental analysis showed that the optimum drying condition for fiberglass VIP core materials was drying at 150°C for 60 min.     

HFC-245fa与HCFC-141b发泡PIR连续板材性能比较

在相同的基础配方和异氰酸酯指数(300)下,对发泡剂HCFC-141b、HFC-245fa在聚氨酯PIR连续板材中的应用性能进行了研究,对比了HCFC-141b和HFC-245fa在发泡性能(反应过程中的泡沫爬升曲线、反应速率曲线、压力曲线等)、阻燃性能、力学性能和保温性能上的差异.结果表明,发泡剂由HCFC-141b...     

醇类有机物热传导的分子动力学模拟及微观机理研究

传热是化工生产的基本问题之一,热导率是化工产品生产工艺设计中一类重要的热力学数据。通过非平衡分子动力学方法模拟了8种液态醇类有机物在不同温度下的导热过程。热导率计算值与实验值的平均相对偏差为3.77%。通过对热流的分解发现,分子动能、分子间库仑相互作用和分子内的二面角对醇类有机物的热传导影响较大。同时随着分子链增长,通过分子内相互作用进行的热传导逐渐占主导作用,表明醇类有机物的热能传输机理与分子结构有显著关系。此外,随着温度的升高,通过分子的动能、分子间库仑作用和分子内键角、键伸缩作用项传输的热流增大,表明温度对液态醇类有机物的热传导也有一定影响。本工作从微观分子间和分子内作用分析了液态醇类有机物结构和温度对热导率的影响,为液态有机物的热传导研究提供了微观依据。     

Molecular dynamics simulation and mechanism study on thermal conductivity of alcohols

Heat transfer is one of the basic issues in chemical production, and thermal conductivity is an important thermodynamic data in the design of chemical product production processes. In this paper, nonequilibrium molecular dynamics methods are used to simulate the heat transfer of liquid alcohols at four different temperatures, and the thermal conductivity of the corresponding conditions is obtained. The average relative deviation between the calculated value and the experimental value was 3.77%. Through the decomposition of heat flux, it was found that molecular kinetic energy, Coulomb interaction and intramolecular dihedral angle contribute the most to the heat conduction of alcohols. At the same time, as the molecular volume increases, the thermal conduction pathway of the intramolecular interaction term gradually dominates, indicating that the thermal conduction mechanism of alcohols has a significant relationship with the molecular structure. In addition, as the temperature elevates, the heat flux transmitted through the molecular kinetic energy, intermolecular Coulomb interaction, and the intramolecular angle bending and bond stretching term increases, while the heat flux transmitted through the molecular potential energy decreases significantly. This work provides a microscopic explanation for the effects of the structure and temperature of liquid alcohols on thermal conductivity, and provides a micro foundation for the study of heat conduction of liquid alcohols.     

石墨和碳纤维改性聚酰亚胺复合材料的导热性能

以石墨、碳纤维(CF)、聚酰亚胺(PI)三元复合材料为研究对象,考察了CF体积含量对PI三元复合材料导热性能的影响,并采用了拟二元体系模型探讨了石墨和CF填充PI复合材料的协同效应。结果表明,CF的加入可以提高复合材料的力学性能：拉伸强度呈现先升高后降低的趋势,当CF含量为11.8 %（体积分数,下同）时,拉伸强度可达66.37 MPa;弯曲强度随着CF体积含量的增而增加,当CF含量为24.6 %时,弯曲强度可达103.3 MPa。复合材料热导率呈非线性增长,表明石墨和CF间存在协同效应;当CF含量为34.1 %时,环境扫描电子显微镜分析表明,CF与石墨能很好地搭接,增大了传热面积,复合材料热导率可达0.512 W/(m·K),约是其计算值的2倍。     

Correlating thermal conductivity of pure hydrocarbons and aromatics via perceptron artificial neural network (PANN) method

Accurate estimation of liquid thermal conductivity is highly necessary to appropriately design equipments in different industries. Respect to this necessity, in the current investigation a feed-forward artificial neural network(ANN) model is examined to correlate the liquid thermal conductivity of normal and aromatic hydrocarbons at the temperatures range of 257–338 K and atmospheric pressure. For this purpose, 956 experimental thermal conductivities for normal and aromatic hydrocarbons are collected from different previously published literature.During the modeling stage, to discriminate different substances, critical temperature(Tc), critical pressure(Pc)and acentric factor(ω) are utilized as the network inputs besides the temperature. During the examination, effects of different transfer functions and number of neurons in hidden layer are investigated to find the optimum network architecture. Besides, statistical error analysis considering the results obtained from available correlations and group contribution methods and proposed neural network is performed to reliably check the feasibility and accuracy of the proposed method. Respect to the obtained results, it can be concluded that the proposed neural network consisted of three layers namely, input, hidden and output layers with 22 neurons in hidden layer was the optimum ANN model. Generally, the proposed model enables to correlate the thermal conductivity of normal and aromatic hydrocarbons with absolute average relative deviation percent(AARD), mean square error(MSE), and correlation coefficient(R~2) of lower than 0.2%, 1.05 × 10~(-7) and 0.9994, respectively.     

基于TDTR技术水合物热导率测量方法

四氢呋喃水合物（THF）是典形的笼形水合物,目前有关其热导率的报道较少,且都存在测量样品不是单一相、测量过程水合物发生分解等问题。采用基于飞秒脉冲激光的时域热反射法（TDTR）测量THF热导率。根据样品常温下是流体的特点,设计了可同时适用样品制备及TDTR测量的温控台,实现THF热导率非接触原位测量。获得THF热导率为0.6 W/(m?K),Al/THF界面热导为90.3 MW/(m²?K)。该实验结果有助于理解并完善固体水合物微观导热机理,明晰水分子笼子和客体分子的耦合关系。     

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。