检索结果-内蒙古大学图书馆

工程热物理学报 2025年第1期46卷 217-225页

作者：李航滕润航赵甜陈群清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 北方工业大学储能科学与工程学院北京100144

换热器的高效、准确动态模拟是热系统性能动态分析的关键,然而基于时、空离散的有限差分/体积法难以兼顾模拟计算的精度与速度,不利于热系统的动态性能分析。本文提出一种频域热系统动态模拟高效算法,通过傅里叶变换导出系统内换热器的... 详细信息

换热器的高效、准确动态模拟是热系统性能动态分析的关键,然而基于时、空离散的有限差分/体积法难以兼顾模拟计算的精度与速度,不利于热系统的动态性能分析。本文提出一种频域热系统动态模拟高效算法,通过傅里叶变换导出系统内换热器的频域控制方程,并将其分解为初始-扰动部分,分别解析和数值求解,叠加得到系统的动态响应。相比于有限差分法,本文所提出算法在保证精度(偏差<0.3 K)的同时可缩短计算时间约一个量级。

关键词：换热器频域分析动态模拟求解算法傅里叶变换

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液滴结冰研究中的光学测量方法

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力学学报 2025年第2期57卷 316-334页

作者：曾昊王峰孙超清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室燃烧能源中心新基石科学实验室北京100084 清华大学航天航空学院工程力学系北京100084

液滴结冰过程广泛存在于日常生活与技术应用当中,理解液滴结冰过程对航空安全、风力发电和极地海洋装备设计等领域具有重要意义.光学测量方法为研究液滴结冰过程提供了重要的非接触式测量手段.旨在总结并评估液滴结冰研究中常用的光学... 详细信息

液滴结冰过程广泛存在于日常生活与技术应用当中,理解液滴结冰过程对航空安全、风力发电和极地海洋装备设计等领域具有重要意义.光学测量方法为研究液滴结冰过程提供了重要的非接触式测量手段.旨在总结并评估液滴结冰研究中常用的光学测量方法,为液滴结冰实验中光学测量手段的运用提供全面的视角和深入的剖析.文章从液滴结冰过程中涉及到的关键物理过程与机理出发,首先概述液滴结冰过程中的关键物理过程和机理,随后分类介绍液滴结冰研究中常用的光学测量方法,包括传统的光学显微观察、高速摄影技术、非相干光学方法、激光探测技术以及近年发展的先进光学技术,介绍基本原理,展示应用案例,分析各自优缺点.指出光学测量方法在可视化液滴结冰过程的微观细节、动力学和物理机制等方面发挥了重要作用,但也面临一些挑战,如时空分辨率、测量精度和干扰抑制等.最后,从提高光学测量的分辨率、灵敏度、准确性、全面性以及机器学习对光学测量技术的助推作用等角度,展望了液滴结冰研究中光学测量方法的发展方向,以期光学测量方法为相关领域的科学研究和工程应用提供更加有力的支持.

关键词：多相流液滴结冰光学测量

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计及非线性的分布式能源系统整体运行优化

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工程热物理学报 2025年第1期46卷 276-285页

作者：徐榕鸿赵甜吕洪坤国旭涛马欢苟星陈群清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100008 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院杭州310014

分布式综合能源系统中多能输运与转换过程耦合,非线性强,整体精细化建模分析困难。本文基于热量流法,结合电力系统潮流约束,构建了系统的整体数学模型,完整考虑系统中多能输运与转换的非线性特征,并提出了其“分层–分治”迭代优化算法... 详细信息

分布式综合能源系统中多能输运与转换过程耦合,非线性强,整体精细化建模分析困难。本文基于热量流法,结合电力系统潮流约束,构建了系统的整体数学模型,完整考虑系统中多能输运与转换的非线性特征,并提出了其“分层–分治”迭代优化算法,实现了系统的高效、鲁棒运行优化。结果表明,本文构建模型的优化结果更准确,忽略非线性传热约束后电制热装置制热量相对误差可达36.7%,忽略节点电压约束后储热装置实时储热量相对误差可达57.3%。

关键词：分布式能源系统多能耦合热量流模型传热约束

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膨胀石墨“开口封装”聚乙二醇构筑连续导热相的热界面材料研究

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中国科学:技术科学 2025年第2期55卷 233-244页

作者：刘长青于伟李一凡范俊辉袁文华曹炳阳邵阳学院机械与能源工程学院邵阳422000 邵阳学院高效动力系统及智能制造湖南省重点实验室邵阳422000 上海第二工业大学能源与材料学院上海201209 清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

相变型热界面材料是强化高功率器件散热的一个重要研究方向,但其面临防止泄漏和降低接触热阻共存的一对矛盾问题.针对该问题,本文提出高导热的多孔状膨胀石墨“开口封装”聚乙二醇的新方法.基于膨胀石墨的高导热能力和多孔结构特性,添... 详细信息

相变型热界面材料是强化高功率器件散热的一个重要研究方向,但其面临防止泄漏和降低接触热阻共存的一对矛盾问题.针对该问题,本文提出高导热的多孔状膨胀石墨“开口封装”聚乙二醇的新方法.基于膨胀石墨的高导热能力和多孔结构特性,添加少量的膨胀石墨可以有效防止聚乙二醇的泄漏,并保持低接触热阻(TCR),同时容易实现首尾相连构筑连续导热相而显著提高热导率.本文系统研究了复合热界面材料的热性能,结果表明:膨胀石墨/聚乙二醇热界面材料的热导率随膨胀石墨填充质量增大而提高,当膨胀石墨质量分数为3.23 wt%时,复合热界面材料热导率高达3.24 W/(m K),提高了575%;TCR随温度升高而降低,当温度达到聚乙二醇的相变点时,发生急剧降低(从1.5×10^(−3)~2.5×10^(−3)℃m^(2)/W降低至约1.0×10^(-5)℃m^(2)/W);复合相变材料应用于定温加热板散热过程,表面温度变化结果证实接触面处温升诱导其逐渐转变为熔融态,导致接触热阻发生显著降低.该方法为推进兼具高导热、形状稳定和低接触热阻相变型热界面材料的实际应用提供了一种方案.

关键词：热界面材料接触热阻开口封装相变材料连续导热相

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微纳尺度体点导热的拓扑优化

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物理学报 2019年第20期68卷 12-22页

作者：李含灵曹炳阳清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室

体点导热问题是电子器件散热优化方面的基础问题之一,已有研究大多建立在傅里叶导热定律的基础上,但随着电子器件的特征尺度降低到微纳米量级,导热优化需要考虑非傅里叶效应.本文结合声子玻尔兹曼方程的数值解和对声子平均自由程进行插... 详细信息

体点导热问题是电子器件散热优化方面的基础问题之一,已有研究大多建立在傅里叶导热定律的基础上,但随着电子器件的特征尺度降低到微纳米量级,导热优化需要考虑非傅里叶效应.本文结合声子玻尔兹曼方程的数值解和对声子平均自由程进行插值的固体各向同性材料惩罚方法,发展了微纳米尺度下弹道-扩散导热的拓扑优化方法.在弹道-扩散导热机制下,体点导热的拓扑优化得到的材料分布明显不同于扩散导热下的树状分布,且会随努森数的变化而变化,与拓扑优化的插值方式和声子弹道输运有关.随着弹道效应的增强,尺寸效应使得材料分布中微小结构的等效热导率低于粗壮结构,因而拓扑优化结果朝着增多粗壮结构、减少微小结构的方向发展.弹道效应足够强时,填充材料聚集在低温边界附近,主干和枝合并,呈团状分布.

关键词：体点导热拓扑优化微纳尺度声子玻尔兹曼输运方程

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石墨烯的声子热学性质研究

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物理学报 2014年第15期63卷 295-301页

作者：叶振强曹炳阳过增元清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

声子是石墨烯导热过程中的主要载体,而声子的弛豫时间又是其中最基本、最重要的物理量.本文采用简正模式分解法研究了石墨烯声子的弛豫时间,并且借此分析了不同声子在导热过程中的贡献.该方法通过平衡分子动力学模拟实现,首先通过模拟... 详细信息

声子是石墨烯导热过程中的主要载体,而声子的弛豫时间又是其中最基本、最重要的物理量.本文采用简正模式分解法研究了石墨烯声子的弛豫时间,并且借此分析了不同声子在导热过程中的贡献.该方法通过平衡分子动力学模拟实现,首先通过模拟得到单个声子的能量自相关函数衰减曲线,并进一步采用拟合和积分两种方法得到单个声子的弛豫时间.然后,研究了弛豫时间与波矢、频率和温度的关系.结果发现,弛豫时间随波矢的变化与对应的色散关系相近,弛豫时间与频率和温度的关系符合理论模型:1/τ=νnTm,其中声学支的n为1.56,而光学支结果较为发散,指数m对于不同声子支结果略有不同.最后,还研究了不同频率声子对导热的贡献,发现低频声子在态密度上占有绝对优势,并且其弛豫时间整体高于高频声子,所以低频声子对导热的贡献占据主导地位.

关键词：石墨烯声子弛豫时间简正模式分解法分子动力学模拟

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(火积)的宏观物理意义及其应用

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物理学报 2013年第23期62卷 214-220页

作者：赵甜陈群清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

提高传热过程的性能是解决能源问题的重要途径之一.本文通过与力学中相关概念进行对比,分析了传热过程性能优化的新物理量——(火积)的宏观物理意义.通过(火积)与物体对外传热能力、(火积)定义的传热过程效率以及(火积)与热量传递驱动... 详细信息

提高传热过程的性能是解决能源问题的重要途径之一.本文通过与力学中相关概念进行对比,分析了传热过程性能优化的新物理量——(火积)的宏观物理意义.通过(火积)与物体对外传热能力、(火积)定义的传热过程效率以及(火积)与热量传递驱动力的关系三方面分析,发现(火积)具有的宏观物理意义是物体包含的热量在温度场中所具有的势能.并且,通过对流换热的(火积)理论优化介绍了(火积)理论在工程实际中的应用.

关键词： (火积) 宏观物理意义势能对流换热

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硅纳米薄膜中声子弹道扩散导热的蒙特卡罗模拟

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物理学报 2013年第24期62卷 178-186页

作者：华钰超董源曹炳阳清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

通过建立声子散射概率函数描述声子在输运过程中的散射,提出了一种模拟声子弹道扩散导热的蒙特卡罗方法,并将其应用于硅纳米薄膜中的稳态和瞬态弹道扩散导热过程的研究.提出的蒙特卡罗方法对边界发射的声子束进行跟踪,根据散射概率函数... 详细信息

通过建立声子散射概率函数描述声子在输运过程中的散射,提出了一种模拟声子弹道扩散导热的蒙特卡罗方法,并将其应用于硅纳米薄膜中的稳态和瞬态弹道扩散导热过程的研究.提出的蒙特卡罗方法对边界发射的声子束进行跟踪,根据散射概率函数模拟声子束在传播区域内经历的散射过程,并通过统计声子束的分布得到温度分布.稳态导热过程的模拟发现,尺寸效应会引起边界温度跳跃,其值随着Knudsen数的增大而增大;计算的硅纳米薄膜的热导率随着厚度的增大而增大,与文献中的实验数据和理论模型相符.通过瞬态导热过程的模拟得到了纳米薄膜内的温度分布随时间的变化,发现瞬态导热过程中的热波现象与空间尺度相关,材料尺寸越小,弹道输运越强,薄膜中的热波现象也越显著.

关键词：纳米薄膜弹道扩散导热蒙特卡罗模拟尺寸效应

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多约束纳米结构的声子热导率模型研究

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物理学报 2015年第14期64卷 240-245页

作者：华钰超曹炳阳清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

纳米技术的快速发展使得对微纳尺度导热机理的深入研究变得至关重要.理论和实验都表明,在纳米尺度下声子热导率将表现出尺寸效应.基于声子玻尔兹曼方程和修正声子平均自由程的方法得到了多约束纳米结构的声子热导率模型,可以描述多个几... 详细信息

纳米技术的快速发展使得对微纳尺度导热机理的深入研究变得至关重要.理论和实验都表明,在纳米尺度下声子热导率将表现出尺寸效应.基于声子玻尔兹曼方程和修正声子平均自由程的方法得到了多约束纳米结构的声子热导率模型,可以描述多个几何约束共同作用下热导率的尺寸效应.不同几何约束对声子输运的限制作用可以分开计算,总体影响则通过马西森定则进行耦合.对于热流方向的约束,采用扩散近似的方法求解声子玻尔兹曼方程;对于侧面边界约束,采用修正平均自由程的方法计算边界散射对热导率的影响.得到的模型能够预测纳米薄膜(法向和面向)及有限长度方形纳米线的热导率随相应特征尺寸的变化.与蒙特卡罗模拟及硅纳米结构热导率实验值的对比验证了模型的正确性.

关键词：纳米结构声子热导率尺寸效应玻尔兹曼方程

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可逆热力学中的对称性

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科学通报 2019年第28期64卷 3030-3040页

作者：赵甜薛提微过增元清华大学工程力学系热科学与动力工程教育部重点实验室

对称性思想在物理学研究中具有重要地位.然而,现有热力学文献中的内容大都是非对称的概念和特性.如热力学第二定律表明即使在可逆的热力正循环中,输入系统的热量也不能全部转换为功量,由此认为功量的品位高于热量.对于正循环,采用效率... 详细信息

对称性思想在物理学研究中具有重要地位.然而,现有热力学文献中的内容大都是非对称的概念和特性.如热力学第二定律表明即使在可逆的热力正循环中,输入系统的热量也不能全部转换为功量,由此认为功量的品位高于热量.对于正循环,采用效率作为性能判据;对于逆循环,则采用性能系数(coefficient ofperformance,COP)作为性能判据.根据对称性思想,可望存在与热力学第二定律及与之相关的原理、定律、性能判据和参数等相对称的另一组原理、定律、性能判据和参数.它们包括逆循环的基本原理、逆循环的转换等价定律、功熵与功拥、逆循环的功效率和正循环的性能系数等.它们有助于深入理解某些热力学量在热功转换过程中的物理意义,以及提出性能更好的新形式热力逆循环.

关键词：可逆热力学对称性热力循环品位熵

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