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土壤原位热传导修复水-汽-热耦合输运模拟

浙江大学学报（工学版） 2022年第1期56卷 144-151,160页

作者：徐馨宇胡楠范利武浙江大学热工与动力系统研究所浙江杭州310027 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

为了研究有机污染场地原位热传导热修复过程中地层温度的时空分布规律,基于典型场地建立水-汽-热耦合输运模型,通过COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台对原位热传导修复过程中的土壤温升进行数值模拟研究,预测得到温度、水相及蒸汽相... 详细信息

为了研究有机污染场地原位热传导热修复过程中地层温度的时空分布规律,基于典型场地建立水-汽-热耦合输运模型,通过COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台对原位热传导修复过程中的土壤温升进行数值模拟研究,预测得到温度、水相及蒸汽相浓度分布随时间的变化规律.利用文献中的单根加热棒加热场地实测数据对模拟结果进行对比验证,通过参数化分析探究土壤孔隙度、水饱和度及毛细作用力对土壤温度时空分布的影响.结果表明,大孔隙度和水高饱和度将导致土壤温升减慢,这是由于大量热量用于液态水蒸发过程.毛细管力会强化液态水输运,增大蒸发速率.

关键词：土壤原位热修复温度时空分布水-汽-热耦合输运水饱和度土壤孔隙度毛细力

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对流效应下幂律流体接触熔化理论及实验研究

工程热物理学报 2023年第1期44卷 162-170页

作者：胡楠许哲文李梓瑞范利武浙江大学能源工程学院热工与动力系统研究所杭州310027 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室杭州310027

接触熔化是一种具有高传热速率的固液相变形式,但现有研究通常假设相变材料为牛顿流体,也未考虑熔融薄液膜内的对流效应。本文基于幂律流变模型和标度分析建立了对流效应下典型非牛顿流体接触熔化的理论模型,利用基于拍照记录法和激光... 详细信息

接触熔化是一种具有高传热速率的固液相变形式,但现有研究通常假设相变材料为牛顿流体,也未考虑熔融薄液膜内的对流效应。本文基于幂律流变模型和标度分析建立了对流效应下典型非牛顿流体接触熔化的理论模型,利用基于拍照记录法和激光干涉法分别测量了瞬时熔化率和薄液膜厚度。结果表明,模型能准确地预测幂律流体接触熔化过程中的熔化速率和液膜厚度变化规律,液膜中的对流效应会降低固液相界面上的热通量从而导致熔化速率降低。液膜内对流受斯蒂芬数Ste、幂律系数C和幂律指数n影响,而基本与相变材料的样品高宽比和固液密度比无关。减小幂律系数C和幂律指数n会加速熔化过程,熔化末期的液膜厚度取决于幂律系数C。

关键词：相变材料接触熔化薄液膜幂律流体对流效应

超临界H_(2)O/CO_(2)混合工质氢氧化反应器模拟

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高校化学工程学报 2021年第2期35卷 298-306页

作者：刘佳胡楠范利武浙江大学热工与动力系统研究所浙江杭州310027 浙江大学能源清洁利用国家重点实验室浙江杭州310027

为了推动氢氧化反应器在新型超临界水煤气化制氢发电系统中的应用,初步探究了超临界H_(2)O/CO_(2)混合工质氢氧化反应器的运行特性。在Aspen Plus中建立了超临界H_(2)O/CO_(2)新型混合工质氢氧化反应器的平推流反应器流程模型,研究了反... 详细信息

为了推动氢氧化反应器在新型超临界水煤气化制氢发电系统中的应用,初步探究了超临界H_(2)O/CO_(2)混合工质氢氧化反应器的运行特性。在Aspen Plus中建立了超临界H_(2)O/CO_(2)新型混合工质氢氧化反应器的平推流反应器流程模型,研究了反应温度、组分流量等因素对反应器性能的影响。结果表明:反应器内主要发生了氢气、甲烷和一氧化碳的氧化反应,当氧气稀缺时甲烷氧化反应优先于氢气氧化反应。根据模拟结果对反应器末端的氢气残留以及反应器内部温度分布的不均匀问题提出了改善措施,为工程应用中提升混合工质中氢能的利用效率、保障混合工质汽轮机的安全性提供了参考依据。

关键词：超临界水煤气化氢气混合工质氧化反应

石墨纳米片尺寸对复合相变材料储热特性的影响

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化工学报 2015年第6期66卷 2023-2030页

作者：丁晴方昕闫晨范利武俞自涛浙江大学热工与动力系统研究所浙江杭州310027

为了探究二维纳米材料的尺寸对复合相变材料储热特性的影响,将膨胀石墨分别超声振荡10、30和90 min,得到3种不同尺寸的石墨纳米片：GNS-10、GNS-30、GNS-90,添加到十六醇中制备出纳米复合相变材料。利用SEM、XRD和Hot Disk等方法对其微... 详细信息

为了探究二维纳米材料的尺寸对复合相变材料储热特性的影响,将膨胀石墨分别超声振荡10、30和90 min,得到3种不同尺寸的石墨纳米片：GNS-10、GNS-30、GNS-90,添加到十六醇中制备出纳米复合相变材料。利用SEM、XRD和Hot Disk等方法对其微观结构和性能进行表征和测试的同时,对比研究了Maxwell、Bruggeman及Nielsen模型对热导率的计算结果。结果显示,石墨纳米片尺寸越大,对复合相变材料热导率的提升幅度越大。当GNS-10添加量为10%（质量分数）时,热导率提升了约517%。Nielsen模型在形状因子A取100~180时可以较好地预测实验值。与大幅增长的热导率相比,复合相变材料相变温度、相变焓的变化可忽略不计。此外,石墨纳米片的加入明显缩短了储热材料的凝固速率,有效热导率的提高是产生这种效果的主要原因。

关键词：石墨纳米片复合相变材料热导率储热

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超亲水表面在淬火冷却过程中的沸腾传热特性

浙江大学学报（工学版） 2016年第8期50卷 1493-1498页

作者：李佳琦范利武俞自涛浙江大学热工与动力系统研究所浙江杭州310027

为了研究超亲水表面对于沸腾传热的强化效果,将氧化硅纳米颗粒沉积在不锈钢球表面上制备一种静态接触角接近于0°的超亲水表面,利用瞬态淬火的方法研究该表面在淬火冷却过程中的沸腾传热特性.实验结果表明,超亲水表面有效提高了淬火速率... 详细信息

为了研究超亲水表面对于沸腾传热的强化效果,将氧化硅纳米颗粒沉积在不锈钢球表面上制备一种静态接触角接近于0°的超亲水表面,利用瞬态淬火的方法研究该表面在淬火冷却过程中的沸腾传热特性.实验结果表明,超亲水表面有效提高了淬火速率,冷却时间较原始表面缩短了56.5%.该表面显著提高了临界热流密度及其所对应的表面过热度,较之原始表面分别提高了72.8%和23.3%.超亲水表面润湿性能的改善和汽化核心数的增加对过渡沸腾阶段的传热机理产生了重要影响,可以显著地观察到过渡-膜态沸腾和过渡-核态沸腾2个不同的阶段.

关键词：淬火冷却池沸腾过渡沸腾临界热流密度超亲水表面

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放热流体在多孔渗流水平圆柱外的自然对流

浙江大学学报（工学版） 2013年第8期47卷 1463-1469页

作者：曾轶洪荣华范利武徐旭俞自涛胡亚才浙江大学热工与动力系统研究所浙江杭州310027 中国计量学院计量测试工程学院浙江杭州310018

针对等温加热的多孔渗流水平圆柱体浸没在放热流体中的层流自然对流传热问题采用摄动法进行分析.圆柱体的多孔渗流特性用圆柱壁面的法向速度进行表示.通过摄动法对自然对流传热的边界层方程进行近似分析,并利用龙格-库塔方法求得方程的... 详细信息

针对等温加热的多孔渗流水平圆柱体浸没在放热流体中的层流自然对流传热问题采用摄动法进行分析.圆柱体的多孔渗流特性用圆柱壁面的法向速度进行表示.通过摄动法对自然对流传热的边界层方程进行近似分析,并利用龙格-库塔方法求得方程的数值解,得到自然对流的速度与温度场以及沿圆柱体壁面的努塞尔数分布.结果表明,在有壁面外法向速度时,圆柱体的局部换热受到抑制;然而壁面吸入或流体放热效应都对局部努塞尔数有增强效果.圆柱体的平均努塞尔数随着流体放热的增加或壁面内法向速度的减小而降低.在流体放热恒定时,壁面流出效应对整体换热的影响并不明显.

关键词：层流自然对流放热流体多孔渗流水平圆柱体摄动法

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纳米填料对储能式散热器性能影响的数值研究

浙江大学学报（工学版） 2013年第9期47卷 1644-1649页

作者：肖玉麒范利武洪荣华徐旭俞自涛胡亚才浙江大学热工与动力系统研究所浙江杭州310027 中国计量学院计量测试工程学院浙江杭州310018

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析.在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变... 详细信息

针对储能式电子器件散热器性能受相变材料较低导热能力限制的问题,采用添加高导热纳米填料的方法提高相变材料的表观导热系数,并对储能式散热器的性能提升潜力进行分析.在短时大功率加热(热流密度为10 W/cm2)的条件下,对以二十烷为相变材料的储能式散热器在添加碳纳米管填料之后的工作过程(熔化和凝固传热)进行了三维数值模拟.结果显示,由于相变材料表观导热系数的提高,散热器的性能随碳纳米管添加量的增加而提升,其提升程度与添加量呈近似线性相关;当加入体积分数为10%的碳纳米管时,散热表面的最大温升相对于无碳纳米管的情形降低了8℃,散热器的等效总热阻则降低了14%,说明该方法是提高储能式散热器性能的有效途径.

关键词：电子器件热管理储能式散热器相变储能材料导热系数碳纳米管

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木材导热系数的分形与神经网络模型

木材导热系数的分形与神经网络模型

作者：范利武浙江大学

学位级别：硕士

本论文通过多种手段对木材的导热系数进行了理论和实验研究。提出了一个计算横纹导热系数的分形模型和一个预测导热系数的人工神经网络模型，并利用瞬态测量法的实验数据对模型进行了验证。首先对传统的瞬态平面热源法... 详细信息

本论文通过多种手段对木材的导热系数进行了理论和实验研究。提出了一个计算横纹导热系数的分形模型和一个预测导热系数的人工神经网络模型，并利用瞬态测量法的实验数据对模型进行了验证。首先对传统的瞬态平面热源法进行了改进。通过拉普拉斯变换方法求解了一维有限厚度平板的非稳态导热微分方程，得到了平板木材试样的温度随时间和平板厚度变化的短时间公式，并由此建立了恒定热流加热的木材导热系数瞬态测量实验台。利用此实验台测量了不同含水率落叶松和红松试样的径向导热系数并与文献中的数据进行了比较。该实验台还可以同时测量出木材的热扩散系数和比热等热物性参数。其次，提出了一个对木材的横纹导热系数进行理论估算的分形模型。通过扫描电镜图片对木材试样横纹剖面的多孔结构特征进行了观察，并利用分形理论对其进行了分析。采用盒维数法计算得到了4种木材纤维多孔结构的分形维数分别为1.38、1.49、1.38和1.44。然后研究了单个木材细胞的导热过程，通过热阻网络模拟的方法分别推导出了其弦向和径向导热系数的表达式，并由木材孔隙率与分形维数的关系式得到了其导热系数随分形维数变化的表达式。根据此分形模型对木材的径向导热系数进行了计算并将其结果与实验测量结果和文献中的数据进行了比较。最后，建立了预测木材导热系数随各种物性参数变化的人工神经网络模型。网络类型为单隐层BP神经网络，以木材的温度和孔隙率为输入量，并以其导热系数为输出量。设隐层的神经元数分别为3～8个构建了6个神经网络，并利用桦木的导热系数对它们分别进行了训练。通过对训练误差的比较分析，得到了具有最优性能的网络型式为隐层具有6个神经元的网络，其训练结果的平均相对误差为0.21％，平均绝对误差为0.000433W／mK。利用该最优网络对不同温度和孔隙率情况下桦木的导热系数进行了预测，并将预测结果与实验和文献中的数据进行了对比。研究结果表明，利用改进后的瞬态平面热源法能快速地对不同含水率的木材

关键词：木材导热系数瞬态测量分形模型分形维数人工神经网络温度含水率孔隙率

大功率短时加热条件下相变储能式热沉瞬态性能及其优化的实验研究

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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工程热物理学报 2014年第3期35卷 533-537页

作者：肖玉麒曾轶范利武洪荣华俞自涛胡亚才浙江大学热工与动力系统研究所浙江杭州310027

为了评估相变储能式散热技术在间歇式大功率电子器件热管理中的适用性,本文采用实验方法研究了在短时大功率(60~120 W)较高热流密度(5.3~10.5 W·cm^(-2))加热条件下相变储能式热沉的瞬态性能.实验结果表明,在不同的加热功率下,采用相... 详细信息

为了评估相变储能式散热技术在间歇式大功率电子器件热管理中的适用性,本文采用实验方法研究了在短时大功率(60~120 W)较高热流密度(5.3~10.5 W·cm^(-2))加热条件下相变储能式热沉的瞬态性能.实验结果表明,在不同的加热功率下,采用相变储能式热沉可以将冷却目标的温升最多降低约40℃,而其平均等效热阻能比传统热沉降低30%以上,体现了明显的性能优势.此外,通过添加翅片的方法可以进一步改善相变储能式热沉的性能.如果设定电子器件正常的工作温度为80℃,有翅片的热沉能将有效保护时间延长多达130%.在大功率短时加热条件下,采用相变储能式热沉能够达到理想的散热效果,而通过强化传热手段可以进一步优化其性能.

关键词：相变储能热沉热管理大功率短时加热翅片