多孔介质有效导热系数的实验与模拟

应用实验与数值模拟相结合的方法研究了多孔介质的有效导热系数.将分形理论与孔道网络模型相结合的分形孔道网络模型用于研究多孔介质的有效导热系数,为太阳池储热、地源热泵传热、食品干燥等方面打下了基础.模拟计算结果与实验结果吻合较好,证明了分形孔道网络模型适用于计算多孔介质的有效导热系数.研究了孔喉比、配位数、垂直热流方向喉道比例、喉道长度、孔隙率、固体骨架导热系数(K.)及流体导热系数(Kf)等多方面对多孔介质有效导热系数的影响.结果表明,垂直热流方向喉道会增大多孔介质的热阻,降低多孔介质的有效导热系数.当K8大于Kf时,随着孔喉比的增大以及喉道长度的减小,多孔介质的有效导热系数越大.当平行热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的减小而增大;当垂直热流方向喉道数目相等时,多孔介质的有效导热系数随着配位数的增大而增大.     

堆积型含湿多孔介质导热系数测试实验研究

以砂子模拟堆积型多孔介质,采用Hot Disk热常数分析仪(TPS 2500)对不同含湿率砂的有效导热系数进行测量和实验研究.研究发现,非饱和含湿砂有效导热系数随含湿率的增加而增大.低含湿率(体积含湿率低于25%)情况下,砂子的有效导热系数难以准确测得,其主要原因是测试过程中,由于加热影响,贴近探头附近的水分因蒸发扩散而逐渐减少,探头周围试样构成不能保持恒定,导致测试环境持续发生变化.     

堆积型含湿多孔介质导热系数测试实验研究

以砂子模拟堆积型多孔介质,采用Hot Disk热常数分析仪（TPS 2500）对不同含湿率砂的有效导热系数进行测量和实验研究。研究发现,非饱和含湿砂有效导热系数随含湿率的增加而增大。低含湿率（体积含湿率低于25％）情况下,砂子的有效导热系数难以准确测得,其主要原因是测试过程中,由于加热影响,贴近探头附近的水分因蒸发扩散而逐渐减少,探头周围试样构成不能保持恒定,导致测试环境持续发生变化。     

多孔材料有效导热系数的试验研究

本文根据多孔材料的传热特点,修正了气孔内辐射的传热计算,发展了辐射当量导热系数的新概念,建立了多孔材料有效导热系数的数学模型,推导出计算多孔材料有效导热系数的计算式。试验结果和有关文献的试验结果均证明:该模型更加符合多孔材料的实际情况,计算精度更高。     

霜层导热系数的实验研究

实验研究水蒸汽凝华结霜过程中在冷壁面上形成的霜层的导热系数，并以此验证作曾提出的霜层导热系数的理论结果。     

多层薄板的导热系数

本文从基本的物理概念出发，导出了几种基本复合多层结构的导热系数。     

复合泡沫塑料等效导热系数的数值模拟

通过有限元分析软件ANSYS中APDL参数化语言二次开发编程,建立了空心玻璃微球填充酚醛树脂复合泡沫塑料空间随机分布模型。选取代表体积单元进行有限元分析,模拟了不同空心玻璃微球填充量下复合泡沫塑料等效导热系数的变化。研究表明:空心玻璃微球有效阻隔了体系内热流的传递,提高了复合泡沫塑料的隔热性能,随着微球含量的增加,体系的等效导热系数由纯环氧树脂的0.203 W/(m·K)减小到体积分数40%填充量时的0.138 W/(m·K)。引入经典模型和实验数据进行验证,与经典模型相比,有限元分析方法更能准确模拟复合泡沫塑料等效导热系数的实际情况。     

各向异性材料导热系数在非主方向上的转换

在研究热弹性问题时，一般对于各向异性材料，总可以找到三个主方向，并获得关于这三个主方向上的材料常数。一般在建立模型时通常将坐标系选择与主方向一致，从而使问题简化。但若坐标系选择与主方向不一致时，则主方向的数据必须经过转换才能适用于这类坐标系。本文给出了导热系数由主方向向非主方向转换的一般表达式。     

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.     

非饱和多孔介质回灌过程中热弥散度特性试验

目的 为了解非饱和多孔介质热弥散度变化特性,掌握不同多孔介质的热弥散度,为地下水源热泵工程的模拟预测的参数选择提供科学依据,解决凭经验进行水源热泵工程布井的不足.方法 通过建立水平土柱模型,应用一维非饱和砂土热量运移定解方程,在室内测取不同回灌温度条件下不同多孔介质的热弥散度.结果 相同温度回灌条件下,中砂热弥散度最大,粗砂次之,细砂最小;同种多孔介质回灌条件下,热弥散度随回灌水温升高呈现上升趋势.结论 对热泵工程进行模拟预测时,应充分考虑热弥散度变化的影响,根据不同地质的实测数据对经验热弥散度值加以修正,使得模拟预测更加准确,以免造成抽灌井间的“热贯通”,影响地下水环境.     

基于比等效热阻法的片状填料填充聚合物复合材料的导热性的预测

基于比等效热阻法建立了简化了的片状填料填充聚合物基复合材料的导热模型并推导出了相应的等效导热系数公式。以云母片填充聚乳酸为例,应用有限元软件ANSYS建立了云母体积分数在11％下的聚乳酸/云母复合材料的三维稳态热传导单元模型,并模拟了热流沿云母片厚度方向和径向传递的过程。结果表明,当热流沿云母片轴向方向上流动时,经ANSYS模拟求得的复合材料的等效导热系数和文中推导的公式的所给出的预测值更为接近;当热流沿云母片的径向流动时,随着云母体积分数的增加,复合材料的等效导热系数的预测值呈指数性增长,并且高于ANSYS的计算结果。有限元结果和本文的公式均表明,片状填料填充聚合物复合材料的等效导热系数可分解为是沿热流不同正方向上的贡献,更长的等效导热路径使片状颗粒在填充聚合物后能提供更为出色的导热性能。     

岩土体导热系数研究进展

岩土体导热系数在与地热有关的地质基础研究和生产应用中有重要作用。首先介绍了导热系数的概念,然后分析了导热系数的受控因素,最后探讨了导热系数的测定方法。导热系数的受控因素包括地层岩性、孔隙率、含水率、温度以及各向异性。导热系数随地层岩性从大到小排列为海相碳酸盐岩、陆相碎屑岩、火成岩,变质岩导热系数与母岩和变质程度有关;同种岩层的导热系数随沉积过程延续或深度增加而增大;含水率对软弱岩石的导热系数影响较大,导热系数随含水率增大而增大,对孔隙度较大的岩层需进行饱水校正;不同岩性的导热系数随温度的变化较复杂,在应用中需结合实际地层考虑;由于结构面的存在,岩体的导热系数存在各向异性。导热系数的测定方法包括现场测试法、室内测试法、组分类型辨别法以及利用P波速度估算等。利用现场数据求解导热系数时常使用线热源模型和柱热源模型;室内测试法包括稳态测试法和非稳态测试法,分别应用于中低导热系数材料和高导热系数材料;对于组分类型辨别法,平行板式相分布的物体导热系数是各向不等的,热传导方向与平行板平面平行和垂直时分别具有最小和最大总体导热系数;对地下无法直接测量的地质单元,可利用P波速度估算导热系数。要得到准确的导热系数,须基于岩土体的导热系数范围和样品特征选取正确的测定方法。     

双重分形多孔介质孔隙率的研究

根据双重分形多孔介质孔隙分布分形维数D与孔隙迂曲分形维数DT的定义和计算公式,推导了多孔介质孔隙率的计算公式.通过孔隙率计算公式的函数图像分析了双重分形维数D和DT的变化对孔隙率的影响,分析结果表明孔隙率随多孔介质双重分形维数D和DT的增加而增大;多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率增加的就越慢;当D＋DT〈3时,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率就越大,但当D＋DT〉3时则相反,多孔介质最大孔隙直径越大孔隙率反而越小,D＋DT=3是特殊点,令D＋DT→3时的孔隙率极限值为它的孔隙率.     

孔隙率对Al2O3高孔隙率多孔介质EHC的影响

新型多孔介质燃烧技术主要采用泡沫陶瓷 ( Ceramic Foams)、波纹状陶瓷 ( Fabric LamellaStructure)等高孔隙率多孔介质。基于气、固相局部热平衡假设的有效导热系数 EHC( EffectiveHeat Conductivity)描述了气流与固体骨架中导热、弥散和热辐射多种传热方式的综合效果 ,是一个重要的传热特性 ,对其研究非常不足。通过实验与数值模拟确定不同孔隙率 Al2 O3 陶瓷的 EHC:基于测定的温度分布 ,给定 EHC的初值 ,采用有限体积法进行流场数值模拟 ;比较测量与计算的温度均方根差 ,通过对 EHC搜索寻优 ,间接确定泡沫陶瓷的有效导热系数。结果表明 Al2 O3 陶瓷的EHC随温度增加而增加 ,对速度不敏感 ;孔隙率高的陶瓷其 EHC较大。给出试样 EHC与温度和空管速度的拟合式 ;将颗粒床 EHC的 Z&B模型外推到 Al2 O3 高孔隙率陶瓷 ,并给出 EHC预示结果     

两相热渗流与多孔介质耦合作用研究

基于连续介质力学及流固耦合力学的基本理论,在黑油、岩石多相热渗流理论模型的基础上,建立了非混溶饱和两相热渗流与变形多孔介质耦合作用的数学模型,对流因耦合热效应进行了讨论,将所推证数学的模型方程做进一步处理与简化,给出模型方程数值分析的数学格式,并进行了一般情形下的模拟。     

纳米流体导热系数研究

用热丝法测量了分别由氧化铝纳米粉体和碳纳米管加入到多种基体液体中制备成的系列纳米流体的导热系数,研究了纳米流体导热系数相对增加量（增加率）与固相体积含量、基体流体导热系数以及粉体种类的关系。结果表明,纳米流体导热系数增加率随固相体积含量的增加几乎呈线性增大,并随基体流体导热系数的增大而减小,在相同条件下,含碳纳米管纳米流体的导热系数增加率大于含氧化铝纳米粉体纳米流体的导热系数增加率;纳米流体导热系数增加率远比现有理论（如H＆C模型）预测值大,受各种因素的影响表现出特异性。     

三维多孔介质的热弹性动力问题研究

在Ｂｉｏｔ理论的基础上，考虑了瞬态热弹性，热载荷影响因素，对在这一因素作用下的三维多孔介质的基本方程进行了推导。讨论了瞬态热弹性，热载荷作用下多孔介质４种情况的边界并进行了划分。