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基于CFD的闪火环境中消防服传热机制模拟

东华大学学报（自然科学版） 2020年第5期46卷 740-746页

作者：田苗李俊东华大学服装与艺术设计学院上海200051 东华大学现代服装设计与技术教育部重点实验室上海200051 同济大学上海国际设计创新研究院上海200092

为探索闪火环境中消防服对外界热量的阻隔作用,利用传热传质和计算流体动力学原理建立三维人体和服装传热模型。通过燃烧假人系统物理试验,建立并验证裸体假人三维传热模型的有效性,确定模拟火场参数,并用于单层和多层消防服三维传热模... 详细信息

为探索闪火环境中消防服对外界热量的阻隔作用,利用传热传质和计算流体动力学原理建立三维人体和服装传热模型。通过燃烧假人系统物理试验,建立并验证裸体假人三维传热模型的有效性,确定模拟火场参数,并用于单层和多层消防服三维传热模型的建立。结果表明,消防服的胸部至膝盖部分具有良好的热防护能力,而领口、袖口及脚口等服装开口部位,由于空气对流加剧了服装内部和外界的热量交换,致使其热防护性能显著降低。多层消防服系统的表面温度低于单层消防服,具有更好降低热传递的性能,且不易达到热解温度。

关键词：消防服传热机制闪火计算流体动力学数值模拟

汽车饰件IMD/MIM工艺过程中传热机制与泡孔形成机理研究

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汽车饰件IMD/MIM工艺过程中传热机制与泡孔形成机理研究

作者：杨青武汉理工大学

学位级别：硕士

汽车轻量化已经成为现代汽车发展的重要趋势之一。微孔发泡塑料因其内部致密泡孔结构,能够在保证制件力学性能不下降的前提下实现减重,且具有良好的隔热隔音和冲击性能,被应用于汽车内外饰上。然而表面缺陷比如气泡痕仍然是微孔发泡注... 详细信息

汽车轻量化已经成为现代汽车发展的重要趋势之一。微孔发泡塑料因其内部致密泡孔结构,能够在保证制件力学性能不下降的前提下实现减重,且具有良好的隔热隔音和冲击性能,被应用于汽车内外饰上。然而表面缺陷比如气泡痕仍然是微孔发泡注塑成型（MIM）制件的主要缺点之一,这在很大程度上限制了MIM的应用领域。本文采用模内装饰/微孔发泡复合注塑成型（IMD/MIM）工艺来改善发泡制件的表面质量,基于IMD/MIM复合注塑成型工艺,通过理论模型,数值模拟和物理实验相结合的方法研究IMD/MIM工艺过程中的传热机制及其对复合注塑成型制件成型缺陷和力学性能的影响机理,研究膜对IMD/MIM制件成型缺陷及力学性能的影响规律,揭示IMD/MIM工艺非对称温度场下的泡孔形成机理,并研究基于汽车饰件的IMD/MIM制件翘曲改善方法。IMD/MIM工艺过程中的传热机制。通过建立多相流固耦合传热数学模型,实现复合注塑成型熔体填充阶段熔体与模具之间的传热过程,得到模具型腔内的非对称温度场;与复合注塑成型实验相结合,通过对比分析IMD/MIM,MIM,模内装饰（IMD）,传统注塑成型（CIM）制件性能揭示了传热对复合注塑成型制件成型缺陷及力学性能的影响机理。研究发现,填充结束时刻带膜侧熔体温度高于无膜侧;IMD/MIM工艺能够改善发泡制件的表面质量,这是由于膜的存在提高了膜与熔体界面的温度所致。膜的存在对制件的力学性能无显著影响。膜对IMD/MIM制件性能的影响规律。基于所建立的传热数学模型,揭示膜变化下的熔体填充阶段熔体与膜界面的热响应特性,并结合物理实验研究膜的厚度,种类对IMD/MIM制件成型缺陷和力学性能的影响规律。研究发现,随着膜厚度的增加,带膜侧熔体温度升高,熔体填充能力增强,发泡制件表面质量得以提高;由于PET膜的导热系数较小,较高的带膜侧熔体温度使制件表面气泡痕重新溶解回熔体中,从而得到表面外观较好的制件。膜的厚度及种类变化对制件的力学性能无显著影响。IMD/MIM工艺过程中的泡孔形成机理。通过对比分析IMD/MIM和MIM制件垂直方向及平行方向上的泡孔结构,揭示复合注塑成型制件内部泡孔结构的形成机理;基于复合注塑成型实验,研究膜的厚度,种类变化对复合注塑成型制件泡孔结构的影响规律。结果表明,随着膜厚度的增加,芯层整体向带膜侧偏移距离呈现增大的趋势,造成出现带膜过渡层厚度逐渐减小而无膜过渡层逐渐增大的现象。贴覆有PET膜的制件带膜过渡层泡孔尺寸较大,且芯层整体向带膜侧偏移距离较大,导致泡孔分布较不均匀。基于汽车饰件的IMD/MIM制件翘曲改善方法。以汽车内饰件为研究对象,实现IMD/MIM制件的瞬态冷却分析,验证膜的存在确实会引发制件的翘曲,研究IMD/MIM制件翘曲改善方法。研究发现,采用随形冷却水道能够有效地改善复合注塑成型制件的翘曲问题,这主要是制件各处均匀冷却的缘故;不对称冷却法能够在一定程度上减小制件的翘曲。

关键词：微孔发泡注塑成型传热机制成型缺陷力学性能泡孔形成机理

面向增材制造的相变材料内嵌导热增强体设计与强化传热机制研究

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面向增材制造的相变材料内嵌导热增强体设计与强化传热机制研究

作者：马广朋大连理工大学

学位级别：硕士

固-液相变材料的高潜热及高稳定性等优点使其在储能及温控领域应用广泛,但是低的导热系数严重限制了相变材料的大规模应用。合理植入高导热材料可以有效克服其导热系数较低的缺点,大幅度提高相变材料利用率。但目前的研究仍多停留在高... 详细信息

固-液相变材料的高潜热及高稳定性等优点使其在储能及温控领域应用广泛,但是低的导热系数严重限制了相变材料的大规模应用。合理植入高导热材料可以有效克服其导热系数较低的缺点,大幅度提高相变材料利用率。但目前的研究仍多停留在高导热材料的直接应用上,缺乏可行的结构设计。增材制造的迅速发展可为导热增强体的构型设计提供强有力的技术支持。本文从热传导与热对流两个增强机制出发,对内嵌导热增强体结构进行合理的构型设计与性能分析。首先设计并利用增材制造制备了内含梯度多孔金属的相变温控装置,通过数值分析与实验对比验证了通过梯度设计进行导热增强的有效性;其次通过特殊的翅片结构设计探讨了自然对流对多孔金属导热增强的相变换热性能的贡献;最后,针对典型工程应用,设计了一种考虑两种不同增强机制作用的结构设计方案并对其性能进行评估。具体研究内容如下:(1)内嵌梯度多孔金属的增材制造相变温控装置数值与实验研究。本文首先建立了一种针对内嵌梯度多孔金属的增材制造相变温控装置的三维数值分析模型,同时为了验证数值模型的有效性搭建实验平台进行实验探究。数值结果表明:在不同的工况(加热功率)下仿真与实验结果均具有很好地一致性,证实了方法的有效性。然后以关键点的温度为评价标准,讨论了封装结构存在及壁厚、多孔介质孔隙率梯度分布等设计因素对相变温控的影响,结果表明封装结构的存在与否以及壁厚对相变温控的影响很大。相对于均匀金属多孔介质,合理的梯度设计能够明显提高相变材料的温控能力。(2)考虑自然对流强化作用的相变导热增强体结构设计。导热增强体的引入使得液态相变材料的自然对流减弱,特别是具有大比表面积的多孔金属材料严重抑制了自然对流的产生,使得热传导成为传热的主要机制。本文通过数值方法,研究了内含导热增强体的相变换热过程中自然对流的增强作用,目的是探讨在相变换热过程中同时发挥热传导和自然对流两种强化机制的可能性。研究结果表明:自然对流的存在对相变换热过程的影响不能忽略,同时发挥两种强化机制可以突破纯热传导下相变换热能力的极限。(3)基于多传热增强机制的典型工程相变温控器设计。功能需求的增加使得CCD组件面临的热环境日益严苛,相变材料的高潜热、良好的稳定性使得相变散热器相对传统散热方式优点更为突出。本文以更低的温度水平、更小的温升速度、更长的可工作时间为优化目标,考虑导热肋的梯度设计、相变材料融化的自然对流的基础上对某型CCD组件进行构型设计,结果与他人文献相比,在各个优化目标参数上均有所提升,证明了此构型设计的有效性。

关键词：相变换热梯度设计传热机制自然对流构型设计

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高导热Fe基电弧喷涂层设计及传热机制研究

高导热Fe基电弧喷涂层设计及传热机制研究

作者：魏建勋北京工业大学

学位级别：硕士

本文以提高烘缸等热交换部件表面防护涂层的热导率、增强能源使用效率为背景，设计开发了FeCrSi及FeCrB系合金涂层，主要研究了Si、B元素含量对于对Fe基涂层的相组成、微观组织结构、热导率及耐磨、耐蚀性的影响规律;同时探讨了Fe基合... 详细信息

本文以提高烘缸等热交换部件表面防护涂层的热导率、增强能源使用效率为背景，设计开发了FeCrSi及FeCrB系合金涂层，主要研究了Si、B元素含量对于对Fe基涂层的相组成、微观组织结构、热导率及耐磨、耐蚀性的影响规律;同时探讨了Fe基合金涂层内的传热机制。具体结论如下：FeCrSi系涂层具有典型的热喷涂层状结构特征，随着丝材中Si元素含量的增加，所制备的涂层内Fe基氧化物虽然逐渐减少，但涂层内的Si元素含量和孔隙率却逐渐增加，由此涂层内的电子与声子受到了越来越大的散射作用，涂层的热导率因此逐渐降低。此外，涂层的显微硬度保持在467.5～573.0HV0.1之间，相对耐磨性为Q235基材的2.9～3.8倍。随着涂层中氧化物含量的逐渐减少及孔隙率的逐渐上升，涂层耐盐溶液周浸蚀的能力逐渐下降。所制备的FeCrSi系涂层的热导率与耐磨性均高于市售1Cr17Mo涂层，而涂层的耐蚀性相对1Cr17Mo涂层要差。本试验所制备的FeCrB系涂层，具有较为致密的组织结构，孔隙率3.3%～3.6%之间。当丝材中B元素含量小于2%时，随着B元素含量的上升，涂层内的Fe基氧化物含量逐渐降低，涂层内的传热阻碍减少，涂层的热导率呈逐渐升高趋势。而后随着丝材中B元素的继续升高，涂层中的FeCrB相逐渐增多，涂层的热导率又呈现下降趋势;当B元素含量达到2wt.%时，涂层的热导率达到最高为8.99W/mK。对合金丝材进行不同喷涂距离下的喷涂试验，随着喷涂距离的加大，涂层内孔隙率和氧化物含量逐渐上升，涂层的热导率逐渐下降。所制备的FeCrB系涂层微硬度保持在811.4～820.1HV0.1之间，相对耐磨性为Q235基材的2.8～5.1倍。另一方面，随着涂层中的氧化物含量减少，孔隙率逐渐上升，涂层耐盐溶液周浸蚀的能力变弱，腐蚀增重逐渐增加。整体上，FeCrB系涂层的热导率与耐磨性要高于市售3Cr13涂层，而耐盐溶液浸泡腐蚀能力要弱于3Cr13涂层。

关键词：电弧喷涂层微观组织结构热导率传热机制耐磨性耐蚀性

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杜瓦瓶的传热机制分析

长沙交通学院学报 1995年第1期11卷 34-39页

作者：莫克威长沙交通学院基础科学部

本文对杜瓦瓶的传热机制进行了定量分析，指出热辐射传热在杜瓦瓶情形下是不可忽略的。文中通过对热传递方程进行解析求解并结合有关产品数据，给出了杜瓦瓶夹壁中空气的热传导系数上限值。

关键词：热传导热辐射保温瓶传热机制分析

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烤箱不同传热机制食物适配性研究

家电科技 2022年第S1期 35-40页

作者：李海龙汪春节陈丹慧石磊熊明洲珠海格力电器股份有限公司广东珠海519070

研究以鸡翅、茄子和薯条为研究对象,采用质构分析与感官评价的方法,并结合烹饪损失和加工过程温度数据,考察烤箱热辐射(上下加热模式)、热对流(背部加热+循环模式)、热辐射+热对流(顶部加热+循环模式)三种不同传热机制对食物品质的影响... 详细信息

研究以鸡翅、茄子和薯条为研究对象,采用质构分析与感官评价的方法,并结合烹饪损失和加工过程温度数据,考察烤箱热辐射(上下加热模式)、热对流(背部加热+循环模式)、热辐射+热对流(顶部加热+循环模式)三种不同传热机制对食物品质的影响。结果表明,上下模式(热辐射)为烤鸡翅和烤茄子的最优烹饪模式,对鸡翅和茄子的质量保留程度较高,上下模式较3D模式(热对流)烤鸡翅时在食材口感上提升6.51%,上下模式较热风模式烤茄子时在食材口感上提升6.79%;而3D模式为烤薯条的最优烹饪模式,较上下模式在食材口感上提升31.96%,上下模式在烤薯条时内部升温速率较为缓慢,热风模式升温速率最快,而快速升温能带来薯条外皮较为酥脆的口感。

关键词：烤箱传热机制食物适配性质构特性感官评分

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地埋管群换热系统传热机制及耦合作用关系

地球科学前沿（汉斯） 2024年第11期14卷 1464-1476页

作者：凌福发李林陈原望蒋明徐亮汪洪星贵州紫金矿业股份有限公司贵州黔西南重庆大学资源与安全学院重庆重庆科技大学安全科学与工程学院重庆

地埋管群换热系统的布管设计还没有形成标准化的方法体系,制约着其能效和可靠性。通过现场试验、数值模拟和理论分析等方法,构建精细化的三维有限元数值分析模型,捕捉地埋管群换热系统的温度场演化特征和换热功率变化过程,揭示布管形式... 详细信息

地埋管群换热系统的布管设计还没有形成标准化的方法体系,制约着其能效和可靠性。通过现场试验、数值模拟和理论分析等方法,构建精细化的三维有限元数值分析模型,捕捉地埋管群换热系统的温度场演化特征和换热功率变化过程,揭示布管形式和埋管间距对换热系统传热过程的作用机制和耦合关系。结果显示:以地埋管为中心,地埋管群换热系统在横向断面上形成温度极值区,在纵向断面上形成温度极值条带和温度异常区;相较于顺序排列地埋管群,交叉排列地埋管群的温度极值区、极值条带更容易发生连通,温度异常区更发育;随着埋管间距的增加,地埋管群的温度极值区、极值条带更独立,温度异常区更不发育。确定了布管形式和埋管间距对地埋管群换热功率的耦合作用关系:布管形式对不同埋管间距条件下换热功率的差距产生显著的影响;埋管间距会导致不同布管形式条件下换热功率的差异发生明显的变化。研究成果对于地埋管群换热系统设计方法体系的建设具有重要价值。There is no standard method system for pipe arrangement design of ground pipe group heat exchange system (GPG-HES), which has restricted the energy efficiency and reliability of GPG-HES. Elaborative 3-dimensional finite element numerical analysis model of GPG-HES was structed, temperature evolution features and heat exchange power changing process of GPH-HES was captured, and action mechanism and coupled action relations of pipe arrange pattern and pipe spacing to the heat transfer process of GPG-HES was revealed, based on in-site test, numerical simulation and theoretical analysis. Results shown: Temperature extremum regions was formed on transverse section of GPG-HES, temperature extremum strips and temperature abnormal area were formed on longitudinal section of GPG-HES, centered on buried piles;compared with sequenced buried pipe group, temperature extremum regions and strips of interleaved buried pipe group are more likely to connected, and temperature abnormal area are more active;as the pipe spacing increases, temperature extremum regions and strips are more isolated, and temperature abnormal area is less active. Coupled action relations of pipe arrangement pattern and buried pipe spacing to GPG-HES was ascertained: pipe arrangement pattern markedly affects the difference of heat exchange power under different pipe spacing;pipe spacing causes obvious change to difference of heat exchange power under different pipe arrangement pattern. Study fruit is of great value to the design method system of GPG-HES.

关键词：地埋管群换热系统传热机制布管形式布管间距耦合作用