复合材料横向热导率研究 2003 (邹明清硕士华中科大)&&&&&

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石蜡-膨胀石墨复合相变材料热导率研究

materials[J]. CIESC Journal, 2021, 72(8): 4425-4432
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CIESC Journal , 2021, 72(8): 4425-4432
化工学报 2021 年第 72 卷第 8 期 |
DOI：10.11949/0438-1157.20201769

研究论文

石蜡-膨胀石墨复合相变材料热导率研究
第一作者：林肯(1995—)，男，硕士研究生，18227052964@
基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(51706102)
引用本文：林肯, 许肖永, 李强, 胡定华 . 石蜡-膨胀石墨复合相变材料热导率研究[J]. 化工学报, 2021, 72(8): 4425-4432
Citation： LIN Ken, XU Xiaoyong, LI Qiang, HU Dinghua. Study on thermal conductivity of paraffin-expanded graphite composite phase change
fibers in PA was established, the phase change process of uniformly dispersed structural units was numerically
simulated, the influence of EG mass fraction and its particle size on the equivalent thermal conductivity of uniform
EG 复合相变材料实验结果能较好吻合，误差小于 15.1%。

金刚石铜复合材料热导率研究

收稿日期：２００７４）９．２４作者简介：马双彦（１９７８－），女，河北沧州人，助教，硕士研究生；
电话：１３５４１７６６５４０；Ｅ—ｍａｉｌ：ｍ．ｓｈｕａｎｇｙａｎ＠ｔｏｍ．ｔｏｍ
以铜为基体．金刚石颗粒增强的金刚石／铜复合材料。金刚石／铜复合材料的热导率不仅与基体和增强体的热导率有关。还与金刚石的体积分数、颗粒大小及分布状态有关。
（１．Ｄｅｐｔ．ｏｆＭａｔｅｄ．ｓｃｉａｎｄＥｎｇ．，ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０００，Ｃｈｉｎａ＃２．ＳｉｃｈｕａｎＹｉｊｉｎｇＣｈａｎｇｙｕｎＳｕｐｅｒ－ＨａｒｄＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏ．，Ｌ碰，Ｍｉａｎｙａｎｇ６２１０１０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉａｍｏｎｄ／ｃｏｐｐｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｈｉｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｄｉａｍｏｎｄ／ｃｏｐｐｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｈａｓｈｉｇｈｒｅｌａｔｉｖｅｄｅｎｓｉｔｙ；ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｄｉａｍｏｎｄ／ｃｏｐｐｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｒｏｐｓｗｉｔｈｔｈｅｄｉａｍｏｎｄｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｓ
材料热处理技术≮Ｍａｔｅｒｉａｌ＆ＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔ
２００８年２月
金刚石／铜复合材料热导率研究
马双彦１，王恩泽１，鲁伟员２，王鑫２（１．西南科技大学材料科学与工程学院，四川绵阳６２１０１０；２．四川艺精长运超硬材料有限公司，四川绵阳６２１０１０）

纤维复合材料湿热胀缩细观力学模型硕士论文答辩ppt

从表中可以看出，本文的有限元计算结果与实验值基本一致，验证了本文所建立的单向带，层合板和纺织
复合材料宏观有限元模型的正确性
纺织复合材料的前三阶振型
第一阶振型第三阶振型
第二阶振型
由图可以看出，纺织复合材料的前三阶弯曲固有振动第一阶和第二阶为绕y轴的弯曲振动，第三
阶为绕x轴的扭转振动。
总结
本文研究的主要内容和结论总结如下：（1）进行了树脂基体、单向纤维复合材料、正交层合板和纺织复合材料的静态和动态实验，得到了复合材料的基本静态和动态力学参数；对复合材料吸湿后的动态特性进行了实验，与干燥的环境相比，吸湿后的复合材料的衰减更加显著；（2）建立了树脂基体的应力波模型，分析了树脂基体中粘弹性波的瞬态衰减；建立了单向纤维复合材料、层合板、纺织复合材料的细观理论模型，分析了复合材料的松弛模·量；提出了一种分析粘弹性材料动态参数的方法，并且得到了复合材料的动态模量和阻尼比，理论模型的计算结果与实验值吻合
所以采用壳单元，模型如图所示
算例-三种复合材料的工程弹性常数
其中U代表单向带，O代表层合板，W代表纺织复合材料
算例-两种纺织复合材料的动模量
利用上表的基本参数，在ABAQUS中运用频率提取功能，本文计算了单向带，层合板和纺织复合材料弯曲振动的固有频率， ABAQUS中的有限元结果与实验值比较见下表
损耗因子tan 作为衡量阻尼性能的指标：
t a n E ''
E' 是复模量虚部与实部的比值。
工程应用中往往要求材料拥有较高的损耗
因子来抑制振动和噪
声，复合材料则有这
种特性。
三维纺织复合材料
纺织复合材料的粘弹性动特性还鲜有研究，如何建立纺织复合材料粘弹性静态与动态特性之间的联系，预测有效阻尼性能，在振动控制中有着重要的研究价值和实际意义。

基于导热反问题圆管内壁腐蚀减薄及污垢增厚的识别

第49卷第1期2022年北京化工大学学报(自然科学版)Journal of Beijing University of Chemical Technology (Natural Science)Vol.49,No.12022引用格式:张经豪,熊平,郝睿智,等.基于导热反问题圆管内壁腐蚀减薄及污垢增厚的识别[J].北京化工大学学报(自然科学版),2022,49(1):98-105.ZHANG JingHao,XIONG Ping,HAO RuiZhi,et al.Identification of corrosion thinning and fouling thickening on the inner wall of a circular tube based on the inverse heat conduction problem[J].Journal of Beijing University of Chemical Technol⁃ogy (Natural Science),2022,49(1):98-105.基于导热反问题圆管内壁腐蚀减薄及污垢增厚的识别张经豪　熊　平　郝睿智　卢　涛*(北京化工大学机电工程学院,北京　100029)摘　要:以二维圆管为研究对象,基于有限元法的导热正问题(direct heat conduction problem,DHCP)以及基于列文伯格-马夸尔特(Levenberg -Marquardt,L -M)算法的优化方法来构建二维稳态导热反问题数学模型,通过关联COMSOL 与MATLAB 对圆管内壁腐蚀减薄和污垢增厚两类缺陷进行了定量识别㊂为了探究模型的有效性与精确性,分别设定了几种典型缺陷进行数值计算,并系统地分析了初值选取㊁管道外表面测温点数目及测温误差对反演精度的影响㊂数值实验结果表明该模型能够准确地识别圆管内壁面的两类缺陷,且具备良好的稳定性与抗噪性㊂关键词:导热反问题;缺陷识别;列文伯格-马夸尔特(Levenberg -Marquardt,L -M)算法中图分类号:TK38 DOI :10.13543/j.bhxbzr.2022.01.012收稿日期:2021-05-31第一作者:男,1996年生,硕士生*通信联系人E⁃mail:likesurge@引　言在工业生产中,管道广泛应用于输气㊁供水和运油等领域㊂由于管道长期处于高温高压的工作状态,在使用过程中容易造成内壁的腐蚀㊁脱落,甚至产生污垢黏连附着在内壁上导致出现内壁增厚等现象,这些缺陷的存在成为安全生产和使用的潜在隐患[1]㊂因此,对管道内壁缺陷的检测具有重要意义[2-3]㊂导热反问题(inverse heat conduction problem,IHCP)已在很多工程领域中得到广泛应用[4]㊂导热反问题常用于计算反演边界条件[5-9]㊁热物性参数[10]㊁物体内部热源[11]及初始条件等未知项,也可用于物体内部缺陷[12-15]和内壁缺陷的识别㊂Chen 等[16-17]采用共轭梯度法估计了管道外壁的未知霜层边界形状和管道内壁上的未知污垢边界形状,但只单一讨论了沿管道轴向变化的霜层或污垢分布情况;文献[18-19]对双层炉膛内壁的边界形状进行了反演,但没有探讨初始值及测点数目对反演结果精确度的影响;文献[20-24]应用共轭梯度法对管道内壁面的边界形状进行了稳态或瞬态的识别,并分别对所建反演模型的可行性进行了探究;张林等[25]在改进的一维修正算法基础上提出一维加权法,对二维圆管交界面形状进行了定量识别,提高了识别效率;Mohasseb 等[26]采用遗传算法作为非适定导热反问题的计算方法,求解了方形板的热流密度边界,但算法的稳定性与收敛速度有待提高;文献[3]㊁[27-30]均采用列文伯格-马夸尔特(Levenberg -Marquardt,L -M)算法对未知参数进行了计算,算例验证了算法的有效性和优越性㊂在众多求解导热反问题的数值计算方法中,属于梯度类算法的L -M 算法因具有稳定性好㊁构造思路简单㊁收敛快等优势而被广泛应用㊂当前的大多数研究都只对管道内壁腐蚀减薄缺陷进行单一的讨论,涉及管道内壁污垢增厚缺陷识别的相对较少,因此本文提出基于有限元法和L -M 算法构建反问题数学模型,利用COMSOL 与MAT⁃LAB 联合仿真稳定㊁快速的优势,将管道内径作为反演参数,分别对管道内壁腐蚀减薄缺陷与污垢增厚缺陷进行定量识别,并构造数值实验对反演结果的精确性和稳定性进行分析㊂1　二维圆管物理模型二维圆管物理模型如图1所示㊂管道外径a =0.3m,壁厚d =25mm㊂管道的导热系数λ1=17.60W /(m ㊃K),污垢的导热系数λ2=3.14W /(m ㊃K),外壁面对流换热系数h out =10W /(m 2㊃K),环境温度T a =25℃,内壁面对流换热系数h in =1000W /(m 2㊃K),管内流体温度T f =200℃,θ为极角,r 为出现缺陷后管道的内壁面极径㊂图1　管道两类缺陷的物理模型Fig.1　Physical model of two types of defects in pipelines2　IHCP 数学模型2.1　导热正问题(DHCP )由于所研究内容为二维圆管内壁面缺陷的稳态识别,基于此作如下合理假设:1)管道忽略轴向导热的影响;2)管道导热系数和管内外的对流换热系数均为常数㊂2.1.1　管道增厚缺陷圆管的导热偏微分方程为∂2T ∂x 2+∂2T∂y 2=0(1)假设给定内壁面和外壁面均为第三类边界条件,则边界条件为-λ(1∂T 1∂n )out =h out(T out-T a)(2)-λ(2∂T2∂n )in=h in(T in-T f)(3)污垢增厚缺陷存在着交界面Γ,在此处T 1=T 2(4)-λ(1∂T 1∂n int,)1=-λ(2∂T 2∂n int,)2(5)式中,下标1代表管壁区域Ω1,下标2代表污垢区域Ω2;下标in㊁out 分别为圆管内壁面和外壁面;n 代表法线方向;下标int 代表圆管与污垢交界面边界㊂2.1.2　管道减薄缺陷管道减薄缺陷只存在于管壁区域Ω1,将式(3)进行修改可得式(6)㊂-λ(1∂T1∂n)in=h in(T in-T f )(6)式(6)与式(1)㊁式(2)共同构成了管道减薄缺陷导热正问题的数学描写㊂2.2　导热反问题导热正问题是一个定解问题,而导热反问题则是一个最优化问题㊂2.2.1　L -M 算法L -M 算法是非线性回归中回归参数最小二乘估计的一种方法,L -M 算法将最速下降法和线性化方法相结合,从而较快地找到最优值㊂对于两类内壁面缺陷的反演,内壁面几何边界都是未知的,可由极坐标向量R (θ)描述R (θ)=[r 1,r 2, ,r n , ,r N ]T (7)式中,r 为极半径;N 为内壁面离散节点个数㊂数学偏微分方程组(式(1)~(5)以及式(1)㊁(2)㊁(6))需要获得外壁面测点温度以满足其封闭性,离散后的外壁面温度测量值记为Y =[Y 1,Y 2, ,Y m , ,Y M ]T(8)式中,M 为外壁面测点数㊂进一步构建该最优化问题的目标函数为S (R )=[Y -T (R )]T [Y -T (R )](9)式中,T (R )为根据R (θ)所求得的外壁面温度的计算值,表示为T (R )=[T 1,T 2, ,T m , ,T M ]T(10)通过式(9)对未知参量R (θ)求偏导得到目标函数梯度的最小化条件为 ΔS (R )=-2J T (R )[Y -T (R )]=0(11)式中,J (R )为敏度系数矩阵,表示为J (R )[=∂T T (R )∂]RT(12)对式(11)的T (R )进行泰勒级数展开舍去高阶项,并加入衰减参数μk LM 来调节迭代速度,得到迭代式R k +1=R k +[(J k )T J k +μk LM Ωk ]-1(J k )T [Y -T (R k )](13)式中,k 为迭代次数;Ωk 为一对角矩阵,表示为Ωk =diag[(J k )T J k ](14)迭代开始采用最速下降法以较大的μk LM 进行计㊃99㊃第1期张经豪等:基于导热反问题圆管内壁腐蚀减薄及污垢增厚的识别算,后来降低μk LM 通过高斯牛顿法得到最终反演值㊂根据偏差原理给出收敛条件为S (R )<ε(15)式中,ε在不考虑测量误差时为一小正数㊂2.2.2　数值计算过程MATLAB 使用mphload 函数加载COMSOL 的mph 文件,通过mphinterp 函数便可读取数据,无需使用输入/输出文件㊂COMSOL 在被调用时可以自动构建几何模型㊁更新网格和求解计算,有效提高了反演效率㊂利用L -M 算法求解导热反问题的流程图如图2所示㊂图2　反演流程图Fig.2　Chart of inversion progress2.2.3　反演识别误差为验证反演结果对引入测量误差的敏感性,在由导热正问题计算得到的外壁面精确值的基础上引入随机误差,来模拟实际的测量值㊂T mea =T exact +σω(16)式中,T mea 为外壁面温度测量值;T exact 为外壁面温度精确值;σ为标准偏差;ω为区间[-2.576,2.576]内服从标准正态分布的随机数,该区间能达到99%的测量可靠度㊂当考虑实际测温误差时,收敛标准ε写成ε=∑Mm =1σ2m =Mσ2(17)为了表征反演值与精确值的偏离程度,定义平均相对误差为E RR=1N∑Nn =1r n ,exact -r n ,estr n ,exact×100%(18)式中,r n ,exact 为内径精确值;r n ,est 为内径反演值㊂3　计算结果与分析通过运行程序进行数值计算,以验证管道减薄缺陷与增厚缺陷导热反问题反演的精确性㊂首先设定内壁面缺陷形状,由导热正问题得出外壁面温度模拟的实际测量值,为导热反问题提供输入数据;所设定的内壁面缺陷形状参数作为校验数据㊂为验证程序的稳定性和抗噪性,分别探讨初值㊁测温点数目及测量误差对反演结果的影响㊂3.1　管道减薄缺陷对于管道减薄缺陷,在外壁面上均匀设置36个测点,内壁面由36个均匀分布的离散节点拟合得到㊂设定沿周向变化的内壁面几何形状为阶跃式函数㊁锲形函数和正弦函数,分别探讨这3种不同工况下的导热反问题㊂3.1.1　阶跃式函数设定内壁面边界形状按阶跃式变化,即Case 1㊂R (θ)=0.275,θ∈[0,5π/6)∪(7π/6,2π]0.2875,θ∈[5π/6,7π/6{](19)图3　不同初值下阶跃式几何边界的反演值与精确值Fig.3　Inversion and exact values for a stepped geometricalboundary with different initial values根据式(19)验证内壁面几何边界呈阶跃式规律变化下的反演结果,并探讨不同初值R 0对反演结果的影响㊂由图3可以看出,当R 0取不同值时,反演曲线与精确曲线的走向基本趋于一致,靠近阶跃边界处的识别效果相对较差,但程序仍可较好地识别出管道内壁的边界形状㊂由表1可以进一步得出,3种初始边界假设下,反演结果的平均相对误差最大仅相差0.015%,说明初始边界假设对内壁面几何边界的反演几乎没有影响;此外,3种初值下得出计算结果的平均相对误差均不超过0.1%,验证了程序反演的精确性㊂㊃001㊃北京化工大学学报(自然科学版) 2022年表1　Case1~Case3平均相对误差值Table 1　Mean relative error values of Case1to Case3Case R 0/m Mσ/℃E RR /%0.263600.06610.273600.0510.283600.0510.272400.15520.273600.0580.277200.0110.273600.00130.27360.20.9450.27360.51.3233.1.2　锲形函数设定内壁面几何边界形状以锲形函数变化,即Case 2㊂R (θ)=0.275,θ∈[0,π)∪(π,2π]0.2875,θ={π(20) 在式(20)所示的内壁边界形状以锲形函数变化的条件下,研究不同外壁面温度测点数目对识别结果的影响㊂由图4可以看出,当M =24时,程序对内壁边界的识别效果相对较差,尤其是在阶跃点附近更为明显;随着外壁面温度测点数目的增加,阶跃点处的识别效果逐渐变好,当M =72时,反演曲线与精确曲线高度吻合㊂结合表1可进一步得出,外壁面测温点数越多,识别效果就越好㊂M =36时的平均相对误差为0.058%,M =72时的平均相对误差为0.011%,均可较好地识别出内壁边界形状㊂图4　锲形几何边界不同测温点数时的反演值与精确值Fig.4　Inversion and exact values for a wedge⁃shapedgeometric boundary with different numbers of measurement points3.1.3　正弦函数设定内壁边界形状随正弦函数变化,即Case 3㊂R (θ)=0.285+0.01sin θ(21)内壁面边界形状按式(21)以正弦规律变化,引入标准偏差,分析不同偏差对反演结果的影响㊂如图5所示,可以看出当σ=0℃时,反问题得到的反演曲线与正问题得出的精确曲线几乎重合;当σ=0.2℃和σ=0.5℃时,两条反演曲线均在精确值附近上下小范围波动,且在σ=0.5℃时变化得相对更为明显㊂根据表1不难进一步得出,随着标准偏差的增大,反演误差也随之增大,但3种标准偏差下的平均相对误差均不超过1.5%,说明采用此方法反演边界形状对测量误差的变化不敏感,具有一定的抗噪性㊂图6是当边界形状为正弦函数时的迭代收敛历程图,由图可看出,迭代步长先大后小,且只需要迭代3次即可满足所设定的收敛条件㊂对比图6(c)与图6(d)可知,运用L -M 算法可在低迭代步数下准确地识别出缺陷㊂图5　正弦几何边界不同测量误差时的反演值与精确值Fig.5　Inversion and exact values of a sine geometricboundary with different measurementerrors图6　正弦函数边界缺陷反演时的收敛历程Fig.6　Convergence history of sine function boundarydefect inversion㊃101㊃第1期张经豪等:基于导热反问题圆管内壁腐蚀减薄及污垢增厚的识别3.2　管道增厚缺陷同样地,对于管道增厚缺陷,在外边界上也均匀设置36个测点,含有污垢的内壁面亦由36个均匀分布的离散节点拟合得到,可通过反演管道内径进而得出污垢的厚度㊂设定的内壁面污垢几何形状包括均匀增厚缺陷㊁沿周向变化的三角形函数以及椭圆函数,分别探讨这3种不同工况下的导热反问题㊂3.2.1　均匀增厚设定内壁面有均匀厚度的污垢,即Case 4㊂R (θ)=0.265(22)如式(22)所示,假设周向含有均匀污垢的圆管内径为0.265m,即污垢的厚度为0.01m,分别设置不同的初值R 0,所得污垢厚度Δd 反演结果如图7所示㊂由图7可以看出,不同初值下的反演值与精确值相差甚小,且反演曲线呈小范围波动㊂由表2可得,3种初始值下反演的平均相对误差均不足0.1%,说明初值对均匀污垢反演结果的影响较小,程序对于内壁面均匀污垢有较好的识别能力㊂图7　不同初值下均匀污垢厚度的反演值与精确值Fig.7　Inversion and exact values of uniform foulingwith different initial values表2　Case4~Case6平均相对误差值Table 2　Mean relative error values of Case4to Case6Case R 0/m Mσ/℃E RR /%0.253600.01040.263600.0040.273600.0070.262400.03350.263600.0130.267200.0130.263600.00660.26360.20.3090.26360.50.7393.2.2　三角形函数设定内壁几何边界形状按三角形函数变化,即Case 5㊂R (θ)=0.005θ+0.25,θ∈[0,π)-0.005(θ-π)+(0.005π+0.25),θ∈[π,2π{](23)如图8所示,含有污垢的管道内壁面半径(即内壁污垢形状)随周向呈三角形规律变化㊂根据式(23)对反演结果进行验证,同时探讨改变外壁面测温点个数对反演结果的影响㊂由表2可知,增加外壁面测温点个数可以更加准确地识别出内壁面的污垢形状,但提高的程度有限,当测温点的个数达到一定值时,增加节点个数对识别精度的提高影响并不大㊂另外,由表2结果也可看出,当测温点个数较少时识别精度仍然较高,M =24时的平均相对误差为0.033%,表明仍能较准确地识别出内壁面的污垢形状㊂图8　不同测温点数下三角形污垢厚度的反演值与精确值Fig.8　Inversion and exact values of trianglefouling with different numbers of temperaturemeasurement points3.2.3　椭圆函数设定内壁面几何边界形状以椭圆函数变化,即Case 6㊂R (θ)=(0.27cos θ)2+(0.26sin θ)2(24)式(24)为内壁边界形状随椭圆函数变化的情况,即内壁污垢形状亦呈椭圆函数变化㊂图9为不同标准偏差下污垢尺寸的反演值与精确值㊂由图可看出,无偏差下反演值与精确值二者的曲线走向基本同步;当存在标准偏差时,反演值围绕精确值附近上下波动,且随着标准偏差的增大,波动的幅度和频率也愈为明显㊂根据表2可知,在标准偏差增大到0.5℃时,波动值仍可保持在1%以内,说明反演模㊃201㊃北京化工大学学报(自然科学版) 2022年型在识别内壁污垢时稳定性较好㊂图10为当污垢以椭圆函数变化时的管道迭代收敛历程图㊂由图可以看出,对椭圆污垢的反演与对正弦减薄缺陷的反演一样,仅是经历3次迭代就达到了最终收敛,迭代步数较少㊂图9　不同测量误差下椭圆污垢厚度的反演值与精确值Fig.9　Inversion and exact values of elliptical foulingfor different measurement errors图10　椭圆函数边界缺陷反演时的收敛历程Fig.10　Convergence history of elliptic function boundary defect inversion4　结论(1)通过设定多种工况进行数值模拟,验证了二维稳态导热反问题数学模型的有效性与精确性㊂研究结果显示,该反演模型能够实现对内壁面两类缺陷的识别,且具有较高的识别精度㊂(2)对圆管内壁腐蚀减薄及污垢增厚两类缺陷进行了反演结果稳定性的探究,计算结果表明,初值选取对反演结果无明显影响,反演精度随着外壁面测温点数目的增加而提高,但精度提高有限㊂(3)引入随机测量误差,探讨了反演结果对测量误差的敏感性㊂数值算例结果显示,本文算法具有一定的抗噪性,当存在滓=0.5℃的标准偏差时,仍能得到较为精确的结果㊂目前,本文只研究了二维圆管内壁面缺陷的稳态识别,缺少基于具体实验的验证工作㊂下一步需要结合实际工况来优化二维圆管稳态导热反演模型,并进一步开发二维圆管瞬态导热反演模型㊂参考文献:[1]　ZHANG F L,YUAN Z H.The detection and evaluationfor the internal defection in industrial pipeline based on the virtual heat source temperature field[J].Journal ofThermal Analysis and Calorimetry,2019,137(3):949-964.[2]　FAN C L,SUN F R,YANG L.A new computationalscheme on quantitative inner pipe boundary identification based on the estimation of effective thermal conductivity [J].Journal of Physics D:Applied Physics,2008,41(20):205501.[3]　张林,杨立,范春利.充分发展湍流管道内壁边界的红外定量识别[J].国防科技大学学报,2019,41(5):185-192.ZHANG L,YANG L,FAN C L.Infrared quantitative identification for inner boundary of fully developed turbu⁃lent pipeline [J].Journal of National University of De⁃fense Technology,2019,41(5):185-192.(in Chi⁃nese)[4]　范春利.几何形状导热反问题方法与应用[M].北京:科学出版社,2015.FAN C L.Geometric inverse heat conduction problems:methods and applications [M].Beijing:Science Press,2015.(in Chinese)[5]　熊平,陆祺,卢涛,等.基于顺序函数法的圆管内部流体温度反演[J].原子能科学技术,2020,54(9):1595-1603.XIONG P,LU Q,LU T,et al.Estimating fluid tempera⁃ture of pipe based on sequential function specification method [J ].Atomic Energy Science and Technology,2020,54(9):1595-1603.(in Chinese)[6]　韩雯雯,卢涛.基于共轭梯度法的圆管内部流体温度识别[J].工程热物理学报,2015,36(2):371-375.HAN W W,LU T.Estimating fluid temperature of pipe by using conjugate gradient method[J].Journal of Engi⁃neering Thermophysics,2015,36(2):371-375.(inChinese)㊃301㊃第1期张经豪等:基于导热反问题圆管内壁腐蚀减薄及污垢增厚的识别[7]　HUANG C H,CHEN C W.A boundary⁃element⁃basedinverse problem of estimating boundary conditions in anirregular domain with statistical analysis[J].NumericalHeat Transfer,1998,33(2):251-267. [8]　薛齐文,杨海天,胡国俊.共轭梯度法求解瞬态传热组合边界条件多宗量反问题[J].应用基础与工程科学学报,2004,12(2):113-120.XUE Q W,YANG H T,HU G J.Solving inverse heatconduction problems with multi⁃variables of boundary con⁃ditions in transient⁃state via conjugate gradient method[J].Journal of Basic Science and Engineering,2004,12(2):113-120.(in Chinese)[9]　钱炜祺,蔡金狮.顺序函数法求解二维非稳态热传导逆问题[J].空气动力学学报,2002,20(3):274-281.QIAN W Q,CAI J S.Solving two⁃dimensional transientinverse heat conduction problem with sequential functionmethod[J].Acta Aerodynamica Sinica,2002,20(3):274-281.(in Chinese)[10]KIM S K,JUNG B S,KIM H J,et al.Inverse estimationof thermophysical properties for anisotropic composite[J].Experimental Thermal and Fluid Science,2003,27(6):697-704.[11]LEE H L,CHANG W J,CHEN W L,et al.An inverseproblem of estimating the heat source in tapered optical fi⁃bers for scanning near⁃field optical microscopy[J].Ultra⁃microscopy,2007,107(8):656-662. [12]FAZELI H,MIRZAEI M.Shape identification problemson detecting of defects in a solid body using inverse heatconduction approach[J].Journal of Mechanical Scienceand Technology,2012,26(11):3681-3690. [13]FAZELI H,MIRZAEI M,FOROOGHI P.Estimation oflocation and size of defects in a solid body via inverseheat conduction problem[C]∥Proceedings of the14thInternational Heat Transfer Conference.Washington DC,2010:387-396.[14]SIAVASHI M,KOWSARY F,ABBASI⁃SHAVAZI E.Detection of flaws in a two⁃dimensional body throughmeasurement of surface temperatures and use of conjugategradient method[J].Computational Mechanics,2010,46(4):597-607.[15]KOWSARY F,SIAVASHI M.Prediction of internal flawparameters in a two⁃dimensional body using steady⁃statesurface temperature data and IHCP methods[C]∥SecondUKSIM European Symposium on Computer Modeling andSimulation.Liverpool,2008:341-346. [16]CHEN W L,YANG Y C,LEE H L,et al.Inverse esti⁃mation for unknown fouling geometry on inner wall offorced⁃convection pipe[J].Applied Mathematics andMechanics(English Edition),2011,32(1):55-68.[17]CHEN W L,YANG Y C.Inverse estimation for the un⁃known frost geometry on the external wall of a forced⁃con⁃vection pipe[J].Energy Conversion and Management,2009,50(6):1457-1464.[18]CHEN W L,YANG Y C,LEE H L,et al.Estimation forinner surface geometry of a two⁃layer⁃wall furnace with in⁃ner wall made of functionally graded materials[J].Inter⁃national Communications in Heat and Mass Transfer,2018,97:143-150.[19]WANG S H,LIN S C,YANG Y C.Geometry estimationfor the inner surface in a furnace wall made of functionallygraded materials[J].International Communications inHeat and Mass Transfer,2015,67:1-7. [20]苟小龙,张建涛,王广军.基于导热反问题的管道内部缺陷诊断[J].重庆大学学报,2010,33(2):42-46.GOU X L,ZHANG J T,WANG G J.Defects detectionin the inner surface of pipes based on inverse heat con⁃duction problem[J].Journal of Chongqing University,2010,33(2):42-46.(in Chinese) [21]范春利,孙丰瑞,杨立.基于红外测温的圆管内壁不规则边界的识别算法研究[J].热科学与技术,2006,5(2):112-117.FAN C L,SUN F R,YANG L.Algorithm study on iden⁃tification of pipeline’s irregular inner boundary for infraredthermography[J].Journal of Thermal Science and Tech⁃nology,2006,5(2):112-117.(in Chinese) [22]张林,范春利,孙丰瑞,等.基于APDL的管道内壁边界识别算法[J].红外与激光工程,2015,44(5):1477-1484.ZHANG L,FAN C L,SUN F R,et al.Identification al⁃gorithm of pipelines’inner boundary based on APDL[J].Infrared and Laser Engineering,2015,44(5):1477-1484.(in Chinese)[23]CHENG C H,CHANG M H.Shape identification by in⁃verse heat transfer method[J].Journal of Heat Transfer,2003,125(2):224-231.[24]HUANG C H,TSAI C C.A transient inverse two⁃dimen⁃sional geometry problem in estimating time⁃dependent ir⁃regular boundary configurations[J].International Journalof Heat and Mass Transfer,1998,41(12):1707-1718.[25]张林,杨立,寇蔚,等.基于一维加权法的交界面边界形状识别[J].红外技术,2018,40(6):590-597.㊃401㊃北京化工大学学报(自然科学版) 2022年ZHANG L,YANG L,KOU W,et al.Inverse identifica⁃tion of interface geometry in a multiple region domain based on one⁃dimensional weighting method[J].Infrared Technology,2018,40(6):590-597.(in Chinese)[26]MOHASSEB S,MORADI M,SOKHANSEFAT T,et al.A novel approach to solve inverse heat conduction prob⁃lems:coupling scaled boundary finite element method to a hybrid optimization algorithm [J].Engineering Analysis with Boundary Elements,2017,84:206-212.[27]LIU F B.A hybrid method for the inverse heat transfer ofestimating fluid thermal conductivity and heat capacity[J].International Journal of Thermal Sciences,2011,50(5):718-724.[28]GARCÍA E,MÉRESSE D,POMBO I,et al.Identifica⁃tion of heat partition in grinding related to process param⁃eters,using the inverse heat flux conduction model[J].Applied Thermal Engineering,2014,66(1-2):122-130.[29]XIE T,HE Y L,TONG Z X,et al.An inverse analysisto estimate the endothermic reaction parameters and phys⁃ical properties of aerogel insulating material[J].Applied Thermal Engineering,2015,87:214-224.[30]ZHANG B W,MEI J,ZHANG C Y,et al.A generalmethod for predicting the bank thickness of a smelting fur⁃nace with phase change[J].Applied Thermal Engineer⁃ing,2019,162:114219.Identification of corrosion thinning and fouling thickening on the inner wall of a circular tube based on the inverseheat conduction problemZHANG JingHao　XIONG Ping　HAO RuiZhi　LU Tao *(College of Mechanical and Electrical Engineering,Beijing University of Chemical Technology,Beijing 100029,China)Abstract :Taking a two⁃dimensional circular tube as the research object,a mathematical model of the two⁃dimen⁃sional steady⁃state inverse heat conduction problem was constructed based on the direct heat conduction problem (DHCP)of the finite element method and an optimization method based on the Levenberg -Marquardt (L -M)al⁃gorithm.Through the combination of COMSOL and MATLAB,two types of defects corrosion thinning and fouling thickening on the inner wall of the circular tube were quantitatively identified.In order to explore the validity andaccuracy of the model,several typical defects were employed for numerical calculations.The effects of the initial value selection,the number of temperature measurement points and the temperature measurement error on the outer surface of the pipeline on the accuracy of the inversion results were systematically analyzed.Numerical experiments prove that the model can accurately identify the two types of defects on the inner wall of a circular tube,which has good stability and noise resistance.Key words :inverse heat conduction problems;defect identification;Levenberg -Marquardt(L -M)algorithm(责任编辑:吴万玲)㊃501㊃第1期张经豪等:基于导热反问题圆管内壁腐蚀减薄及污垢增厚的识别。

瞬态热线法测量复合材料导热系数的方法

瞬态热线法是近来发展的一种用于测量流体
作者简介：杨红伟（１９７４一），河北沧州人，高级工程师，主要从事复合材料性能研究，电子邮箱：ｌｌｙｈｗ＠１２６．ｃｏｍ。
胁一ｈＦｉｂｅｒａ铆ｆ咖ｎ
２ｏ１８第２期
高科技纤维与应用
Ｉ屯装备ｉＰｒｏｃｅｓｓＥｍｅｍ
表１材料导热系数测试方法的比较
对于非平面式的薄片状纤维增强树脂基复合材料试样，激光闪射法、平面热源法和保护平板法均不能满足试样的测试要求，但是瞬态热线法可以不受复合材料试样的形式限制，故此选择瞬态热线法测量其导热系数。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｉｅｎｔｈｏｔ—ｗｉｒｅｍｅｔｈｏｄ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｔｅｓｔ
０引言
复合材料具有比强度、比模量高，良好的耐烧蚀性、热物理性能等，已成功应用于导弹的再人头锥、固体火箭发动机喷管喉衬、航天飞机结
２瞬态热线法测量原理
【＋ａ＿２＿Ｌｔ＋］＋生ｃ：９ｔ
（１）
ｅＰ
构件、飞机刹车盘等。作为一种高温结构材料或摩擦制动材料，对复合材料的导热性能研究很多 ¨ Ｊ。材料的导热系数测量已形成很多标准，女口ＧＢ１０２９４—８８、ＧＢ１０２９５—８８、ＧＢ１０２９４—８８、ＧＢ／Ｔ３１３９—２００５、ＡＳＴＭＥ１４６１等。

YZrHf_热障涂层的制备及热震性能分析

第16卷第1期精密成形工程2024年1月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING87收稿日期：2023-06-21 Received ：2023-06-21基金项目：国家自然科学基金（51965044）Fund ：The National Natural Science Foundation of China(51965044)引文格式：洪启, 吴鸿燕, 王善林, 等. YZrHf 热障涂层的制备及热震性能分析[J]. 精密成形工程, 2024, 16(1): 87-96.HONG Qi, WU Hongyan, WANG Shanlin, et al. Preparation and Thermal Shock Performance Analysis of YZrHf Thermal Barrier Coatings[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(1): 87-96. *通信作者（Corresponding author ）YZrHf 热障涂层的制备及热震性能分析洪启1，吴鸿燕2，王善林1*，郭树军3，陈玉华1，柯黎明1（1.南昌航空大学江西省航空构件成形与连接重点实验室，南昌 330063；2.九江职业技术学院船舶工程学院，江西九江 332007；3.全南晶环科技有限责任公司，江西赣州 341800）摘要：目的研究喷涂态YZrHf 热障涂层的微观组织及其抵抗高温热冲击的性能，探讨高温条件下热生长氧化物（TGO ）对陶瓷层的影响。

方法采用大气等离子喷涂（APS ）技术制备厚度约为300 μm 的YZrHf 热障涂层，并将涂层在950 ℃下保温15 min 后进行水冷循环热震实验，直至涂层剥落失效，使用SEM 、EDS 、X 射线衍射仪对制备态及热震实验后的热障涂层微观组织进行分析。

复合材料力学PDF（1）

复合材料力学复合材料力学复合材料力学复合材料力学2010201020102010年春季年春季年春季年春季秦战明秦战明秦战明秦战明西安交通大学西安交通大学西安交通大学西安交通大学航天航空学院航天航空学院航天航空学院航天航空学院第一章第一章第一章第一章概概概概论论论论??复合材料及种类复合材料及种类复合材料及种类复合材料及种类??复合材料的基本特点复合材料的基本特点复合材料的基本特点复合材料的基本特点??复合材料的发展与应用复合材料的发展与应用复合材料的发展与应用复合材料的发展与应用??复合材料结构设计复合材料结构设计复合材料结构设计复合材料结构设计??复合材料的发展趋势复合材料的发展趋势复合材料的发展趋势复合材料的发展趋势??研究复合材料的力学学科与研究复合材料的力学学科与研究复合材料的力学学科与研究复合材料的力学学科与力学问题力学问题力学问题力学问题??智能复合材料智能复合材料智能复合材料智能复合材料复合材料是什么复合材料是什么复合材料是什么复合材料是什么??复合材料复合材料复合材料复合材料Composite material–由两种或多种不同性由两种或多种不同性由两种或多种不同性由两种或多种不同性质的材料用物理和化质的材料用物理和化质的材料用物理和化质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上学方法在宏观尺度上学方法在宏观尺度上学方法在宏观尺度上组成的具有综合优异组成的具有综合优异组成的具有综合优异组成的具有综合优异性能的材料性能的材料性能的材料性能的材料....–复合材料通常具有其复合材料通常具有其复合材料通常具有其复合材料通常具有其组成材料所没有的性组成材料所没有的性组成材料所没有的性组成材料所没有的性能能能能....Particle reinforcedcomposites/formulae/solid_mechanics/composites/comp_intro.cf mImages fromRandom short fiber reinforced compositesComposite material is Vinson et al. 2002:–Blending of two or more materials macroscopically insoluble in one another to form a new engineering material–Exhibiting certain properties not possessed by the constituentsWhat Is Composite MaterialVinson J.R. et al. 2002 The behavior of Structures Composed of Composite Materials KluwerAcademic Publishers. p. 5.??复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组成的一种多相固体材料.基体相增强材料相界面相国际标准化组织的定义国际标准化组织的定义国际标准化组织的定义国际标准化组织的定义复合材料的复合材料的复合材料的复合材料的三要素三要素三要素三要素形状形状形状形状、、、、方位和材料方位和材料方位和材料方位和材料如弹性如弹性如弹性如弹性模量相同的构成成分作为一相模量相同的构成成分作为一相模量相同的构成成分作为一相模量相同的构成成分作为一相??材料的材料的材料的材料的”复合复合复合复合”引起如下性能的改善引起如下性能的改善引起如下性能的改善引起如下性能的改善::::…热传导热传导热传导热传导热绝缘热绝缘热绝缘热绝缘疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命疲劳寿命重量重量重量重量抗磨损性抗磨损性抗磨损性抗磨损性抗腐蚀力抗腐蚀力抗腐蚀力抗腐蚀力刚度刚度刚度刚度强度强度强度强度复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类1111按基体材料分类聚合物基复合材料热固性、热塑性树脂金属基复合材料铝、钛、镁无机非金属基复合材料陶瓷、水泥碳-碳复合材料由碳纤维及其由碳纤维及其由碳纤维及其由碳纤维及其碳毡或碳碳毡或碳碳毡或碳碳毡或碳布布布布增强的碳基复合材料增强的碳基复合材料增强的碳基复合材料增强的碳基复合材料碳碳碳碳----碳复合材料在航天飞机上应碳复合材料在航天飞机上应碳复合材料在航天飞机上应碳复合材料在航天飞机上应用部位示意图用部位示意图用部位示意图用部位示意图??按增强剂材料形态分类–连续纤维复合材料–短纤维复合材料–晶须增强复合材料–颗粒增强复合材料–编织复合材料复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类2222连续纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料连续纤维增强复合材料又称又称又称又称先进复合材料先进复合材料先进复合材料先进复合材料编织复合材料构架编织复合材料构架编织复合材料构架编织复合材料构架复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类复合材料的分类3333??按纤维种类分类–玻璃纤维复合材料–碳纤维复合材料–有机纤维复合材料–金属纤维复合材料钨丝、不锈钢丝–陶瓷纤维复合材料硼纤维、碳化硅纤维–混杂纤维复合材料两种以上纤维共同特点可综合发挥各种组成材料优点使一种材料具有多种功能可按对材料性能需要进行材料的设计和制造可制成所需要任意形状产品避免多次加工工序一般优点比强度、比刚度、轻质、耐疲劳、减震性好、抗冲击、耐高温、耐腐蚀等等复合材料的基本特点复合材料的基本特点复合材料的基本特点复合材料的基本特点层合板的材料铺排设计图摘自: 黄争鸣张华山力学进展2007 Vol.37No.1复合材料的发展历史复合材料的发展历史复合材料的发展历史复合材料的发展历史??自古以来自古以来自古以来自古以来人们就会使用人们就会使用人们就会使用人们就会使用天然的复合材料天然的复合材料天然的复合材料天然的复合材料——木木木木材材材材、、、、竹竹竹竹、、、、骨骼等骨骼等骨骼等骨骼等。

聚合物基复合材料导热模型及其研究进展 2006

显著的影响以外 ,填充粒子的几何外形的影响也是
不可忽视的。综合考虑多种因素后 ,研究中他假设
填料粒子为椭圆形粒子 ,并且是随机分布的 ,推算出
的方程结果为 [ 5 ] :
λ c
=λ1
1 +V2 [ F (λ2 /λ1 - 1) ] 1 +V2 ( F - 1)
(4)
式中 , F的大小决定于粒子形状、基体的热导率和粒
子形状和界面热阻的基础上对 M axwell方程进行了
改进 ,得到如下的方程 :
λ c
=λ1
1 1
+ AB V2 - BφV2
(12)
A
= KE
-
1, B
λ =λ2
2
/λ1 /λ1
+
1,φ
A
=
1
+
(1
- Vm Vm2
)
V2
式中 , KE 为爱因斯坦系数 ; B 是与各组分热导率有
关的常数 ;φ是与分散相粒子最大堆积体积百分数
(径向 )的热导率可用并联模型计算。此模型是基体相和连续相热导率的加权 ,所以尤其适用于单向
FRP /CM 2006. No. 3
性的连续纤维增强复合材料。连续纤维增强复合材
料的横向热导率可用串连模型预测。
212 纤维布增强复合材料模型 (1) J. M. Goyhénèche模型 J. M. Goyhénèche等 [ 14 ]人推导模型时认为材料
= V2λ2
+
(1
-
V2 )λ1
对于串连模型 :
(13)
λ h
= [V2
/λ2
+
( 1 - V2 )

聚合物基导电复合材料研究进展_龚文化

聚合物基导电复合材料研究进展龚文化曾黎明(武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉 430070)摘要本文介绍了聚合物基导电复合材料的种类、用途及导电机理。

并对碳系填料填充聚合物基导电复合材料及金属系填料填充聚合物基导电复合材料的研究进展进行了综述,最后展望了聚合物基导电复合材料的发展趋势。

关键词聚合物,导电复合材料,导电机理,炭黑Progress of polymer matrix conductive compositesGong Wenhua Zeng Lim ing(Institute of M aterial Science and Engineering,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070)Abstract T he classification,applicat ions and conductive mechanism of polymer matr ix conductiv e composites are in -troduced in this paper,and the progr ess of polymer matrix conductive composites filled w ith carbons or metals is rev iewed,A t last,the development tendency of poly mer matrix conduct ive composites is looked ahead.Key words polymer,conductiv e composites,conductive mechanism,carbon black聚合物基导电复合材料是在基体聚合物中加入另外一种导电聚合物或导电填料,采用物理或化学方法复合后而得到的既具有一定的导电功能,又具有良好的力学性能的多相复合材料,它是导电复合材料的研究重点。

混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响_丁晴

第４９卷第２期２０１５年２月浙　江　大　学　学　报（工学版）Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．２Ｆｅｂ．２０１５收稿日期：２０１３－１１－１２．浙江大学学报（工学版）网址：ｗｗｗ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１２７６１５９）；中国博士后科学基金资助项目（２０１２Ｍ５１１３６２，２０１３Ｔ６０５８９）．作者简介：丁晴（１９８９），女，硕士生，从事热物性测试研究．Ｅ－ｍａｉｌ：５１５９６１１０５＠ｑｑ．ｃｏｍ通信联系人：范利武，男，副教授．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｗｕｆａｎ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－９７３Ｘ．２０１５．０２．０２０混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响丁　晴１，方　昕１，范利武１，程冠华２，俞自涛１，胡亚才１（１．浙江大学热工与动力系统研究所，浙江杭州３１００２７；２．浙江省能源与核技术应用研究院，浙江杭州３１００１２）摘　要：为了研究混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响，制备以碳纳米管和银（或氧化铝）纳米颗粒为二元混合填料的有机类复合相变材料．采用瞬态平面热源法导热仪对复合相变材料在室温下固态时的有效导热系数进行测试．研究中综合考虑填料总加载量、碳纳米管／纳米颗粒的配比以及基底相变材料对复合相变材料有效导热系数的影响．实验结果表明，碳纳米管和纳米颗粒填料之间是互相抑制的，混合纳米填料所导致的复合相变材料导热系数增长甚至低于仅添加单一碳纳米管或纳米颗粒时的效果．在本研究所关注的较低的总加载量下（最高体积分数为１．５％），尚不足以构建出能够实现混合填料协同效果的有效导热网络．纳米填料分布的微观表征图片证实，虽然混合填料各自的分布都较为均匀，但导热机理的差异和较高的界面热阻使得不同纳米填料之间无法体现出理想的协同效应，反而导致当单一纳米填料之间的导热通路被破坏时会呈现出反效果．关键词：相变储热；复合相变材料；混合纳米填料；导热系数；协同效应中图分类号：ＴＫ　１２４文献标志码：Ａ文章编号：１００８－９７３Ｘ（２０１５）０２－３３０－０６Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｈｙｂｒｉｄ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓＤＩＮＧ　Ｑｉｎｇ１，ＦＡＮＧ　Ｘｉｎ１，ＦＡＮ　Ｌｉ－ｗｕ１，ＣＨＥＮＧ　Ｇｕａｎ－ｈｕａ２，ＹＵ　Ｚｉ－ｔａｏ１，ＨＵ　Ｙａ－ｃａｉ　１（１．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｊｉａｎｇ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｒａｄｉａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｈｙｂｒｉｄ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ（ＰＣＭｓ），ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ＰＣＭｓ　ｆｉｌｌｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ａｎｄ　ｓｉｌｖｅｒ（ｏｒ　ａｌｕｍｉｎａ）ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ａｓ　ｂｉｎａｒｙ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｉｎｓｏｌｉｄ　ｐｈａｓｅ　ｗａｓ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｉｅｎｔ　ｐｌａｎｅ　ｓｏｕｒｃｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｔ　ｒｏｏｍ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆｔｈｅ　ｔｏｔａｌ　ｌｏａｄｉｎｇ，ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ｔｏ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ａｎｄ　ｂａｓｅ　ＰＣＭｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ＰＣＭｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ａｎｄ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ａｃｔ　ａｇａｉｎｓｔ　ｅａｃｈ　ｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ＰＣＭｓ　ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｃｅ　ｏｆ　ｈｙｂｒｉｄ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ　ｉｓ　ｅｖｅｎ　ｌｏｗｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｗｉｔｈ　ｐｕｒｅ　ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ｏｒ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｌｏｗ　ｔｏｔａｌ　ｌｏａｄｉｎｇｓ（ｕｐ　ｔｏ　１．５ｖｏｌ％）ｏｆ　ｔｈｅ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ　ａｒｅ　ｎｏｔｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ　ｔｏ　ｌｅａｄ　ｔｏ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｈｅａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｔｈｉｓ　ｗａｓ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｉｍａｇｅｓ　ｔａｋｅｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ．Ｄｅｓｐｉｔｅ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ｏｆ　ｆａｉｒｌｙ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｂｒｉｄ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｒｅｄ　ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｄｉｓｓｉｍｉｌａｒ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ　ｉｓ　ａｂｓｅｎｔ　ａｓ　ａｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ｔｈｅｉｒ　ｈｅａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｈｉｇｈ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔｈｅ　ｕｎｆａｖｏｒａｂｌｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｃｃｕｒｓ　ｉｎｓｔｅａｄ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｈｅａｔ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｐａｔｈｓ　ａｒｅ　ｂｌｏｃｋｅｄ　ｗｉｔｈｉｎ　ｅａｃｈｔｙｐｅ　ｏｆ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｈｙｂｒｉｄ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ；ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ热能通常伴随着各种能源转换和利用过程，是生产生活中最普遍而且可以直接利用的重要能源形式之一．对热能进行存储是提高能源综合利用效率的有效手段．在不考虑化学反应的情况下，储热技术可以分为显热和潜热２大类．后者是利用材料在发生相变（通常是固液相变）时所吸收的大量潜热来实现的，具有储热密度大、储／释热过程温差小等显著优点，因而成为储热研究与应用的重要方向［１］．常见相变材料（如水和石蜡等）导热系数较低的缺陷是制约投入实际应用的瓶颈之一．为改善这一问题，人们首先尝试将泡沫金属、翅片等宏观的延伸表面结构引入到相变储热系统中，以提高相变材料的导热性能［２］．另一方面，通过在相变材料中分散入微细的高导热填料形成具有较高有效导热系数的复合相变材料可望成为一种新的解决方案［３］．早期研究中所采用的填料主要为微米尺度的金属粉末、碳纤维和膨胀石墨等，并逐渐朝着更微细的纳米材料发展．具有极高导热系数和高长径比的碳纳米管更是成为了相关研究中的主角［４－１１］．研究人员还尝试使用二元混合纳米填料以进一步提升单一碳纳米管填料对复合材料导热系数的提升效果，所涉及的第２类纳米填料主要有氮化钛、碳化硅、氮化硼、氧化铝、氮化铝、氧化硅和银等多种金属／氧化物／氮化物纳米颗粒［１２－１８］．研究发现第２种纳米颗粒可以很好地分散在碳纳米管形成的网络空隙中，并能够在一定程度上降低制备过程中含有单一碳纳米管时所产生的高黏度，有效地避免颗粒的团聚现象［１３－１４］．结果显示，由于碳纳米管和纳米颗粒之间的协同作用，采用混合纳米填料可以得到比单一碳纳米管更好的导热强化效果［１３－１４，１６，１８］．然而相关尝试目前主要集中在以树脂为主要基底材料的复合热界面材料和以水为主要基液的纳米流体研究中，在文献中尚未见报道混合纳米填料应用于复合相变材料的研究．因此，本文以石蜡和十四醇为基底相变材料，制备了含碳纳米管加银纳米颗粒以及碳纳米管加氧化铝纳米颗粒等具有不同二元混合填料的复合相变材料．在不同的填料配比、总加载量以及填料和基底相变材料的条件下，结合纳米填料在复合相变材料中的微观分布特征，探讨了混合纳米填料对复合相变材料有效导热系数的影响规律．１　实验测量１．１　实验材料研究中选用的相变材料为有机类的石蜡和十四醇．纳米填料为多壁碳纳米管（以下简称为碳管）、银纳米颗粒和氧化铝纳米颗粒．以上各实验材料的来源和特征参数如表１所示，其中ｗ为质量分数．表１　实验材料及其特征参数Ｔａｂ．１　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ实验材料生产厂家特征参数切片石蜡阿拉丁试剂熔点：５８～６０℃十四醇阿拉丁试剂熔点：约４０℃多壁碳纳米管中国科学院成都有机化学有限公司长度：０．５～２μｍ直径：８～１５ｎｍ纯度：ｗ＞９５％银纳米颗粒杭州万景新材料有限公司平均粒径：８０ｎｍ纯度：ｗ＞９９％氧化铝纳米颗粒上海超威纳米科技有限公司平均粒径：１００ｎｍ纯度：ｗ＞９９％利用扫描电子显微镜对所购买的纳米填料的尺寸进行了表征．如图１所示，各纳米填料在原始状态下都发生了明显的团聚．碳管的真实直径约为１５ｎｍ，与厂家的标称值较为一致（见表１）．银和氧化铝纳米颗粒的直径则分别约为１００和２００ｎｍ．银纳米颗粒的尺寸与标称值较为接近，而氧化铝纳米颗粒的尺寸则明显大于标称值，这与其团聚现象较为严重有关．１．２　试样制备研究中采用的实验材料均在购买后直接使用，未经过进一步的化学提纯．各纳米填料在使用前均在真空干燥箱中先干燥１２ｈ以上．复合相变材料材料的制备采用的是典型的“两步法”，即首先将一定量的纳米填料加入预先加热到熔融状态（液态）的基底相变材料中，然后依次进行１５ｍｉｎ的磁力搅拌和３０ｍｉｎ较大功率的超声振荡从而得到分散得较为均匀的液态相变材料混合物．以上整个分散过程中相变材料的温度均控制在高于其熔点的范围内以保持熔融状态．然后将分散好的液态混合物浇入直径为３ｃｍ、高度为１．５ｃｍ的圆柱形模具中，待样品完全凝固并冷却至室温并后即完成了复合相变材料１３３第２期丁晴，等：混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响图１　纳米填料的扫描电镜图片Ｆｉｇ．１　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ　ｉｍａｇｅｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ的制样．依据上述制样过程，在本研究中首先制备了基于石蜡和不同碳管／银纳米颗粒配比的复合相变材料试样，其总加载量（体积分数）最高为１．５％．然后在固定总加载量（１．０％）的情况下，又分别制备了基于十四醇以及采用碳管／氧化铝纳米颗粒为混合填料的复合相变材料．文中所有用到的体积分数均为从质量分数换算而来，计算中对石蜡、十四醇、碳纳米管、银纳米颗粒以及氧化铝纳米颗粒的密度分别取０．８５、０．８２、２．６２、１０．５０以及３．６０ｇ／ｃｍ３．为了简化本研究中对导热系数变化的分析，在试样制备过程中并未使用任何分散剂．同时为保证实验结果的可重复性，对每个试样均制作了３个批次的样品进行平行测试．１．３　导热系数测量采用基于瞬态平面热源法的Ｈｏｔ　Ｄｉｓｋ热物性分析测试仪（ＴＰＳ　２５００Ｓ）对复合相变材料的有效导热系数进行测试．测试中选择的探头为７５７７型聚酰亚胺薄膜探头，其加热平面的直径为２．００１ｍｍ．仪器在使用前通过乙二醇标准样进行了标定，其测量误差小于３％．根据该仪器的测量原理，对每个试样均需要２块相同的样品进行测试．探头夹在２块样品间形成紧密的夹层结构，周围包裹以泡沫塑料进行保温．本研究中的所有测试均在室温（２０±１℃）下进行，即所测量的是复合相变材料固态时的有效导热系数，并未考虑温度的影响．经过多次试验，测量时探头的输出功率保持在５０ｍＷ，测试时间均为５ｓ．如上所述，对于每个试样均在独立样品上进行了３次平行实验，而每个独立实验中均连续测量了５次．２　结果与讨论２．１　混合填料配比和总添加量的影响采用的纯石蜡在室温下固态的导热系数测量值为０．２６４Ｗ／（ｍ·Ｋ）．石蜡基复合相变材料导热系数ｋ随混合纳米填料（碳管和银纳米颗粒）配比的变化关系如图２所示．表中ＸＣＮＴｓ为碳管占总加载量（φ）的比例，显然ＸＣＮＴｓ＝１和０分别代表只添加碳管和其他纳米颗粒的极端情形．图２　石蜡基复合相变材料导热系数随碳管和银纳米颗粒配比的变化Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｒａｆｆｉｎ－ｂａｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏ－ｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ａｎｄｓｉｌｖｅｒ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ图中给出的每个数据点都是３次平行测试所得到的平均值，而３个批次结果与平均值之差的最大值则作为测量误差．所有样品在实验前分别使用上下表面进行导热系数的测试且所得相对偏差均小于１％，说明纳米填料在试样中的梯度分布对于实验结２３３浙　江　大　学　学　报（工学版）第４９卷　果的影响是可以忽略的．从图中可以看出，对于不同的总加载量，曲线都呈现出相似的两头高中间低的形式，说明混合纳米填料对石蜡导热系数的提升要低于单一种类的纳米填料．当总加载量φ＝１％，ＸＣＮＴｓ＝０．３时，复合相变材料的导热系数为０．２７１Ｗ／（ｍ．Ｋ），仅比纯石蜡提高了不到３％，远低于只添加碳管的１６．３％和银纳米颗粒的２１．７％的提升效果，而银纳米颗粒的提升效果还要好于碳管．在ＸＣＮＴｓ＝０．１附近，复合相变材料的导热系数相比单一银纳米颗粒的情况有显著的降低，说明加入少量的碳管反而起到了反效果，具体的协同作用机理将在后文中结合纳米填料分布的微观表征进行分析．这一反效果在较高的总加载量下变得更加明显．随着ＸＣＮＴｓ的增大，复合相变材料的导热系数缓慢升高并逐渐趋近于仅添加单一碳管时的导热系数．图３　石蜡基复合相变材料导热系数随碳管和银纳米颗粒总加载量的变化Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｒａｆｆｉｎ－ｂａｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｔｏｔａｌｌｏａｄｉｎｇ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ａｎｄ　ｓｉｌｖｅｒ　ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ如图３所示为在３个典型的固定配比下（ＸＣＮＴｓ＝０、０．３和１）复合相变材料导热系数随总加载量的变化．随着纳米填料总加载量的增加，复合相变材料的导热系数近似线性增长．相对于单一填料的２种情形，采用混合纳米填料的复合相变材料的导热系数测量值的误差范围略大，而且其变化规律也不平稳．从图３中的比较可以更清晰地看出，银纳米颗粒的强化效果要好于碳管．含有混合纳米填料（ＸＣＮＴｓ＝０．３）的复合相变材料的导热系数明显低于只添加单一材料的情况，并且随着总加载量的提升，差距逐渐拉大．这一结果与文献中所报道的混合纳米填料的提升效果高于单一碳管相悖，已有的工作普遍认为，第２类纳米填料的加入可以有助于碳管在复合材料中形成高效的导热网络［１３－１４，１６，１８］．显然，这一协同作用的产生取决于能否在复合材料中构筑起导热网络．从文献中的结果看，通常需要较大的总加载量（大于２０％［１６，１８］）才能在复合材料中形成有效的导热网络．然而本研究中所关注的纳米填料总加载量（最高１．５％）相对要低得多，可能是无法形成导热网络从而也无法得到理想的混合填料协同强化效果的原因．另一方面，对于复合相变材料而言，受循环相变时材料的稳定性以及有效储热密度的制约，其填料的加载量不可能像复合热界面材料一样提升到很高的程度．因此混合填料这一思路可能比较难于在复合相变材料领域得到实施．２．２　纳米填料和相变材料种类的影响总加载量保持为１％，用氧化铝纳米颗粒替代银纳米颗粒后得到的石蜡基复合相变材料的导热系数如图４所示．从图４中可以看出，因为氧化铝自身的导热系数要低于银，所以只含氧化铝纳米颗粒的复合相变材料的导热系数要低于同样加载量下只添加银纳米颗粒的情形，而且也要略低于仅添加碳管的情形．添加碳管／氧化铝纳米颗粒的复合相变材料导热系数随其配比的变化较为平缓，并未出现采用银纳米颗粒时在ＸＣＮＴｓ值较低时的骤降现象．这可能是由于氧化铝纳米颗粒中的导热以声子传递为主，与碳纳米管相同，故二者之间协同效果相对较好；而银纳米颗粒中的导热以自由电子为主，导热机理的不匹配使得其混合填料之间有较大的界面热阻．此外，图４中对应于氧化铝纳米颗粒的曲线在ＸＣＮＴｓ＝０．６处出现了局部最小值．考虑到不同批次样品制作过程中存在一定的纳米颗粒分布不均匀性和不一致性，作者认为这一现象主要来源于不同样品的制样误差（参见图４中所示的误差范围）．图４　纳米填料种类对石蜡基复合相变材料导热系数的影响Ｆｉｇ．４　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃ－ｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｒａｆｆｉｎ－ｂａｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ仍旧以碳管和银纳米颗粒作为混合填料，本研究中还采用十四醇作为相变材料替代石蜡制备了复３３３第２期丁晴，等：混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响合相变材料．由于基底相变材料发生了改变，复合相变材料导热系数的绝对值无法进行直接比较，故采用相对增长率Ｋ来比较提升效果，其定义为Ｋ＝（ｋ－ｋ０）／ｋ０（１）式中：ｋ０为基底相变材料的导热系数．通过式（１）计算得到的石蜡基和十四醇基复合相变材料（总加载量为１％）的导热系数随混合纳米填料配比的变化如图５所示．显然，由于相变材料本身性质的不同，在同一加载量下十四醇基复合相变材料的导热系数整体高于石蜡基的复合相变材料．这是因为十四醇属于醇类，而石蜡属于烷烃类混合物，二者晶体结构的差异会导致纳米颗粒与晶体间的界面热阻产生较大的区别．纳米颗粒本身的形状和尺寸也会造成凝固时晶体沿着不同方向的生长，从而造成不同的导热强化效果．但同时２种基底下的导热系数随ＸＣＮＴｓ的变化趋势却保持一致，说明在不同的基底相变材料中，相同的混合纳米填料对复合相变材料导热系数相对变化的影响规律是相同的．这一规律主要受到纳米填料微观分布的影响，而与基底相变材料的选择没有直接关系．图５　相变材料的种类对复合相变材料导热系数的影响Ｆｉｇ．５　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｂａｓｅ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｏｎｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ２．３　混合填料协同作用的机理分析对于复合相变材料而言，纳米填料的加入使得其内部的导热体现出微／纳米尺度传热的特点，从而影响到宏观的热物性．为进一步分析不同配比下混合填料间的协同作用机理，对纳米填料在复合相变材料中的微观分布形式进行了表征．为了更真实的反应纳米填料在复合相变材料中的分布情况，本文采用聚乙烯为基底添加碳管和银纳米颗粒形成复合材料，通过液氮冷却、折断、再蚀刻的处理得到含有混合纳米填料的样品，并对不同配比下的样品进行了表征．图６（ａ）、（ｂ）分别是配比为ＸＣＮＴｓ＝０．３和图６　混合纳米填料分布形态的微观表征Ｆｉｇ．６　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓ　ｏｆｈｙｂｒｉｄ　ｎａｎｏｆｉｌｌｅｒｓＸＣＮＴｓ＝０．８时的扫描电镜图（总体积分数为１％）．结果显示，加载量的高低造成了纳米颗粒在相变材料中不同的分布特征，银纳米颗粒在比例较高时（ＸＣＮＴｓ＝０．３）出现了较为明显的团聚现象，虽然该情况下复合相变材料中银纳米颗粒占较大比重，但其间分布的碳管从空间却上阻碍了银纳米颗粒形成导热通路，造成了相较于只含单一银纳米颗粒的样品更低的导热系数（见图６（ａ））．随着碳管添加比例的提高，导热系数提升的主导因素也从银纳米颗粒向碳管转移．此时银纳米颗粒的团聚程度逐渐减弱，并呈现出零星点缀在碳管周围的分布（见图６（ｂ））．银纳米颗粒的引入使得原本只含碳管的样品内部产生了更剧烈的声子散射，增大了纳米填料间的固－固接触热阻，导致了添加混合填料样品的导热系数同样小于只含有碳管的情况．３　结　语本研究在改变混合纳米填料的种类、配比和总加载量以及基底相变材料等多种工况下，对二元混合填料（其中之一为碳管）对复合相变材料导热系数的影响进行了较为系统性地分析．实验结果表明，碳管和金属／氧化物纳米颗粒之间是相互抑制的，采用混合填料所得的导热系数提升甚至低于单一碳管或４３３浙　江　大　学　学　报（工学版）第４９卷　者纳米颗粒的效果．这一结果与文献中所报道的混合填料的协同作用相悖．其原因主要是因为本研究所关注的混合填料的总加载量较低（最高为１．５％），尚不足以在复合相变材料中形成有效的导热网络，故而也无法体现混合填料的协同作用；而纳米填料之间导热机理的差异以及较高的界面热阻等综合作用，最终使得混合填料互相抑制了导热系数的强化效果．此外，由于纳米颗粒的密度和形态的不同，在复合相变材料凝固过程中会产生不同速度和不同方向的迁移，也是造成２种纳米填料空间分布不均匀的重要原因，同样会阻碍导热网络的形成并极大地增加界面热阻，从而无法得到预期的协同效果．然而，由于本研究中仅采用简单的物理分散方法得到随机的纳米填料分布，所得的结论有一定的局限性．此外，从几何构型来看，一维碳纳米管和三维球形纳米颗粒较难形成导热网络，并且导热网络的形成还与几何构成单元的尺寸密切相关．因此，对于不同几何形状和尺寸的混合纳米填料的研究（如采用较易形成网络的二维石墨烯材料）将是相关研究的未来发展方向之一．参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］ＦＡＲＩＤ　Ｍ　Ｍ，ＫＨＵＤＨＡＩＲ　Ａ　Ｍ，ＲＡＺＡＣＫ　Ｓ　Ａ　Ｋ，ｅｔａｌ．Ａ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｎ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ：ｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅ－ｍｅｎｔ，２００４，４５（９／１０）：１５９７－１６１５．［２］ＦＡＮ　Ｌｉｗｕ，ＫＨＯＤＡＤＡＤＩ　Ｊ　Ｍ．Ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒ－ｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ：Ａ　ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　ａｎｄ　ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗｓ，２０１１，１５（１）：２４－４６．［３］ＫＨＯＤＡＤＡＤＩ　Ｊ　Ｍ，ＦＡＮ　Ｌｉ－ｗｕ，ＢＡＢＡＥＩ　Ｈ．Ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｂａｓｅｄ　ｃｏｌｌｏｉ－ｄａｌ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎｓ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ　ａｓ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｏｒｔｈｅｒｍａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ：Ａ　ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　ａｎｄＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗｓ，２０１３，２４：４１８－４４４．［４］ＳＨＡＩＫＨ　Ｓ，ＬＡＦＤＩ　Ｋ，ＨＡＬＬＩＮＡＮ　Ｋ．Ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏ－ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ｔｏ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｌａｔｅｎｔ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｏｆ　ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，２００８，１０３（９）：０９４－３０２．［５］ＷＡＮＧ　Ｊｉ－ｆｅｎ，ＸＩＥ　Ｈｕａ－ｑｉｎｇ，ＸＩＮ　Ｚｈｏｎｇ．Ｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓ－ｉｃｓ，２００８，１０４（１１）：１１３－５３７．［６］ＷＡＮＧ　Ｊｉ－ｆｅｎ，ＸＩＥ　Ｈｕａ－ｑｉｎｇ，ＸＩＮ　Ｚｈｏｎｇ．Ｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｐａｒａｆｆｉｎ　ｂａｓｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｍｕｌ－ｔｉｗａｌｌｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，２００９，４８８（１／２）：３９－４２．［７］ＺＥＮＧ　Ｊｕ－ｌａｎ，ＣＡＯ　Ｚｈｏｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｄａｏ－ｗｕ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＭＷＮＴｓ　ｏｎ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｅｎｔｈａｌｐｙ　ａｎｄ　ｔｈｅｒ－ｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ　ｏｒｇａｎｉｃ　ＰＣＭ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｈｅｒｍａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ，２００９，９５（２）：５０７－５１２．［８］ＷＡＮＧ　Ｊｉ－ｆｅｎ，ＸＩＥ　Ｈｕａ－ｑｉｎｇ，ＸＩＮ　Ｚｈｏｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｅｎｈａｎ－ｃｉｎｇ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｌｍｉｔｉｃ　ａｃｉｄ　ｂａｓｅ　ｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｗｉｔｈ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ａｓ　ｆｉｌｌｅｒｓ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ，２０１０，８４（２）：３３９－３４４．［９］ＷＡＮＧ　Ｊｉ－ｆｅｎ，ＸＩＥ　Ｈｕａ－ｑｉｎｇ，ＸＩＮ　Ｚｈｏｎｇ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｎ－ｃｒｅａｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐａｌｍｉｔｉｃ　ａｃｉｄ　ｂｙ　ｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２０１０，４８（１４）：３９７９－３９８６．［１０］ＣＵＩ　Ｙａｎ－ｂｉｎ，ＬＩＵ　Ｃａｉ－ｈｏｎｇ，ＨＵ　Ｓｈａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｔｈｅ　ｅｘ－ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｆｉｂｅｒ　ａｎｄ　ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ　ａｄｄｉｔｉｖｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｓｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｓｏｌａｒ　Ｃｅｌｌｓ，２０１１，９５（４）：１２０８－１２１２．［１１］ＪＩＮ　Ｐｅｉ－ｊｕｎ，ＳＵＮ　Ｈｕａｎ－ｈｕａｎ，ＺＨＯＮＧ　Ｙｕｎ－ｘｉａ，ｅｔ　ａｌ．Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１２，８１（２２）：１４０－１４５．［１２］ＪＩＡＮＧ　Ｌｉｎ－ｑｉｎ，ＧＡＯ　Ｌｉａｎ．Ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ　ｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄ　ｃａｒ－ｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ－ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｎｉｔｒｉｄｅ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｅｎ－ｈａｎｃｅｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｃｅｒａｍｉｃｓ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００８，３４（１）：２３１－２３５．［１３］ＹＡＮＧ　Ｋａｉ，ＧＵ　Ｍｉｎｇ－ｙｕａｎ．Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃ－ｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｅｐｏｘｙ　ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｆｉｌｌｅｄ　ｗｉｔｈ　ｈｙｂｒｉｄ　ｆｉｌｌｅｒ　ｓｙｓ－ｔｅｍ　ｏｆ　ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｍｉｎｅ－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ　ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄ　ｃａｒ－ｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅ／ｓｉｌａｎｅ－ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｎａｎｏ－ｓｉｚｅｄ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｃａｒｂｉｄｅ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　Ｐａｒｔ　Ａ，２０１０，４１（２）：２１５－２２１．［１４］ＴＥＮＧ　Ｃｈｉｈ－ｃｈｕｎ，ＭＡ　Ｃｈｅｎ－ｃｈｉ　Ｍ，ＣＨＩＯＵ　Ｋｕｏ－ｃｈａｎ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｈｙｂｒｉｄ　ｂｏｒｏｎ　ｎｉｔｒｉｄｅ　ａｎｄｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃ－ｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｅｐｏｘｙ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄＰｈｙｓｉｃｓ，２０１１，１２６（３）：７２２－７２８．［１５］ＩＭ　Ｈ，ＫＩＭ　Ｊ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ａｌ２Ｏ３ｄｏｐｅｄ　ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆＡｌ２Ｏ３／ｅｐｏｘｙ　ｔｅｒｍｉｎａｔｅｄ　ｐｏｌｙ（ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ）ｃｏｍ－ｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２０１１，４９（１１）：３５０３－３５０１．［１６］ＭＡ　Ａｉ－ｊｉｅ，ＣＨＥＮ　Ｗｅｉ－ｘｉｎｇ，ＨＯＵ　Ｙｏｎｇ－ｇａｎｇ．Ｅｎ－ｈａｎｃｅｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｅｐｏｘｙ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｗｉｔｈＭＷＣＮＴｓ／ＡｌＮ　ｈｙｂｒｉｄ　ｆｉｌｌｅｒ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｐｌａｓｔｉｃｓ　Ｔｅｃｈ－ｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，５１（１５）：１５７８－１５８２．［１７］ＭＯＨＡＭＭＡＤＡＬＩ　Ｂ，ＡＬＩＭＯＲＡＤ　Ｒ，ＤＡＶＯＯＤ　Ｒ，ｅｔ　ａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｆ　ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　ｓｉｌｉｃａ／ｍｕｌｔｉｗａｌｌ　ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ｈｙｂｒｉｄ　ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ［Ｊ］．Ｔｈｅｒｍｏ－ｃｈｉｍｉｃａ　Ａｃｔａ，２０１２，５４９：８７－９４．［１８］ＣＨＥＮ　Ｌｉ－ｆｅｉ，ＹＵ　Ｗｅｉ，ＸＩＥ　Ｈｕａ－ｑｉｎｇ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｔｈｅｒｍａｌ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｎａｎｏｆｌｕｉｄｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　Ａｇ／ＭＷＮＴ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｄｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，２３１：１８－２０．５３３第２期丁晴，等：混合纳米填料对复合相变材料导热系数的影响。

高导热C_C复合材料的研究进展_陈洁

C , 再根据材料的密度 ρ, 由式(3)便可求得材料的热导率。
(3)在石墨中导热载流子是声子 , 导电载流子是电子和空
穴 , 而导热和导电都依靠载流子在微晶层面内的移动 , 因此可推
断二者之间存在某种联系 , 根据 Lavin 公式[ 20] , 热导率可用式
(4)表示 :
∫ λ= A C(ω) υ L(ω) dω
(1)
其中 υ是声子的速度 , 只与材料的密度和弹性力学性能有关 , 而
C /C 复合材料在 1000 ℃以内不发生蠕变 , 因此 υ可视为常数 ,
单位体积热容 C 和声子平均自由程 L 是声子振动频率 ω的函
数。
另外 , 根据 Debby 公式 , C /C 复合材料的热导率可简化为 :
C /C 复合材料以其优异的低密度、高导热性、低膨胀系数和高温高强度等性能成为目前最佳的高导热候选材料[ 5 ～ 10] , 并已成功应用在飞行器发电机的喷嘴、热装配燃烧室、飞机刹车副等航空航天领域[ 11 ,12] 。在这些领域中 , 环境温度的变化范围从接近零度到数千度 , 作为结构材料或防热材料使用的 C /C 复合材料能否适应其工作环境的变化 , 主要取决于其热物理性能。
的研究和开发对于国防科技和武器装备的发展有着决定性的意义。在一些特殊的应用领域 , 对材料有着特殊而苛刻的要求。通讯卫星用高功率密度器件 , 核聚变装置用面对等离子体材料在运行过程中会产生和积累大量的热量[1 ～ 3] , 为保证设备的稳定运行 , 需要将产生的热量及时导出 , 因而对材料的热传导性能提出了很高的要求[ 4] 。航天飞行器的许多电子部件需要在 40 ～ 60 ℃的环境温度下正常工作 , 因此仪器运行过程中产生的热量必须及时导出。又如在某些大型装置的发电机排气管的设计中 , 为了将发电机产生的热量排出车体外 , 阻止热量传递到车体上 , 要求排气管沿轴向的导热率高 , 而沿径向的导热率低。

复合材料

材料名称钢铝玻纤/聚酯CM 碳纤/环氧CM 比强度 0.13 0.17 0.53 1.03 比模量 0.27 0.26 0.21 0.21
1.2 CM 的基本性能
第一章绪论
2、可设计性好复合材料区别于传统材料的根本特点之一
课件
1.2 CM 的基本性能
设计人员可根据所需制品对力学及其它性能的要求，对结构设计的同时对材料本身进行设计。具体体现在两个方面力学设计—— 给制品一定的强度和刚度功能设计——给制品除力学性能外的其他性能
课件
第一章绪论
1.1 复合材料发展概况
格栅是采用高强度玻璃纤维长丝做增强材料，以不饱和聚酯树脂为基体，经特殊加工复合成型的玻璃钢结构材料。格栅
课件
第一章绪论
课件
复合材料发展概况
§具有良好的耐腐蚀性； §轻质、高强、且便于切割、安装。 §内在交错编制结构，整体成型的应用将负载分布在
1.2 CM
第一章绪论
课件
1.2 CM
作业：1、复合材料性能的主要决定因素有哪些？ 2、复合材料的主要性能特点有哪些？的
基本性能
第一章绪论 1.2.3 树脂基CM的缺点：
一般情况下 (1) 弹性模量低比钢材小10倍 (2) 长期耐热性差 (3) 易老化的 (4) 表面硬度低、耐磨性差
第一章绪论
复合材料综合处理与再生
课件
1.1 复合材料发展概况
重点发展物理回收（粉碎回收）、化学回收（热裂解）和能量回收，加强技术路线、综合处理技术研究，示范生产线建设，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的应用、在拉挤制品中的应用以及在SMC/BMC模压制品中的应用和典型产品中的应用。

沈航研究生专业

①101思想政治理论② 《机械原理》，高等教 ④804机械 201英语一育出版社第五版，孙桓原理 ③301数学主编《机械设计》高等教育翟青春一出版社2004 濮良贵主编 024-89724538 原则上不招收同等学 zhaiqc@sau.ed 力考生专业综合（《汽车理论》、《汽车设计》）参考书目： 1.《汽车理论》（第5 版）余志生，机械工业出版社，2010年1月 ①101思想政治理论② 《机械原理》高等教育 ④804机械 204英语二出版社，第五版孙桓主原理 ③302数学编二《机械制造基础》参考教材：《机械加工工艺基础(工程材料及机械制造基础Ⅲ)》孔德音，机械工业
二级学院（部）专业名称研究方向 03煤的清洁燃烧与转化 080700 动力工程及 04内燃机替代燃料研究工程热物理 05动力机械动力学与振动控制初试统考、联考科目 ①101思想政治理论② 201英语一 ③301数学一初试自命题科目初试自命题参考书目《工程热力学》，童钧 ④820工程耕，高等教育出版社，热力学第四版，2007年 1、工程测试技术复试科目及参考书《工程测试与信息处理》，孔德仁等，国防工业出版社，2003年。 2、传热学《传热学》，杨世铭等，高等教育出版社，第四版，2006年。 1、材料力学性能参考书：《工程材料的力学性能》，姜伟之，北航出版社，2000 2、高分子材料合成学任选一门原则上不招收同等学力考生咨询联系人及联系方式曾文 024-89723722 18040039066 同等学力报考附加条件
工程力学《材料力学》第四版，刘鸿文，高等教育出版社，2004 《理论力学》第六版，哈工大理论力学教研室编，高等教育出版社， 2002

C_C复合材料高温热物理性能实验研究

第23卷第5期宇　航　学　报Vol .23No .52002年9月Journal of Astr onauticsSeptem ber 2002收稿日期:2001-12-03,修回日期:2002-07-08。

基金项目:国家自然科学基金资助(批准号:10102005,19932030)C /C 复合材料高温热物理性能实验研究易法军,张　巍,孟松鹤,杜善义(哈尔滨工业大学复合材料研究所,哈尔滨150001)摘　要:实验研究了烧蚀防热C /C 复合材料从常温到高温的等效热膨胀系数、热扩散率、比热随温度的变化情况,并计算了材料不同温度下的热导率与抗热应力系数。

结果表明:材料的热膨胀系数很小,接近零膨胀。

热扩散率随温度升高而下降,比热随温度升高近似比例增加,而热导率随温度的变化规律与热扩散率相似。

材料的抗热应力系数随温度的升高变化不大,抗热震性能稳定。

关键词:C /C 复合材料;热膨胀系数;热导率;抗热应力系数中图分类号:TB33 文献标识码:A 文章编号:1000-1328(2002)05-0085-040　引言烧蚀防热材料是返地航天器头部防护气动加热的关键材料,碳基复合材料具备烧蚀率低、烧蚀热高、抗热震性能及高温力学性能优良等特点,因而,在航天器再入环境下碳基复合材料是颇具前途的高性能烧蚀材料。

其中C/C 复合材料的使用温度可高达2000℃以上,是目前能用于2000℃以上热结构的理想备选材料[1,2]。

随着“结构·材料·设计一体化”思想的提出,工程结构的设计向着小型化、轻型化方向发展,对材料要求也越来越严格,对结构的设计与评价也越来越细致,因而,材料在超高温下的热物理性能的实验研究就显得特别重要。

C/C 复合材料的高温热物理性能是工程结构设计必不可少的数据,文献[3]测定了不同热处理温度下C/C 复合材料的导热系数。

本文通过实验手段,研究了C/C 复合材料的热膨胀系数、比热、热扩散率和热导率随温度的变化情况,并讨论了材料的抗热震性能。

以坚韧之意念，成薄膜之“强韧”

以坚韧之意念，成薄膜之“强韧”据统计，全球有1/3～1/2的一次能源被摩擦所耗费，大约80%的失效机器零部件毁于摩擦引发的磨损。

我国作为世界范围内首屈一指的制造业大国，在生产和制造过程中消费了大量的资源和能源，发展减摩抗磨技术实现节能增效已经成为我国众多关键领域的迫切需求。

面向“双碳”战略，一场广泛深刻的经济社会系统性变革不可避免，相关产业的优化升级和低碳绿色转型都离不开减摩抗磨，先进摩擦润滑技术与表面改性技术是我国实现“双碳”目标的重要一环。

西北工业大学先进润滑与密封材料研究中心的年轻学者周青老师以国家“双碳”需求为导向，以薄膜为切入点，积极投身摩擦学领域研究，已在理论研究、高新技术、产业应用等方面取得了一系列耀眼的成果。

西北工业大学周青做学术报告强烈的家国情怀赋予了周青坚韧不拔的意志，多年发愤忘食的专注科研业已得到累累回报，周青老师已先后主持包括国家自然科学基金（面上、青年）、国家重点研发计划课题、陕西省重点研发计划在内的多项重要科学研究项目，并荣获博士后面上一等资助、全国博士后创新人才支持计划。

已经在Acta Materialia、Scripta Materialia等国际顶级期刊上发表SCI论文50余篇，授权发明专利11项。

永葆恒心潜精积思2023年3月5日，国家领导在参加十四届全国人大一次会议江苏代表团审议时再次强调了高水平科技自立自强的重要性。

基础研究是高水平科技发展的源泉和根基。

一直以来，周青聚焦基础研究，在金属薄膜的强韧化机理研究方向不断攻坚克难、创新突破，提出了一系列创新性的研究理论，对于高性能表面涂层、薄膜的开发设计具有独到的见解，为推动我国在该高新领域的高质量发展做出了突出贡献。

在金属纳米多层膜的制备、表征及性能优化方面，周青从金属多层膜生长机理、界面结构入手，重点考察了微纳尺度下材料的力学行为，创新性地揭示了在微纳尺度范围内多层膜的屈服强度和韧性均呈现出了明显的尺寸效应。

基于有效介质理论的碳化硅复合包壳管热导率计算模型

基于有效介质理论的碳化硅复合包壳管热导率计算模型
杜婧;郝祖龙
【期刊名称】《核科学与工程》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】核燃料包壳热导率是核燃料元件传热性能研究和核安全设计的重要参数,SiC复合包壳的双层结构和其内层的SiC/SiC复合材料特性增加了预测包壳导热性能的复杂性。

为预测双层SiC复合包壳及内层复合材料热导率,基于Markworth 有效介质理论,考虑孔隙率、温度、中子辐照等因素对SiC/SiC复合材料热导率的影响,在Markworth有效介质理论模型的基础上进行修正,计算了第二代、第三代SiC纤维增强的不同类型SiC/SiC复合材料热导率,并建立了双层SiC复合包壳热导率计算模型,初步预测了核电厂稳态运行期间双层SiC复合包壳的热导率。

计算结果表明,核电厂稳态运行4个月后,辐照肿胀变形达到饱和,含第二代纤维的包壳热导率为3.9 W/(m·K),含第三代纤维的包壳热导率为4.8 W/(m·K)。

【总页数】7页(P187-193)
【作者】杜婧;郝祖龙
【作者单位】华北电力大学核科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TL331
【相关文献】
1.基于有效介质理论的多孔硅有效介电函数模型
2.基于有效介质理论碳纤维的介电常数计算
3.基于有效介质理论的物理性能计算模型的软件实现
4.基于Reddy型三阶剪切变形理论的复合材料加筋圆柱壳的屈曲计算
5.基于弹性基础梁理论的复合材料薄壁圆柱壳屈曲承载力模型
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高导热C／C复合材料的发展现状

ａｒｅａｌｓｏｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ．
ＫｅｙｗｏｒｄｓＣ／Ｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，Ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，Ｃａｒｂｏｎｉｂｆｅｒ，Ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ
具发展前景的散热材料之一。本文综述了国内外高导热Ｃ／Ｃ复合材料的发展现状，分析了Ｃ／Ｃ复合材料的热物理性能及影响其热导率的因素，介绍了Ｃ／Ｃ复合材料的导热机理、碳纤维、基体炭的导热性能，以及高导热
ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＨｉｇｈ — ＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙＣａｒｂｏｎ／ＣａｒｂｏｎＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
ＫＯＮＧＱｉｎｇ
ＦＡＮＺｈｅｎ
Ｃ／Ｃ复合材料的制备和改性等。关键词Ｃ／Ｃ复合材料，热导率，碳纤维，导热机理ＤＯＩ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１００７ — ２３３０．２０１４．０１．００２中图分类号：ＴＱ３４２．７４
０引言
等相匹配，以避免芯片的热应力损坏，同时要求材料
随着科学技术的迅猛发展，散热成为许多领域发
展的关键技术。航天飞行器热控系统的电子设备趋于小型高效化、质量轻质化、结构紧凑化，运行过程中会产生和积累大量的热量，对所用材料有着特殊而苛刻的要求 ¨ ；卫星等空间飞行器的大面积薄板结构、导弹鼻锥体、固体火箭发动机喷管等航天领域工作较严峻的部位及核聚变堆用面对等离子体材料，需要材料具有质量轻、热导率高、力学性能良好等优异的综合性时间飞

高导热环氧复合材料干式电抗器热点温升的仿真研究

高导热环氧复合材料干式电抗器热点温升的仿真研究曲展玉1，钟昱尧1，宋岩泽1，2，谢子豪1，孟雨琦1，谢庆1，2（1.华北电力大学电力工程系，河北保定071003；2.华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室，北京102206）摘要：干式电抗器的稳定运行影响新型电力系统的输电可靠性。

干式空心电抗器包封材料整体由浸有环氧树脂的玻璃纤维丝经高温固化而成。

本文采用多物理场耦合有限元方法，考虑干式空心电抗器的包封材料热导率对其热点温升的影响，建立了环氧复合材料的COMSOL微观仿真模型和外电路约束下的干式空心电抗器电-磁、流-热耦合计算模型。

将电磁场下的损耗作为热源计算温度场与流场分布，研究在25℃环境温度下常规/高导热环氧复合材料对干式空心电抗器热点温升的影响规律。

结果表明：高导热环氧树脂对复合材料热导率的提升效果显著；包封材料本体及周围空气温度场区域中热点温升最大值为103.75℃，出现在内部第4层包封材料的上端处；不同热导率的复合材料对降低干式电抗器的热点温升有明显差异，其中干式电抗器在高导热环氧树脂复合材料下的热点温度降低了7.55℃。

关键词：干式空心电抗器；热导率；热点温升；多物理场耦合中图分类号：TM215；TM472 DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2024.04.015Simulation study on hot spot temperature rise of dry reactor with high thermal conductive epoxy composite as encapsulating materialQU Zhanyu1, ZHONG Yuyao1, SONG Yanze1,2, XIE Zihao1, MENG Yuqi1, XIE Qing1,2(1. Department of Electrical Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, China;2. State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources,North China Electric Power University, Beijing 102206, China)Abstract: The stable operation of dry-type reactors affects the transmission reliability of new power system. The encapsulating material of dry-type reactor is made of glass fiber filament impregnated epoxy resin cured at high temperature. In this paper, a multiphysics coupled finite element method was used to consider the influence of thermal conductivity of the encapsulating material for dry-type reactor on its hot spot temperature rise, and a COMSOL microscopic simulation model of epoxy composites and an electro-magnetic and flow-thermal coupling calculation model of dry-type reactor under the constraints of external circuits were established. The temperature field and flow field distribution were calculated by using the loss under electromagnetic field as the heat source, and the influence of conventional/high thermal conductive epoxy composites on the hot spot temperature rise of the dry-type reactor at 25℃ of ambient temperature was studied. The results show that the high thermal conductive epoxy resin has a significant improving effect on the thermal conductivity of composites. The maximum hot spot temperature rise in the temperature field area of the encapsulating material body and the surrounding air is 103.75℃, which appears at the upper end of the fourth layer of encapsulating material. The epoxy resin composite with different thermal conductivity has obvious difference on decreasing the hot spot temperature of dry-type reactor, and the hot spot temperature of the dry-type reactor with high thermal conductive epoxy resin composite is reduced by 7.55℃.Key words: dry hollow reactor; thermal conductivity; hot spot temperature rise; multiphysical field coupling0　引言干式电抗器凭借线性度好、饱和性高、损耗小、运行维护方便等优点已成为在“双碳”战略下构建新型电力系统的重要发展方向[1]。

船舶与海洋结构物设计制造

船舶与海洋结构物设计制造一、学科简介本学科创建于1951年，1982年开始招收研究生，1983年获硕士学位授予权，1986年获博士学位授予权，1998年建立博士后科研流动站，2000年获船舶与海洋工程一级学科博士学位授予权，2001年被中央军委批准为军队重点建设学科，2003年被评为湖北省重点学科，2008年被评为湖北省特色学科。

本学科是我军唯一培养舰船总体设计制造人才的学科专业。

至今已培养本科生41届，计2000余人，培养博士、硕士生21届，计150余人，并为越南、朝鲜、坦桑尼亚等6国培养留学生30余人。

海军舰船装备建设领域的技术和管理骨干大都来自本专业，两名博士研究生分别获得全国优秀博士学位论文奖及提名奖。

本学科经过50多年的建设发展，培养了一支治学严谨，结构合理的师资队伍，形成了具有学术优势和海军特色的研究方向。

本学科现有教师64人（具有博士学位的教师占43.8%），其中教授18人，博士生导师13人，先后有3人担任国务院学科评议组成员，2人获全军院校育才银奖。

本学科紧紧围绕海军舰船装备发展的需要，在高性能复合船型开发，潜艇强度、低噪声推进器、舰船结构防护装甲及复合材料应用、气层减阻降噪技术、舰船模块化设计等方面取得了一系列的研究成果，形成了具有海军特色的研究方向。

目前承担国家863计划、军队973计划、总装探索一代、国家自然科学基金、国家（国防）重点实验室基金、“十一五”预研，以及海军型号科研等项目200余项，科研经费约5300万元。

二、研究方向1、船舶流体力学围绕新型舰船研制以及影响舰艇战术技术指标的水动力学关键技术开展了一系列具有特色的研究工作。

近5年来，承担了国家863计划“水陆空三介质多航态气幕地效复合船型研究”、总装探索一代，总装重点基金、国家（国防）重点实验室基金等70多项科研项目。

首次创建了舰船和拖缆运动为整体的动力学模型，实现了拖曳系统在风浪中运动特性的模拟。

对高速艇及平底船、水下回转体采用气层减阻技术分别取得了总阻力减少25%、15%的效果，并提出了实施措施，阐述了气层减阻的机理，提出了气层作用下高速艇相似模型间总阻力的换算方法。