强激光与粒子束
2024, 36(1): 016003
1 湖南工业大学机械工程学院，湖南 株洲 412000
2 湖南第一师范学院智能制造学院，湖南 长沙 430100
利用激光线扫描方式建立丝状高斯热源的传热模型，并对其进行数值分析，得到脉冲激光烧蚀碳纤维的演化规律。对碳纤维复合材料（CFRP）板材进行激光烧蚀实验研究以验证所提模型的可行性。结果表明：当激光功率为9 W、激光扫描速度为200 mm/s时，板材表面绝大多数树脂被蒸发，表面粗糙度降至7.20 μm，表征数据稳定性的样本方差为1.889。实验证明了该理论模型的正确性和可行性，为CFRP材料的激光加工研究提供了参考。
激光光学 碳纤维复合材料 脉冲激光 激光烧蚀 传热模型 表面粗糙度
提出了一种新型扇形穴-梯形肋微通道散热器,采用单变量方法从速度、压降和温度方面分别对比了单一空穴或肋与组合结构的性能。基于强化传热因子和熵产最小法对微散热器进行了整体评估。结果表明：空穴和肋的组合使用,使得边界层周期性地中断和再发展,空穴和肋组合的散热效果优于单一的肋或穴。在雷诺数（Re）为1 300时,强化传热因子为1.535 4,远高于梯形肋的1.355和扇形空穴的1.28。熵产分析表明,组合结构的不可逆损失最小,这与强化传热因子结果相一致。
微通道热沉 穴 肋 热管理 强化传热因子 熵产分析 microchannel heat sink cavity rib thermal management enhanced heat transfer factor entropy generation analysis
1 中国国检测试控股集团股份有限公司，北京 100024
2 中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛 266111
高速动车组列车空调系统为乘员提供舒适乘车环境的同时也消耗了大量的能源，侧窗玻璃约占车身侧墙面积的30%，对列车空调系统的负荷影响很大。本文研究了列车静止和运动状态下侧窗玻璃的隔热性能，同时研究了玻璃组成和辐射率对侧窗玻璃隔热性能的影响。结果表明：列车静止状态下，随着玻璃辐射率从0.070增加到0.837，夹层中空玻璃的传热系数增加了105%，夹层-中空真空复合玻璃的传热系数增加了209%；列车高速运动状态下，夹层中空玻璃的传热系数增加了120%，夹层-中空真空复合玻璃的传热系数增加了228%。
高速动车组 侧窗玻璃 静止状态 运动状态 辐射率 传热系数 high-speed EMU bodyside window glass stationary status motion status emissivity thermal transmittance coefficient
1 华北理工大学机械工程学院，唐山 063210
2 河北省工业机器人产业技术研究院，唐山 063210
本文使用Fick扩散模型对陶瓷坯体的干燥过程进行了模拟，在实际干燥工艺参数数值范围内，分析了热风速度、温度和相对湿度三个因素对陶瓷坯体内部温度、含水率和干燥速率的影响。结果表明，增加热风速度能够加大坯体表面区域的水分散失速率，但对坯体内部含水率变化影响较小；提高温度能够显著增加坯体内部的干燥速率，当温度从35 ℃增加至75 ℃时，最大干燥速率的变化幅度为46.34%；相对湿度对坯体平衡含水率影响较大，当相对湿度从5%增大至85%时，平衡含水率从0.8%增大至5.1%(均为质量分数)，提高相对湿度能够改善坯体干燥均匀性，保证坯体干燥质量。模拟和试验数据基本吻合，计算结果将为进一步深入研究陶瓷坯体干燥的传热传质过程，以及后续干燥曲线的优化提供理论依据。
陶瓷坯体 传热传质 干燥参数 温度分布 含水率分布 干燥速率 ceramic green body heat and mass transfer drying parameter temperature distribution moisture content distribution drying rate
中国工程物理研究院 流体物理研究所，四川 绵阳 621900
结合蜂窝结构传热机制与复合材料烧蚀机制，研究了蜂窝夹芯复合材料结构在激光辐照条件下的热响应。针对典型蜂窝单元，建立了细观导热及烧蚀理论模型。基于有限元软件热分析模块和二次开发程序构建了蜂窝夹芯结构的高温传热数值模型，考虑了热物性参数的非线性变化、树脂热解和纤维烧蚀过程。采用连续激光作为加载热源，设计并开展了大气环境中蜂窝结构的热烧蚀实验，获得了蜂窝结构的动态烧蚀特征。结果表明，蜂窝夹芯复合材料结构在激光功率密度为102 W/cm2量级时具有良好的抗烧蚀能力，数值模型能够较为准确地模拟激光加载蜂窝结构过程中的烧蚀温度和树脂、纤维的烧蚀情况，并获得较为真实的烧蚀形貌。
复合材料 蜂窝 激光 烧蚀 传热 composites honeycomb laser ablation heat transfer 强激光与粒子束
2023, 35(8): 081005
1 中国科学院上海应用物理研究所上海 201800
2 中国科学院大学北京 100049
熔盐堆作为第四代先进反应堆的重要堆型之一，以高沸点熔盐为核燃料熔融载体，具有高温输出、常压操作等特点。而基于温差发电的热管熔盐堆，兼具了熔盐堆、热管和温差发电的优势，具有输出温度高、热电转换效率高、结构简单及安全可靠等优点，在能源系统领域具有极大的优势，是外太空及深海探测任务的理想能源。但因堆芯熔盐低热导率而形成的热管密集排布给热管冷凝段的温差发电传热设计带来了难题。针对该堆型设计需求，本文提出适于熔盐堆的热管-温差发电耦合系统结构并进行了传热分析。堆芯热管冷凝段采用塔式温差发电系统结构设计，整体热端座与堆芯热管冷凝端相配合，形成从下至上的第1层至第N层热段套；冷端座套置于热端座外，内设冷端热管通道；热端座的外侧壁与冷端座的内侧壁之间贴有温差发电片，发电片间隙采用保温棉减少漏热。采用Ansys Workbench开展了适于热管熔盐堆的4层塔式温差发电系统传热仿真模拟，分析表明：系统运行的高温热管最高温度为696 ℃时，整体塔座温度分布均匀，热量有效利用率大于96%，系统漏热量小于4%，发电片两侧温差大于490 ℃，利于提高热电转换效率，设计具有可行性，有利于推动温差发电在热管熔盐堆中的应用。
熔盐堆 热管 温差发电 传热模拟 能源 Molten salt reactor Heat pipe Thermoelectric power generation Heat transfer simulation Energy
1 湖北文理学院机械工程学院，湖北 襄阳 441053
2 湖南工业大学机械工程学院，湖南 株洲 412007
根据面齿轮材料18Cr2Ni4WA的飞秒激光扫描加工中的温度传递过程，建立了三温传热模型，并建立了扫描加工中的多脉冲能量累积模型。仿真分析了改变激光能量密度对烧蚀材料时电子晶格温度的变化，多脉冲加载下电子、晶格和材料表面最高温度的变化，以及改变扫描速度和扫描间距对加载能量的变化，结果表明随着能量密度的增大，电子最高温度从37000 K上升至44000 K、最终平衡温度从17000 K上升至22000 K。在多脉冲的加载下，随着能量密度的增大，电子最高温度也有一定程度的增大，并且材料表面最高温度的平衡温度也会增大，从2600 K上升至3250 K。随着扫描速度和扫描间距的增大，多脉冲累积能量有一定的减小，能量分布尺度在增大。试验分析了不同能量密度、扫描速度和扫描间距对飞秒激光烧蚀面齿轮材料的影响，并对烧蚀形貌进行了粗糙度分析，结果表明，当能量密度为4.34 J/cm2、扫描速度为300 mm/s、扫描间距为18 μm时，烧蚀形貌质量较好。该研究为提高飞秒激光扫描加工面齿轮材料的表面形貌质量提供了研究基础。
激光光学 飞秒激光 三温传热模型 扫描速度 能量累积效应 扫描间距 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0914004
桂林理工大学 机械与控制工程学院, 广西 桂林 541004
为探究流道缩扩比对半波纹微通道流动和传热特性的影响, 设计了5种不同缩扩比的半波纹微通道模型, 并对各通道内的层流流动(200＜Re＜1000, Re为雷诺数)和传热进行了数值模拟研究。结果表明, 半波纹微通道的压降和努塞尔数随着流道缩扩比的减小而增大; 与光滑微通道相比, 半波纹微通道具有更优的传热性能但压降损失也更高; 引入η作为综合性能指标, 发现减小流道缩扩比是提高半波纹微通道综合换热能力的有效方式, 且当Re＞490时, 其综合换热能力均优于光滑微通道。
流道缩扩比 半波纹微通道 流动特性 传热特性 divergent ratio half-corrugated microchannel flow characteristic heat transfer characteristic
