本文關(guān)鍵詞：微結(jié)構(gòu)材料傳熱流動(dòng)調(diào)控過程的熱力學(xué)特性研究

  更多相關(guān)文章： 微結(jié)構(gòu)材料 熵產(chǎn)分析 熱力學(xué)特性 退耦合液氫慢化器

【摘要】：具有特殊功能的微結(jié)構(gòu)材料可以被應(yīng)用到光學(xué)、聲學(xué)、熱力學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域,在國(guó)防、微元件保護(hù)等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著制備技術(shù)、精密測(cè)量?jī)x器的發(fā)展和各國(guó)學(xué)者對(duì)微結(jié)構(gòu)材料研究的深入,微結(jié)構(gòu)材料在傳熱和流動(dòng)過程中能量和動(dòng)量的傳輸機(jī)理逐漸成了各國(guó)學(xué)者的研究重點(diǎn)。本文對(duì)基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)和銅材料楔形扇區(qū)制成的熱集中器模型進(jìn)行了仿真計(jì)算,并利用熵產(chǎn)理論對(duì)傳輸過程的不可逆耗散進(jìn)行了分析。熱集中器可以很好地控制熱流方向而對(duì)外界環(huán)境溫度場(chǎng)以及耗散分布影響很小。基于溫升和熵產(chǎn)率指標(biāo),提出了熱集中率參數(shù),熱集中器的熱集中率在導(dǎo)熱過程中波動(dòng)變化,導(dǎo)熱初期最大,最終穩(wěn)定在0附近。針對(duì)集中器模型兩側(cè)溫差分別為60K、100K、140K和半圓形熱集中器單元中心間距為4mm和8mm結(jié)構(gòu)工況下的集熱性能進(jìn)行了計(jì)算和評(píng)價(jià),溫差越大或者中心間距越小,熱集中效果越好。針對(duì)不同濃度納米流體在微結(jié)構(gòu)漸擴(kuò)管道內(nèi)流動(dòng),本文得到了納米顆粒濃度分別為0.4、1.0、1.8、2.8、4.0時(shí)在Re分別為50、100、150、200、300工況的計(jì)算結(jié)果。利用流動(dòng)熵產(chǎn)和傳熱熵產(chǎn)得到了流動(dòng)和傳熱的不可逆損失規(guī)律,從物性調(diào)控角度對(duì)傳輸特性進(jìn)行了分析。增加納米顆粒濃度或者Re數(shù),會(huì)使得流動(dòng)不可逆耗散增加,平均傳熱不可逆耗散減小,其中傳熱不可逆損失數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于流動(dòng)不可逆損失,在總耗散中占主導(dǎo)作用�；谥袊�(guó)散裂中子源退耦合液氫慢化器實(shí)體,對(duì)三維復(fù)雜熱沉積分布下的慢化器真空層內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域進(jìn)行了仿真計(jì)算,并利用熵產(chǎn)理論對(duì)傳輸特性進(jìn)行了分析。熱沉積的不均勻分布,導(dǎo)致慢化器插件溫度分布不均勻,極大值分布在容器的一角,為354.4K。在真空層外部,氦容器溫度最高,傳熱不可逆損失也最大;冷卻水能夠及時(shí)帶走熱量,溫度較低,不可逆耗散也較低。在真空層內(nèi)部,窄化片的不對(duì)稱分流,導(dǎo)致兩側(cè)的液氫速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)不同。在液氫容器內(nèi),流動(dòng)損失和傳熱損失數(shù)值相當(dāng),主要集中在容器底部區(qū)域。沿著液氫流動(dòng)方向,流動(dòng)損失和傳熱損失先減小后增加,在容器底部處突增。針對(duì)進(jìn)氫管長(zhǎng)度變化提出了優(yōu)化方案,綜合分析溫度和耗散因素,得到進(jìn)氫管管口距離氫容器底部距離在15mm或者50mm左右效果較好。
【關(guān)鍵詞】：微結(jié)構(gòu)材料 熵產(chǎn)分析 熱力學(xué)特性 退耦合液氫慢化器
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB30
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題來源及研究的背景和意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 微結(jié)構(gòu)超材料傳熱模型研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 傳熱流動(dòng)中熵產(chǎn)分析研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 本文主要研究?jī)?nèi)容13-15
• 第2章 微結(jié)構(gòu)超材料傳熱計(jì)算15-33
• 2.1 引言15
• 2.2 數(shù)理模型15-19
• 2.2.1 熵產(chǎn)率模型15-16
• 2.2.2 微結(jié)構(gòu)超材料物理模型16-18
• 2.2.3 微尺度超材料傳熱模型計(jì)算網(wǎng)格18-19
• 2.2.4 熱集中率評(píng)價(jià)指標(biāo)19
• 2.3 熱集中器集熱計(jì)算19-24
• 2.4 熱集中器熵產(chǎn)率計(jì)算24-29
• 2.5 熱集中器集熱效果影響因素分析29-31
• 2.6 本章小結(jié)31-33
• 第3章 微結(jié)構(gòu)流動(dòng)物性調(diào)控計(jì)算33-57
• 3.1 引言33
• 3.2 微結(jié)構(gòu)流動(dòng)計(jì)算模型33-37
• 3.2.1 幾何模型33-34
• 3.2.2 數(shù)學(xué)模型及參數(shù)34-37
• 3.2.3 計(jì)算網(wǎng)格及網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證37
• 3.3 計(jì)算結(jié)果及討論37-56
• 3.3.1 流場(chǎng)分析37-40
• 3.3.2 溫度場(chǎng)分析40-43
• 3.3.3 Nu數(shù)分析43-45
• 3.3.4 熵產(chǎn)分析45-56
• 3.4 本章小結(jié)56-57
• 第4章 退耦合液氫慢化器傳輸計(jì)算57-75
• 4.1 引言57
• 4.2 數(shù)理模型及網(wǎng)格57-62
• 4.2.1 計(jì)算模型57-61
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分61-62
• 4.3 熱源處理62-63
• 4.4 真空層內(nèi)部計(jì)算結(jié)果63-69
• 4.4.1 壓力分布63-64
• 4.4.2 速度分布64-65
• 4.4.3 溫度分布65-66
• 4.4.4 熵產(chǎn)分布66-69
• 4.5 真空層外部計(jì)算結(jié)果69-72
• 4.5.1 速度分布69
• 4.5.2 溫度分布69-71
• 4.5.3 熵產(chǎn)率分布71-72
• 4.6 優(yōu)化結(jié)構(gòu)的計(jì)算及分析72-74
• 4.7 本章小結(jié)74-75
• 結(jié)論75-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文82-85
• 致謝85

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本文編號(hào)：917212