重力场中绕汽泡Marangoni对流的数值模拟

建立了重力场中绕汽泡 Ｍａｒａｎｇｐｏｎｉ对流的数学模型,通过数值模拟得到了无量纲控制参数Ｍａ、Ｒａ、Ｐｒ、Ｂｉ对热毛细对流的作用规律,且分别计算并绘制出了不同条件下绕汽泡区域的等温线、流函数及速度分部．在常重力场中热毛细对流依然存在,且在特定条件下不可忽略,文中给出了浮力对流与热毛细对流同向和反向时的计算分析结果．     

微重力下液封对熔体内热毛细对流影响的研究

建立了具有液封熔体的热毛细对流的物理模型和数学模型,采用原始变量法对微重力条件下具有液封的熔体内热毛细对流进行了数值模拟,得到了上、下层液柱主流区的温度场和流场,证实了液封能够削弱熔体内热毛细对流,从而提高了浮区晶体生长质量,并得到液封的厚度和液封与熔体的动力粘性系数之比对熔体内热毛细对流的影响规律.     

内翅片换热管内相变材料融化的数值模拟

将蓄冷空调常用的蓄冷装置——蓄冷球,用内翅片管来替代,将内翅片管中装入自行研制的相变材料,利用二维稳态导热方程,对相变材料的实际融化过程进行理论研究,探讨装有相变材料的内翅片换热管在不同时刻、所有节点的释冷情况．结果表明,内翅片换热管外的载冷剂温度不同、对流换热系数不同以及内翅片管的半径不同对翅片管内蓄冷材料的释冷特性有较大影响．     

聚偏二氟乙烯δ_(CH2)三级中红外光谱研究

采用中红外(MIR)光谱开展聚偏二氟乙烯的分子结构研究。实验发现:聚偏二氟乙烯分子红外吸收模式主要包括:ν_(asCH2)、ν_(sCH2)、δ_(CH2)、ν_(asCF2)和ν_(sCF2)。进一步开展了聚偏二氟乙烯分子变温中红外(TD-MIR)光谱研究。实验发现:随着测定温度的升高,聚偏二氟乙烯分子δ_(CH2)对应的红外吸收频率及强度均有明显的改变。采用二维中红外(2D-MIR)光谱,进一步开展了聚偏二氟乙烯热老化性研究。相变前,聚偏二氟乙烯分子δ_(CH2-二维-相变前)对应的吸收频率包括:1430 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-1-晶体-相变前))、1420 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-2-相变前))、1406 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-3-晶体-相变前))和1380 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-4-相变前))。热扰动下,聚偏二氟乙烯分子δ_(CH2-二维-相变前)吸收峰变化快慢信息为:1430 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-1-晶体-相变前))1420 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-2-相变前))1380 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-4-相变前))1406 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-3-晶体-相变前))。相变过程中,聚偏二氟乙烯分子δ_(CH2-二维-相变过程中)对应的吸收频率包括:1432 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-1-晶体-相变过程中))、1420 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-2-相变过程中))、1407 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-3-晶体-相变过程中))、1400 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-4-相变过程中))和1382 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-5-相变过程中))。热扰动下,聚偏二氟乙烯分子δ_(CH2-二维-相变过程中)吸收峰变化快慢信息为:1400 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-4-相变过程中))1382 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-5-相变过程中))1407 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-3-晶体-相变过程中))1432 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-1-晶体-相变过程中))1420 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-2-相变过程中))。相变后,聚偏二氟乙烯分子δ_(CH2-二维-相变后)对应的吸收频率包括:1432 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-1-晶体-相变后))、1420 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-2-相变后))、1406 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-3-晶体-相变后))和1380 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-4-相变后))。热扰动下,聚偏二氟乙烯分子δ_(CH2-二维-相变后)吸收峰变化快慢信息为:1380 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-4-相变后))1432 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-1-晶体-相变后))1420 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-2-相变后))1406 cm~(-1)(δ_(CH2-二维-3-晶体-相变后))。实验发现:聚偏二氟乙烯的红外吸收峰(δ_(CH2))对热敏感程度及变化顺序都存在着较大的差异性。拓展了三级MIR光谱在重要的纺织材料(聚偏二氟乙烯)结构及热老化性的研究范围。     

冬季工况下相变墙对室内环境影响的试验

目的 进行相变墙房间与普通墙房间温度场与热流变化的对比实验。分析冬季工况下相变墙房间和普通墙房间室内环境的变化规律，探讨相变墙对改善室内热环境，减少建筑能耗的可能性．方法 以电热膜为热源，建立相变墙房间和普通墙房间。利用温度和热流巡检装置对其进行温度和热流测试，分析相变墙房间和普通墙房间温度场和热流的变化规律．结果 通过相变墙房间与普通墙房间对冬季工况下室内热环境影响的实验分析，得到在相近的室外环境下，相变墙房间的室内温度波动幅度小于普通墙房间，相变墙房间与室外的换热量小于普通墙房间的测试结果．结论 在建筑围护结构中，加入相变储能构件，具有减少室内温度场的波动，改善室内热环境，降低建筑能耗的作用，同时可以节约设备的规模和配套的投资费用；对于电力采暖系统有一定的“移峰填谷”的效果．     

翅片管式相变储能换热器蓄放热性能的数值研究

针对目前换热器热量利用率不高、换热效率低的问题,提出一种翅片管式相变储能换热器。建立翅片管式相变储能换热器的二维传热模型,采用ANSYS软件对翅片管外相变材料的熔化和凝固过程进行数值模拟,分析不同翅片参数对相变熔化和凝固时间的影响,得出蓄放热阶段的传热规律。结果表明:在蓄热阶段,相变材料在同一高度优先在靠近换热管管壁处开始相变;在同一垂直面上,自上而下熔化。在放热阶段初期,相变区域对流作用较明显,相界线弯曲程度较大;后期时,对流换热作用逐渐减弱,固液相界线趋于平直。翅片的导热系数、厚度、间距的变化会影响相变材料熔化和凝固的时间,其中翅片间距起主要作用。     

新型相变储能电热地板采暖系统

目的建立新型的相变储能电热地板采暖系统，分析系统的热舒适性和移峰填谷效率．方法采用DSC差示扫描量热计法选取最佳相变材料，建立电加热相变储能电热地板采暖系统，利用数据采集系统采集采暖期内系统和室内外空气的温度变化等重要参数，统计分析．结果相变储能电热地板采暖系统具有与普通地板采暖系统相似的室内空间温度场分布规律，人体热舒适性好，在夜间低谷电时期加热相变材料蓄热。用于白天供热，移峰填谷效率为53％～67％．结论采用相变储能电热地板采暖系统方式的房间内温度场分布增强了人体的热舒适性．系统可利用廉价低谷电储存热能。在峰平时段释放热量，有效实现移峰填谷．对提高人们生活质量，满足舒适性与实现建筑可持续发展有积极意义．     

线性对流扩散方程混合有限分析多重网格法

建立了二维线性对流扩散方程的混合有限分析多重网格法，计算结果与精确解吻合，为计算高维复杂流场建立了一个重要基础．同时通过计算证实了多重网格方法具有与网格参数无关的收敛性．     

定常亚音速相变的一维稳定性

解决了van der Waals型定常超音速流体中高维亚音速相变的稳定性和存在性。为了寻找物理容许的解,应用了粘性毛细准则。通过证明Lopatinski行列式非零,建立了亚音速相变在Majda意义下的一维稳定性。     

导热壁面对三角形多孔腔体内自然对流的影响

采用有限元方法,数值模拟二维三角形多孔介质腔体内的自然对流及其相伴随的传热,着重分析热瑞利数、导热固体壁面厚度、固体壁面与多孔介质导热系数之比及三角形腔体高宽比对腔体内自然对流的影响.     

泡沫铜/石蜡复合相变材料融化过程的换热特性

为了研究强化相变蓄热器的换热情况,搭建了矩形腔体内填充泡沫金属/石蜡的实验台,在恒壁温条件下,进行了泡沫金属/石蜡复合相变材料的融化蓄热实验。根据实验数据绘制了不同加热温度下石蜡内部温度随时间变化曲线,分析了腔体内自然对流对温度分布的影响、传热温差对蓄热时间的影响。结果表明,泡沫金属的高导热性能强化了石蜡在腔体内的融化过程,距离加热面较近的石蜡融化后产生的自然对流加速了剩余固态石蜡的融化;而且传热温差越大,自然对流越明显,蓄热时间越短。     

带有相变气固二相混合对流的数值研究

本文提出了一种描述带有相变的气固二相混合对流问题的数学模型和数值计算方法。高温融溶液滴在逆向气体流场中经历有三个阶段:液相冷却,固化和固相冷却。对于液滴的运动边界(相变)问题,本文提出了一种变时间步长焓法进行求解。气体颗粒二相流动、采用Eulerian-Lagr-aigian方法。对于Rayligh数大于10~6的湍流,本文应用了两方程(K-ε)模型。修正的SIMPLE方法和四阶Rlunge-Kutta法用来进行数值迭代求解。本文对一种直径为20米。高度为50米的尿素造粒塔作了简化,并完成了数值计算。文章表明浮升力对有相变的运动液滴历程有重要影响。本文所得的一些结果分析对工业尿素塔的设计有指导意义。     

内插热管式太阳能集热器内相变材料的蓄热/释热特性研究

提出一种蓄能型内插热管式太阳能集热器,在太阳能真空管和振荡热管蒸发段之间充灌相变材料,提高集热器的瞬时集热效率. 利用Gambit软件建立内插热管式太阳能集热器的三维模型,基于FLUENT软件的凝固/熔化模型,以癸酸(CA)为相变材料进行模拟研究,采用Boussinesq近似法对比分析了考虑浮升力前后的真空管内温度场分布、液化率、不同测点的温度曲线的变化,探究了浮升力对集热器内蓄热/释热过程换热规律的影响. 结果表明,相变材料熔化过程中浮升力起着至关重要的作用,使得真空管内顶部的升温速度快于底部. 而凝固过程中浮升力的影响可以忽略不计. 蓄热过程中集热器内相变材料在轴向上的传热方式,固态显热和相变蓄热阶段以导热为主,液态显热蓄热时以对流传热为主,而在径向上始终以导热为主.     

Perspective on liquid metal enabled space science and technology

With the rapid development of deep space exploration and commercial flight, a series of tough scientific and technological challenges were raised, which urgently require ever advanced technologies to tackle with. Recently, liquid metals, as a kind of newly emerging functional material, are attracting various attention and many breakthroughs have been made on earth. Such a scientific trend also suggests promising approaches for solving those extreme challenges in space environment. To fulfill the increasing needs thus involved, this article is dedicated to systematically introducing liquid metal material and its related disciplines into space science and technology. Firstly, existing application of liquid metal cooling for space nuclear power was summarized. Then, some potential space practices were tentatively put forward, such as liquid metal thermal interface medium,liquid metal phase change material, liquid metal convection cooling, metal alloy thermal storage, liquid metal electromagnetic shielding and liquid metal electronic printing. Fundamental as well as practical issues that would differ with earth were interpreted. Finally, potential liquid metal space experiments were proposed to investigate the liquid metal hydrodynamic characteristic, wettability and phase change mechanism in space physical environment. Overall, liquid metal enabled space science and technology investigation will not only help efficiently solve the current and future space technological problems, but also aid to stimulate the advancement of liquid metal space material science.     

液态金属镓自然对流换热数值模拟

为更好地得到液态金属的流动和传热特性,模拟了液态金属流体镓(Ga)自然对流流动和传热过程.采用单流体模型研究液态金属流体Ga的流动特性和传热机理,考虑边界条件对自然对流的影响,选用合适的边界条件进行了模拟.结果表明,该工况下的传热以导热为主,速度矢量是顺时针旋转分布,并与实验数据较好吻合.Gr数对液态金属Ga自然对流影...     

热油管道停输降温过程研究进展

管内含蜡原油在停输后的温降过程是一个伴随相变、自然对流及移动边界的不稳定传热的过程,目前停输降温过程的研究主要采用数值计算的方法。从管内原油传热和管道与外部环境传热等角度,对热油管道温降过程的研究现状进行综述,指出在计算时需要处理好管内原油的自然对流、具有移动边界的析蜡相变传热以及埋地热油管道外土壤求解区域的简化问题。只有充分考虑上述问题,对热油管道的停输降温过程进行研究,才能得出对实践更具有指导意义的结果。     

相变木塑围护结构热工性能实验与数值模拟

为对相变木塑围护结构的热工性能进行研究,以相变木塑复合构件为基础制成缩尺实验箱,对箱内温度实时监测,采用辐射蓄热、对流放热的方式对相变木塑复合构件的热工性能进行了测试,得出:相变木塑墙体比普通木塑墙体有更理想的室温调节能力,光照的不足对墙体蓄、放热能力影响很大,相变木塑墙体在阴天光照条件下相比于晴天温控能力大大降低.为对相变木塑围护结构的热工性能进行改善,建立相变传热物理模型及数学模型,利用MATLAB软件进行室内温度、相变内墙与室内空气对流换热量、相变内墙表面温度的数值模拟,得出:提高材料导热系数及增大墙体对流换热强度均能改善相变木塑墙体的热工特性,随着导热系数的增加,夜间室内平均温度由15.2℃升至15.7℃,同时对流换热量和内墙温度增加,但增加幅度十分有限,随着对流换热强度的增加,夜间室内平均温度由15.2℃升至16.3℃,同时夜间相变墙体表面对流换热量显著增加,增加幅度明显,所以提高对流换热强度更具热工性能的改善潜力.     

Characters of surface deformation and surface wave in thermal capillary convection

In the field of fluid mechanics, free surface phenomena is one of the most important physical processes. In the present research work, the surface deformation and surface wave caused by temperature difference of sidewalls in a rectangular cavity have been investigated. The horizontal cross-section of the container is 52 mm×42 mm, and there is a silicon oil layer of height 3.5 mm in the experimental cavity. Temperature differ- ence between the two side walls of the cavity is increased gradually, and the flow on the liquid layer will develop from stable convection to un-stable convection. An optical diag- nostic system consisting of a modified Michelson interferometer and image processor has been developed for study of the surface deformation and surface wave of thermal capillary convection. The Fourier transformation method is used to interferometer fringe analysis. The quantitative results of surface deformation and surface wave have been calculated from a serial of the interference fringe patterns. The characters of surface deformation and surface wave have been obtained. They are related with temperature gradient and surface tension. Surface deformation is fluctuant with time, which shows the character of surface wave. The cycle period of the wave is 4.8 s, and the amplitudes are from 0 to 0.55 μm. The phase of the wave near the cool side of the cavity is opposite and correlative to that near the hot side. The present experiment proves that the surface wave of thermal capillary convection exists on liquid free surface, and it is wrapped in surface deformation.     

蛇形管蓄能箱蓄热过程的数值模拟

对蛇形管换热及相变材料熔化的传热理论进行研究,利用Fluent软件对蓄能过程中蛇形管热交换及相变材料熔化过程进行数值模拟,得出了一套经济合理且能满足项目蓄能要求的设备,制作了实验用的设备并进行实验验证,得出建立的模型是比较合理的。研究表明：自然对流换热对相变材料的熔化过程影响较小。