纤维多孔介质介观尺度结构对其真空绝热性能的影响

纤维多孔介质在绝热材料领域的应用广受关注,真空工艺是提升材料绝热性能最为有效的方法。本文研究了真空条件下介观结构对纤维多孔介质的有效导热系数的影响,改进了已有纤维随机结构生成方法,运用D_3Q_(19)格子Boltzmann方法对其有效导热系数进行求解。改进的生成方法可明显改善纤维分布,穿插率可降低至3.1%。模拟结果与实验及理论数据具有良好的一致性。结果表明,在1～8μm的区间内,纤维直径越小,纤维多孔介质在真空下的绝热性能越好,对内部真空度的依赖性越低;纤维长度方向与传热方向越不一致,绝热性能越好;在方向角到达90°时,绝热性能最佳。研究工作对真空绝热板纤维芯材的结构设计及优化具有重要意义。     

介观尺度下纤维导热预测及实验研究

在材料内部气压低于100Pa时,玻璃纤维、陶瓷纤维等芯材与泡沫类、粉末类芯材相比,其导热系数最小。为了研究纤维导热性能的影响因素,基于随机参数原理构造纤维的内部结构,结合格子波尔兹曼方法(LatticeBoltzmann method,LBM)分析了纤维直径、纤维长度及孔隙率对于导热系数的影响。然后将模拟结果与实验结果进行对比,结论表明两者吻合性良好,证明本文所采用的方法可以有效地预测纤维导热系数。     

流体物性对离心力场热驱动影响的数值研究

本文利用数值模拟,通过改变流体的密度、黏性系数以及导热系数等热物性参数随温度的变化规律,讨论了不同物性参数对循环小通道内热驱动运动及其换热效果的影响。研究结果表明:为了达到最佳的换热效果,循环小通道内流体应具有高体积膨胀系数、高密度、高定压比热、高导热系数、低动力粘度等特点。当封闭小通道内流体为液态工质时,密度对换热效果的影响最大,导热系数、定压比热和黏性系数的影响依次降低。当封闭小通道内流体为液态金属时,导热系数对换热效果的影响最大,密度、定压比热和黏性系数的影响依次降低。     

基于LBM-LES方法前缘多孔翼型流场的数值分析

前缘多孔翼型能够有效降低翼型的气动噪音,但是其对流场特性的影响还需进一步的研究。采用基于Lattice Boltzmann Method(LBM)与Large Eddy Simulation(LES)结合的LBM-LES方法对雷诺数为Re=3.5×10~6下的标准GAW-1翼型与前缘多孔GAW-1翼型进行了数值模拟,分析并比较了不同迎角下的流场结构。其中,粒子速度模型采用D2Q9模型,LES采用动态Smagorinsky亚格子模型对湍流进行模拟。数值分析结果表明:LBM-LES方法可以准确地捕捉非定常高雷诺数下湍流流场的流动分离特征,且数值结果可以很好的与实验值吻合;其中,在迎角低于4°的情况下前缘多孔介质对翼型气动特性影响较小,随迎角的增大其对气动特性的影响增大。     

SOFC多孔电极有效导热系数的实验和模型研究

固体氧化物燃料电池（SOFC）内部流动传热和化学反应复杂，容易产生热不平衡区。获取高精度的多孔电极有效导热系数对于建立多物理场耦合数值分析模型和电池热管理具有重要的意义。基于稳态法设计并搭建了多孔材料有效导热系统实验平台和测量系统，在372.1~932.4 K温度范围内详细测量了多孔电极实验样件温度分布，通过多孔材料内传热理论分析，基于现有EMT和ME1数学模型，利用比例因子t构造了温度修正的SOFC多孔电极综合有效导热系数的计算模型。同时通过对比孔隙率为0.2349~0.4178的3个实验样件表面温度的计算值和实验测量值，验证了该有效导热系数模型的有效性和高精度。     

钛合金蜂窝壁板隔热性能试验研究

针对钛合金蜂窝夹层结构的隔热性能进行试验研究。试验中研究了在300 ℃稳态条件下，蜂窝芯格尺寸、芯格高度和芯格壁厚等参数对隔热性能的影响规律；分析了各几何参数对隔热性能的敏感度；测试了不同温度条件下钛合金蜂窝夹层结构壁板的等效导热系数。试验结果表明：增大蜂窝芯格尺寸和芯格高度，减少芯格壁厚均有利于提高蜂窝壁板的隔热效果；不同几何参量对钛合金蜂窝夹层结构隔热效果的影响敏感程度从大到小依次为：芯体高度、芯格尺寸和芯体壁厚；钛合金蜂窝壁板的等效导热系数随温度的升高而增大，相同温度下钛合金蜂窝壁板的等效导热系数约为钛合金材料的3%~5%。     

高温真空绝热板的制备及性能研究

根据真空绝热原理提出一种可在高温环境下使用的新型高温真空绝热板(High-temperature vacuum insulation panel,HT-VIP)。在多孔碳化硅泡沫芯材表面包覆多层碳纤维布,通过化学气相渗透(Chemical vapor infiltration,CVI)热解碳的方法对外壳碳纤维体进行增密,然后采用聚合物浸渍裂解(Polymer infiltration and pyrolysis,PIP)工艺制备玻璃碳对材料进行致密化处理,最后采用低压化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)工艺沉积SiC涂层对材料进行封装,制备出一种具有耐高温、密度低、强度高、低导热以及抗热冲击的新型高温真空绝热复合材料。制备的致密碳纤维增强复合材料,材料内部为真空状态,材料密度为0.81g/cm3,抗压强度为8.75 MPa。当温度为100~900℃时,高温VIP有效热导热系数从0.20 W/mK逐渐增加到1.16 W/mK,比C/C和C/SiC复合材料低一个数量级。     

磁轴承控制器的设计及仿真研究

介绍了磁轴承系统的组成，对控制器性能的基本要求及控制方案的选择，分析了典型ＰＩＤ控制器存在的两个弊端，提出了磁轴承控制器的四种模型。通过对这四种模型的仿真研究，分析了各模型中比例系数、积分时间常数、微分时间常数及局部反馈系数对系统性能的影响，并给出了各参数较为理想的参考值及阶跃响应曲线，仿真结果对制作模拟控制器及数字控制器有一定的借鉴作用。     

直接金属粉末激光烧结温度场的数值模拟研究

初步建立了用于模拟直接金属粉末激光烧结过程中传热行为的数学模型，该模型考虑了诸如传导、辐射和对流等与烧结有关的热现象。给出了固相、液相和气相共存的金属粉末烧结体系导热系数的计算方法。考虑到激光束的持续移动，采用了坐标原点位于光斑中心的动坐标系来简化方程的求解计算。在绝热边界条件和热物性参数恒定的假设下，求得了在基模高斯光束近似作用下热传导方程的解析解。运用FORTRAN语言编写了运算程序．并对铜粉激光烧结的温度场进行了数值模拟，模拟结果与初步实验结果较为吻合。     

跨声速翼型风洞开孔壁的简化模型数值模拟

以开孔壁翼型风洞为研究对象,构建简化的仿真模型,模拟开风洞孔壁附近及小孔内的流动,研究开孔壁对风洞试验的影响。研究了开孔壁流动的主要特征参数并建立多孔板模型,为进一步建立数值风洞模型及研究洞壁干扰提供参考。通过简化的孔壁模型,研究了开闭比等特征参数对风洞流场和翼型绕流的影响。构建了二维简化孔壁模型和多孔介质孔壁模型,并验证了以多孔板模型模拟孔壁风洞流场的可行性。本文建立了一种研究跨声速孔壁风洞的孔壁效应的数值方法,为跨声速孔壁风洞流场的模拟研究提供参考,为进一步构建可靠的风洞孔壁数值模拟数学模型提供一种研究思路。