工程热物理学报

Select

孙晓霞, 桂中华, 郭欢, 康浩源, 黄璐靖, 张新敬, 周健

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2625-2632.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

在国家“双碳” 战略驱动下，先进压缩空气储能系统成为了可再生能源大规模接入电网的关键支撑技术之一。目前先进压缩空气储能系统效率仍有较大提升空间，各级压缩机/膨胀机独立蓄热是一种提高效率的有效方式。本文对这种独立蓄热的先进绝热压缩空气储能(AA-CAES) 系统展开系统效率分析，并提出了一种基于循环类比(类比于布雷顿循环) 的分析方法，能够从理论上清晰看到压比、级数和压比分配对系统效率的影响规律。结果发现：换热温差和压缩机/膨胀机等熵效率一定时，压力分级级数越少，总压比越大，系统效率越高；在独立蓄热和恒定压缩机/膨胀机等熵效率条件下，等压比运行方式的优势将不再显现，但等压比仍是一种节约系统成本的方式。

Select

三热源热布朗制冷机的生态学最优性能

齐丛正, 陈林根, 戈延林

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2633-2638.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文将基于㶲分析的生态学函数引入到建立的三热源热布朗制冷机性能优化中，导出了反映㶲输出率和熵产率间最佳折衷的生态学函数。应用有限时间热力学理论，分析了牛顿传热规律下制冷机的生态学最优性能。通过与制冷率目标下的性能特性进行比较，说明了生态学函数目标的意义。结果表明：外部传热只影响性能参数的大小，不影响其优化关系。制冷率和生态学函数分别关于热导率分配比、外力和势垒高度存在极大值。当以生态学函数代替制冷率作为目标时，制冷率减小较少，而对应的制冷系数(COP) 得到了巨大的提升。

Select

新型变压吸附制氧-PEMFC 集成系统性能分析

付丽荣, 蔡浪, 刘进一, 邱娜, 邓美隆, 张筱松

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2639-2646.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文提出一种变压吸附制氧与质子交换膜燃料电池(PEMFC) 相结合的新型发电系统。该系统利用PEMFC 产生的电能给制氧子系统提供能量，制氧装置为燃料电池供给所需浓度的氧化剂，避免了制取高浓度氧气能耗骤升的现象，以实现能量的高效利用。采用COMSOL 软件建立高温PEMFC 三维模型并仿真，在分析阴极氧化剂的氧气浓度对PEMFC 性能影响和制取不同浓度氧气能耗基础上，研究了氧气浓度对该系统净功率与效率的影响，并提出集成系统性能优化方案。结果表明：PEMFC 的氧化剂最佳氧气浓度为80%，新集成系统获得最大净功率15.75 W，同时效率达到了64%，与氧化剂为纯氧气的常规系统相比，新系统输出功率和效率同时提升了8.3% 和18.5%，新型系统实现最大输出功率的同时获得较高的效率。

Select

基于射流动力学特征的协流喷管的数值研究

何明礼, 章光, 胡少华, 王成

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2647-2656.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为合理确定协流喷管的设计参数，采用数值仿真方法研究了喷管结构(拉瓦尔、直管、曲线收缩、直线收缩) 和工作压力(过膨胀、刚好膨胀、欠膨胀) 对流场动力学特征(射流的速度、扩散性、卷吸和动能) 的影响。研究表明：拉瓦尔喷管和直管产生的射流其速度和动能衰减较慢，扩散和卷吸较弱；射流轴向速度衰减速率、扩散率和动能衰减速率与工作压力负相关；射流卷吸常数随工作压力升高而增大，但当喷管出口处于刚好膨胀或过膨胀状态时，卷吸常数趋于某一特定值，值的大小与喷管结构相关。协流细水雾灭火系统的协流喷管结构采用拉瓦尔喷管和直管能够得到更好的协流效果。

Select

均匀聚光线性菲涅耳光伏系统设计与实验研究

姜铁骝, 邹天霖, 王刚

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2657-2662.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文提出了一种具有均匀聚光效果的线性菲涅耳太阳能光伏系统，并阐述了其聚光器的设计方法。对此均匀聚光线性菲涅尔光伏系统进行了设计，并根据设计结果加工出了均匀聚光线性菲涅耳光伏系统实验样机。借助CCD 测试方法对实验样机的聚光均匀性和光学效率进行了测量，实验表明太阳能电池表面能够获得均匀性相对较高的会聚光强分布，样机实际光学效率约为0.73。初步的光伏组件I-V 特性测试结果表明，电池在38^◦C 条件下时，该聚光光伏系统的光电转换效率为15.8%。

Select

氧化铝包覆金属锡相变微胶囊的制备及相变性能研究

盛楠, 刘韧婕, 卢家辉, 朱春宇, 饶中浩

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2663-2672.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

以金属Sn 为相变材料，采用溶胶–凝胶包覆法和高温热处理制备出具有核壳结构的Sn@Al₂O₃ 相变储热微胶囊。利用粉末晶体X 射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、电子探针显微分析仪(EPMA) 和差示扫描量热分析仪(DSC) 对样品进行性能分析。研究了不同气氛下高温热处理对核壳结构的影响，同时对微胶囊样品进行热循环稳定性表征。结果表明：Sn@Al₂O₃ 相变微胶囊的壳层厚度为1∼3 μm 之间，且具有SnO₂-Al₂O₃ 双层壳结构；在氧气和氮气气氛下热处理分别获得Sn@Al₂O₃-O₂ 和Sn@Al₂O₃-N₂ 微胶囊样品的相变温度均约为233^◦C，相变潜热分别为52.0 J/g 和54.5 J/g。经过100 次循环测试后，Sn@Al₂O₃-O₂ 相变微胶囊表现出良好的循环热稳定性。

Select

三级轴流压气机复合沟槽式机匣处理扩稳研究

张夏雯, 花雨, 李聪, 琚亚平, 张楚华

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2673-2684.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

机匣处理作为现代高负荷压气机解决裕度不足问题的重要手段，对保障燃机运行安全性及装置技术先进性具有重要影响。本文针对多级高速轴流压气机易出现低转速下裕度不足的问题，对某3.5 级高速轴流压气机在新型复合沟槽式机匣处理下70%∼100% 设计转速范围内的四种转速进行了全三维定常数值模拟，结合低转速下光壁机匣的失稳特性重点分析了复合沟槽式机匣处理的扩稳流动机理。结果表明：复合沟槽式机匣处理显著提高了80% 设计转速下的失速裕度，裕度提高了13.73%。扩稳机理为：后段槽内泄漏间歇性降低叶尖两侧压差，削弱叶顶间隙泄漏射流强度；叶顶间隙泄漏流、叶尖前缘泄漏涡以及叶片表面附面层被抽吸进入后段槽阻断旋绕从而抑制泄漏涡的形成；前段槽回流在一定范围内降低了第一级动叶进气冲角。研究工作对提高压气机性能调节技术水平具有重要指导价值。

Select

冷气横流下复合角扩张孔的气膜冷却特性研究

刘昊阳, 杜强, 徐庆宗, 王沛, 徐光耀, 李红叶, 谢亚广, 王鹏飞

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2685-2695.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文采用数值模拟方法研究了冷气横流方向对带复合角后倾扇形孔气膜冷却特性影响。结果表明，孔进口横流对气膜孔内部流动及外部冷却影响显著，尤其在大吹风比下。小吹风比时，不同横流方向与大腔进气的冷效基本一致。大吹风比时，孔进口横流的作用凸显，平行横流逆流和垂直横流顺流的气膜冷效显著下降，与大腔进气相比面积平均气膜冷效最大降幅达23%。在流量系数方面，顺流进气的流量系数远高于逆流进气，最大增幅达30%。

Select

考虑结构重量的部分冠涡轮泄漏流动控制研究

黄东铭, 张伟昊, 王宇凡, 蒋首民, 陈云, 王鹏

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2696-2704.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文对某型部分冠低压涡轮叶冠泄漏流动的流动特征和损失进行了分析，探讨了部分冠容腔内的损失机理，对部分冠叶冠结构进行了气动优化和结构减重两个阶段的优化设计，分析了气动优化设计前后流动和损失的变化。结果表明叶冠容腔出口腔内存在严重的主流入侵现象与周向泄漏；由此引发的掺混损失使得出口腔内的损失最为显著，占叶冠容腔总损失的80%；优化后的叶冠缘板结构能够有效消除周向泄漏，抑制主流入侵从而提升涡轮级性能0.54%；合理设计叶冠结构可以实现相比原型部分冠减重6.1% 的同时提升0.48% 涡轮级效率。

Select

基于MNSSC法的叶片安装角的不确定性分析

王坤, 陈浮, 俞建阳, 马贵辉

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2705-2712.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文采用了改进的嵌套式稀疏网格随机配置(Modified Nested Sparse-grid Stochastic Collocation, MNSSC) 方法研究了涡轮叶片安装角的随机误差对叶栅气动性能的影响。结果表明，MNSSC 法解决了维数诅咒问题，降低了高维样本数量的同时避免了样本的浪费，MNSSC 法可以快速有效地模拟多个不确定量在内流流场中的传播；安装角的不确定性对吸力边的影响较为明显，而其对于叶片压力边的影响较小，且其在吸力边轮廓处的40%C_ax 处的影响最为显著；安装角的不确定性对流场的影响沿A 向传播，且其主要影响分离区等速度梯度大的区域。

Select

叶片动态失速过程中衰减频率变化对不同翼型气动性能影响研究

李治国, 宋超洋, 张雅静, 高志鹰, 张立茹, 汪建文

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2713-2719.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了揭示翼型动态失速过程中衰减频率变化对翼型动态气动特性的影响规律，该文基于Kirchhoff 理论, 利用数值微分法，建立翼型气流分离过程分段函数，提出一种考虑附着流、分离流、动态涡的改进的Beddoes-Leishman (B-L) 动态失速模型。利用该模型分析对称翼型、非对称翼型、不同厚度翼型在三种衰减频率下的动态失速特性。将仿真结果与华北电力大学公开数据进行对比，改进的B-L 动态失速模型计算结果与公开实验数据结论相一致，证实该文模型准确可靠且具有较强通用性。研究表型明：当衰减频率从0.05 增加到0.15 时，三种翼型的最大动态升力系数均增加，NACA63415 增幅最大为72.1%。当攻角为16^◦ 时，三种翼型上下行程升力系数差值均减小，其中NACA0012 上下行程升力系数差值从0.928 减小到0.350，表明增大衰减频率可以抑制流动分离。

Select

振幅对行波式压缩机气动性能的影响

谢鸿宇, 张倩莹, 刘梦琪, 黄典贵

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2720-2727.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

受某些具有行波运动特点的鱼类游动方式的启发，提出了“行波式压缩机” 的概念。该装置在做行波运动的柔性体上下添加有固体壁面，利用柔性体的行波运动使通过的气体增压，并且通过改变柔性体的运动参数可达到不同的增压效果。对该装置的二维模型进行了数值模拟，探究了等振幅和变振幅对模型气动性能及其周围流场的影响。结果表明：振幅的变化可显著改变模型气动性能。其他条件不变，振幅系数达到0.16 时，时均效率达到81.00%，时均压比达到1.1295，较振幅系数为0.04 时的时均值分别提高了34.90% 和1.21%；最大振幅系数为0.05 时，通过改变变振幅系数可使时均效率提高最多4.14%。

Select

迷宫密封性能对径向间隙不确定性的全局敏感性分析研究

王天昊, 李志刚, 李军

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2728-2735.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文基于Sobol 敏感性分析方法和Bulk-Flow 模型发展了迷宫密封泄漏和转子动力特性全局敏感性分析方法，并在非临界和临界工况下开展了密封性能参数对径向间隙不确定性的全局敏感性分析。结果表明：密封进口和出口间隙的是密封性能不确定性的主导变量；密封间隙关于泄漏量的敏感性指数与其前后压降的相对大小具有高度相关性，应均匀分配每个密封间隙承担的压降以提高密封泄漏特性鲁棒性；密封进口间隙对有效阻尼不确定性的贡献约为80%，因此在制造运行过程中应优先控制密封进口间隙的偏差以确保旋转机械安全稳定运行。

Select

通过偏振光增强激光散斑血流成像对比度

曹瑞曦, 桑旭, 李东, 陈斌

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2736-2740.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

相干光照射生物组织会由于光程差的不同导致光线强度改变，形成明暗相间的颗粒状随机强度图像，也即激光散斑。利用激光的偏振特性能够消除光线的表面反射、增加穿透深度，达到提高散斑对比度、提升探测深度的目的。本文基于鼠脊视窗模型开展基于偏振效应增强激光散斑成像对比度的实验研究，在激光散斑成系统中加入两个可调节角度的线偏振片，利用时间散斑对比度分析算法处理原始散斑图像。在激光波长632.8 nm 和曝光时间20 ms 的条件下，S 及P 偏振下成像细节相较45^◦ 偏振更为丰富。比较加入偏振片前后各个图像的对比度数值，发现三种偏振方式均能提高散斑图像对比度，其中检偏仪夹角为120^◦时的S 偏振，及夹角为30^◦ 时的P 偏振提升幅度最大。

Select

椎动脉内支架扩张的局部血流动力学研究

陈妍璐, 吴凡, 罗坤, 樊建人, 詹仁雅

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2741-2745.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

选取一例椎动脉起始部狭窄患者的术前CT 图像，通过逆向建模方法得到术前几何并对其进行虚拟手术，获得具有不同支架扩张率(1.0、1.05 和1.1) 的介入治疗术后模型，采用计算流体力学方法获取虚拟支架植入术后椎动脉内血流动力学参数分布并分析支架扩张率对支架植入段的血流动力学影响。研究发现，椎动脉起始部的血流速度随着支架扩张率的增大明显减小，椎动脉出口流量随着支架扩张率的增加而增大。血流动力学参数表明支架植入段内高危区域(低TAWSS、高OSI 和高RRT区域) 集中出现在右侧。随着支架扩张率的增大，高危区域逐渐扩大并分为上下两部分，其中上部圆形区逐渐上移，下部条形区逐渐向右下侧扩散。研究结果可为此类手术的评价和优化提供血流动力学参考。

Select

润湿梯度表面液滴运动特征及流场特性研究

李娴, 李小斌, 张红娜, 李凤臣

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2746-2759.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

液滴的定向驱动在微流控、淡水收集及工业冷凝过程等领域具有重要作用，本文基于VOF 方法建立了润湿梯度表面液滴运动模型，研究了不同梯度条件和重力方向下液滴的运动特征和流场特性。结果表明，润湿梯度越大液滴的运动速度变化越快，当接触角突变足够大时，液滴无法通过接触角突变线。液滴在“T” 型梯度表面上，出现“撞击”、“反弹” 等现象，在“J” 型和直“U” 型梯度表面上，出现“波浪” 型运动轨迹，而在液滴圆“U” 型梯度表面上，出现沿润湿梯度外边界滑动的现象。同时研究了梯度表面双液滴的碰撞过程，对液滴驱离的应用具有参考价值。

Select

不同润湿性表面液滴冻结及融化特性研究

蔡丕敬, 郑海坤, 盛伟, 郝晓茹, 常士楠

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2760-2770.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

由于微纳结构超疏水表面独特的润湿特性，在制冷低温等诸多领域展现出良好的防冰应用前景。本文通过可视化实验，研究了表面润湿性和表面温度对液滴冻结及融化过程的影响规律。结果表明，与光滑铝表面相比，方柱微结构超疏水表面液滴的预冷时间和相变时间明显延长，而随着表面温度的降低两者之间的差距逐渐缩小。当液滴冻结完成后形成了冻结尖端，且两样品表面液滴均存在接触角减小和高度增加的现象。由于“气垫效应” 的削弱甚至破坏，液滴融化后超疏水表面润湿性并未立刻恢复，接触角小于常温测量值；不同表面温度下液滴的二次冻结时间均短于一次冻结时间，但仍优于光滑铝表面；且液滴融化时的过热度较小，表面初始融化温度越低，开始融化时间越长，而液滴融化过程时间基本一致。

Select

纳米二氧化钛负载银离子Ag-TiO₂ 的可见光催化还原CO₂ 性能研究

刘师承, 李娜, 刘攀峰, 吴晨阳, 周屈兰

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2771-2777.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用TiO₂ P25 准纳米立方体，平均尺寸约为25 nm。作为CO₂ 光还原的催化剂，结果表明银纳米颗粒的粒径及其在TiO₂ P25 纳米立方体表面的分布受载银量的显著影响，从而导致CO₂ 光催化还原生成CO/CH₄ 的活性和选择性存在明显差异。同时探究了反应物流速对催化反应的影响，不同催化剂在均在200 mL·min⁻¹ 的反应物流速下表现出最佳的反应活性，切向的物质交换比较剧烈，同时在催化剂表面的边界层比较薄，不会阻碍催化剂与反应物之间的吸附与脱附过程。在反应物流速200 mL·min⁻¹ 情况下1.0% Ag- TiO₂ P25 表现出最高的总活性，CO/CH₄ 生成速率为1670.36/181.08 μL·(h·g)⁻¹，CO 生成活性提高了39.38%，CH₄ 生成活性是原始TiO₂ P25 的3.75 倍。本研究结果为银负载对TiO₂ P25 二氧化钛暴露面CO₂光还原反应活性和选择性的影响提供了重要依据，并展示了一种通过改变TiO₂ P25 的形貌和表面结构来调节CO₂ 光还原性能的策略。

Select

超声速气流中扩张孔横向射流冷却特性研究

叶林, 郭昊, 姜培学, 祝银海

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2778-2785.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

考虑真实情况下孔内流动非均匀性，本文建立大腔供气下超声速离散孔气膜冷却模型，以马赫数为1.4 工况下开展了单排圆柱孔和扩张扇形孔气膜冷却大涡模拟研究，对比分析不同孔型在不同吹风比时气膜有效度及流动掺混结构。结果表明，吹风比较小时，由于射流较弱的动量特性，孔出口附近不易出现显著分离吹飞，在超声速来流压迫作用下，近孔上游区域呈现较好的有效气膜特征，但沿下游发展过程，射流与主流掺混程度加剧；随着吹风比的提升，沿流向发展逐渐呈先升高后降低的变化规律。近壁处下洗涡对是影响超声速主流中离散孔气膜展向延伸效果不足的主要因素，射流受孔前诱导马蹄涡及中心对转涡诱导反向对转涡的共同耦合制约；展向扩张角能够有效增强离散孔气膜的展向铺展范围，但对提升气膜的流向延伸性效果不足。

Select

两相射流直接接触凝结界面传输特性的分子动力学模拟

周滢, 李育隆

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2786-2792.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

气液两相射流直接接触凝结广泛存在于自然界和工程应用中，其界面传输特性的预测一直是研究的重点与难点。本文采用分子动力学(MD) 模拟技术，建立了两侧具有较大温差和压差的气液两相界面，对两相射流直接接触凝结的界面传输特性进行了研究，验证了Schrage 公式的适用性。研究结果表明直接接触凝结发生时界面附近的温度各向异性对凝结速率的影响不大，考虑了蒸发系数与凝结系数差距的Schrage 修正式能更好的预测直接接触凝结速率。

Select

极地环境下船舶表面动态结冰黏附强度的实验研究

王佳琪, 黄昱翔, 高波, 孟令通, 葛坤, 靳海川

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2793-2797.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文基于结冰风洞模拟极地环境，利用切向结冰黏附强度测试系统，通过拉伸实验研究了极地温度环境条件下冻结时间、结冰接触面积等因素对结冰黏附强度特性的影响规律。结果表明，动态结冰的切向结冰黏附强度随冻结时间延长而增强，相较于静态结冰，动态结冰可在更短时间内在界面处产生黏附强度；动态结冰的切向结冰黏附强度随环境温度降低而增强，但在到达临界区间后逐渐减弱；动态结冰的切向结冰黏附强度随结冰接触面积增加呈线性下降趋势。

Select

交错布置蜿蜒流道的PEMFC 冷启动特性

廖梓豪, 魏琳, Ahmed Mohmed Dafalla, 郭剑, 黄旭锐, 蒋方明

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2798-2807.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

质子交换膜燃料电池(PEMFC) 在零下温度下的冷启动是影响其市场化的重要障碍。流场构型在一定程度上决定了反应物/生成物的输运，影响着PEMFC 的冷启动性能。本研究利用PEMFC 冷启动模型，分析了交错布置蜿蜒流道流场(ZFFCA)、蜿蜒流道平行流场(ZPFF) 和直通道平行流场(SPFF) 的冷启动特性。研究发现，ZFFCA 能更好地分布PEMFC 内的反应物/生成物、电流密度、热和冰，交错布置的形式更进一步强化了PEMFC 的传热传质，有利于冷启动成功；但使用ZFFCA 在冷启动过程中PEMFC 温度爬升速率较低，不利于快速冷启动。

Select

PCM 液桥固液相变与热毛细对流耦合机理研究

姜燕妮, 李至柔, 王洋, 周小明

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2808-2817.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了揭示空间微重力下相变材料(PCM) 液桥相变过程中固液相变与热毛细对流耦合机理，本文建立了两维轴对称PCM 液桥数理模型，系统研究了固液界面拓扑结构演化规律、热毛细对流流动特征及相变强化机理。结果表明，小温差作用下，PCM 液桥在自由表面附近率先出现单胞热毛细对流结构，并逐渐增大最终向液桥内部扩展，固液相变界面表现为平滑过渡结构。大温差作用下，PCM 液桥相变过程中出现热流体波不稳定性，其对流涡胞数量先增大后减小；热毛细对流流场振幅和频率随相变过程发生动态变化，相变固液界面出现波型结构。随着PCM 液桥温差增大，相变时间缩短且热毛细强化因子逐渐增强，热毛细对流的转捩、演化或湮灭是存在于固液相变过程的瞬时动力学行为。

Select

基于三场协同原理的动力机车电池冷却冷板结构优化研究

石达, 李冬, 张延蕾, 阎凯, 张凯, 何雅玲

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2818-2825.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文以某型动力机车电池冷却冷板为研究对象，利用数值仿真方法对其换热性能进行了分析研究，发现该冷板的回环式流道长度过长，冷板中部区域流体温差较小，不足以使该区域温度降低，整体换热性能较差。基于三场协同理论，提出了互联折返式和“W” 型间断流道两种新型冷板结构，计算结果表明两种新型结构可有效提升冷板换热性能，受热面平均温度最高下降近6 K，所提出的新型冷板结构可为动力机车电池冷却系统冷板设计提供参考和指导。

Select

高温固体结构内部动态温度场及其厚度的超声同步测量实验研究

崔悦, 魏东, 朱丽艳, 杜雁霞, 桂业伟

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2826-2833.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

同步测量结构内部温度场及其厚度尺寸对准确评估高温设备的安全性和可靠性具有重要意义。为实现对高温结构内部温度场及其厚度的多参数同步在线无损测量，提出了同步测温测厚实验方案，发展了多参数交替迭代识别的数据处理方法，形成了高温结构内部温度和尺寸多参数同步测量的实验方法。针对20# 钢的超声探测实验结果表明：超声法与热电偶等方法的测量结果吻合较好，能够同步在线无损测量高温结构的内部温度场和厚度，具有精度高、可靠性好等优点。多参数同步测量的实验方法可为结构热安全评估提供更加准确的基准输入和评价依据，具有重要的工程应用前景。

Select

双液滴连续倾斜撞击液膜界面演变特性的研究

鲍民乐, 郭亚丽, 龚路远, 沈胜强

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2834-2841.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文采用CLSVOF 方法对双液滴连续倾斜撞击薄液膜的过程进行了三维数值模拟，分析了撞击过程中界面演变的多种特征，包括一次水花和二次水花的形成、碰撞、融合和伸展，弹坑的形成、扩展和局部失稳。结果表明，界面演变过程中，气体空腔，液嵴和气谷等一些特殊形态特征会出现。此外，文中总结了弹坑在研究时间范围内的轮廓演变特征，定量分析了上游、下游和侧向三个方向上弹坑半径最大值随时间的变化，发现了液体动能在周向方向的分布规律。此研究对于喷雾冷却、冶金冶炼和航空航天等工业生产应用与升级有重要意义。

Select

采用数值方法对炉内辐射传热公式计算模型的修正

刘海东, 韩亚芬, 陈学, 周怀春

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2842-2848.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

辐射传热是工业炉内的主要传热方式。尽管目前已具备其数值计算条件，然而，由于采用经验公式计算简单，易于反复校核，经验公式仍是工业炉设计初期计算辐射传热的主要手段。经验公式中的经验系数是影响其结果精度的关键因素，因此，本文采用数值模拟结果对传统炉内辐射传热计算模型(经验公式) 予以修正。在参与性介质吸收系数为0.3 m⁻¹，光学厚度为4.5(边长为15 m) 的立方体辐射传热模型中，本文修模型可使误差由11.26% 将至1.74%，并且将计算模型的适用范围由纯吸收介质拓展到散射介质了中，当光学厚度约为4.5，当散射反照率小于10% 时，其误差小于2%。

Select

基于定制孔隙的多孔介质反应流热质传递研究

李松, 司天誉, 梁可丞, 张涵, 程志龙, 王秋旺

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2849-2854.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

多孔介质由于其表面积大、质量轻、通道复杂等突出优势，在能量转化、热管理与储能等领域发挥着关键作用。本文基于三周期极小曲面(TPMS) 方法定制了均一孔隙和梯度孔隙率W 型多孔结构(孔隙率ε=0.3∼0.5，水力直径d_h=1.33∼3.86 mm)，并建立多孔介质燃烧反应计算模型，研究了W 型多孔结构和SC-BCC 点阵结构内火焰稳定的范围，结果显示W 型结构的火焰吹脱极限更高(当量比φ=0.65，进口速度V_in=0.6∼2.2 m·s⁻¹)。在此基础上研究了孔隙率呈连续梯度变化的W 型孔隙多孔结构对燃烧与传热过程的调控规律，结果显示连续梯度孔隙结构可通过自适应的改变回热率，从而大幅拓宽火焰稳定范围。

Select

新型溶液除湿烟气余热回收系统除湿器研究

廖炜铖, 张晓跃, 李震

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2855-2860.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

天然气锅炉被广泛应用于北方供暖系统中，具有排烟温度和含湿量高的特点，因此有巨大的余热回收潜力。本文针对新型溶液除湿烟气余热回收系统的重要部件除湿器展开模拟和实验研究。结果表明：双级喷淋除湿器的传质单元数NTU_m、溶液流量在双塔中的分配比例均为3 : 2 时为模拟工况下的最优值，采用冷却第二级塔中溶液的方案相比于其他两种方案可多回收4.6% 和11.8% 的热量。通过实验验证了冷却塔强化余热回收的作用，开启冷却塔后增加了16.5% 的余热回收量。

Select

固液相变沉降特性对储热性能影响的实验研究

胡定华, 林肯, 李强, 句子涵

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2861-2865.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

固液相变储热过程中，未相变的固态储热材料可能在密度差作用下向已相变的液态储热材料作沉降运动，这一沉降运动可能对储热性能产生显著影响。通过对石蜡的相变储热过程进行实验研究，分析了石蜡固液相变过程中的沉降特性，并对比了不同加热功率及不同沉降深度下石蜡中的固液相变沉降现象。研究结果表明，固液相变沉降过程可促进储热过程；在不同储热功率下，固态相变储热材料的沉降起点总具有相近的储热量；固态相变储热材料在沉降过程中保持了恒定沉降速度；其沉降过程通常终止于固态相变储热材料沉降至储热装置底部，或储热材料沉降过程与熔化过程达到平衡。

Select

TDTR 法测量高压高温下ZnO 各向异性热导率

樊轩辉, 张中印, 周敬, 苑昆鹏, 祝捷, 唐大伟

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2866-2871.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用飞秒激光时域热反射法结合金刚石对顶砧装置与高温热台装置，实现了在0∼8 GPa 以及300∼873 K 下不同晶向ZnO 的热性能表征。发现高压和高温下铅锌矿ZnO 的热导率均存在各向异性，且热导率的压力依赖性呈非单调变化，热导率的温度依赖性呈单调变化。该研究有助于对高压和高温下宽带隙半导体的内部热输运机理的深入理解，并为寻找高热电优值材料提供思路。

Select

聚乙二醇/膨胀石墨/氮化硼复合相变材料的热物性研究

肖鑫, 何俊颖, 贾洪伟, 王云峰

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2872-2877.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文以纯聚乙二醇(PEG1500) 为母体相变材料，通过添加膨胀石墨(EG) 以及氮化硼(BN) 提高其热物性和定型效果。利用傅里叶红外光谱仪，差式扫描量热仪和热重分析仪研究添加了5%，10%，15%，20% EG 及4%BN 后材料物性的变化；通过自搭建稳态法热导率实验台，测量了各材料的热导率。结果发现，加入5% EG 后，PEG1500 的过冷度从3.13^◦C 降低为0.62^◦C；且通过加入BN，复合物的热导率较PEG1500 的热导率(0.60 W·m⁻¹·K⁻¹) 提高了433%。系统台实验发现PEG/5%EG/4%BN 温升以及熔化速度远快于PEG1500，验证了BN 强化PEG1500 的效果。

Select

RP-3 航空煤油宽工况自点火实验及反应动力学模型验证

洪聪结, 孙五川, 黄文林, 伍宏环, 黄佐华, 张英佳

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2878-2883.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文提出了一种新的激波管注射实验策略，并对其进行了系统性的验证。结果表明，注射实验策略能复现激波管传统预混实验方法的实验结果，有效拓宽了低饱和蒸气压燃料自点火实验范围。基于激波管注射实验策略，测量了RP-3 航空煤油/空气混合物在温度为650∼1300 K、当量比0.5∼1.5、压力为0.75∼3.0 MPa 条件下的点火延迟时间，为发动机燃烧室的设计和RP-3 航空煤油替代燃料动力学模型的验证提供了更宽泛的基础数据集。最后，利用实测数据评估了现有RP-3 航空煤油替代燃料模型的可靠性，对比结果发现，现有模型尚无法在全压力范围下捕捉RP-3 航空煤油的自点火特性，尤其是在负温度系数区域的预测出现显著偏差。

Select

掺氢对甲烷–乙烯混合燃料燃烧碳烟生成影响

汪洋, 柳东明, 顾明言

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2884-2893.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对掺氢具有提高碳氢燃料燃烧性能和减少污染物生成特性，应用反应分子动力学模拟研究了甲烷和乙烯作为初始燃料，氧气作为氧化剂燃烧碳烟生成过程，并深入研究了掺氢化学效应对甲烷–乙烯混合燃料燃烧碳烟生成影响。结果表明：掺氢化学效应提高混合燃料中甲烷和氧气消耗率，并抑制乙烯消耗率，但对反应物组分的变化趋势影响不大。随着氢气掺混比增加，氢气先快速增加后缓慢增加；掺氢化学效应线性降低混合燃料燃烧时最大碳烟颗粒的碳原子含量，并随混合燃料中甲烷比例增加而逐渐减弱；定量分析表明甲烷–乙烯混合燃料掺氢燃烧碳烟生成几乎没有化学耦合效应；此外，掺氢化学效应抑制了混合燃料中炔丙基和乙炔的生成，但对乙炔浓度影响较弱。

Select

速度脉动下平面液膜破碎过程不稳定性的试验研究

芦翔, 靳朝阳, 葛冰, 臧述升

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2894-2900.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为考察速度脉动对平面液膜破碎过程不稳定性的影响，基于平面液膜雾化器，通过平面激光诱导荧光(PLIF) 方法拍摄了液体扰动频率0∼100 Hz 下平面液膜的破碎过程。通过本征正交分解(POD) 和图像识别程序提取了液膜的波动情况和厚度、破碎距离等参数。研究结果表明：无扰动时，液膜自身存在周期性脉动；速度脉动会强化液膜的周期性脉动及摆动，使液膜呈现出与扰动频率相同的周期性脉动；随着速度脉动频率的增大，液膜平均厚度和破碎距离先减小后增大，厚度和破碎距离的脉动幅度先增大后减小。

Select

金属纤维表面的掺氢甲烷预混火焰污染物特性

王天天, 张海, 张扬, 吴玉新

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2901-2908.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

“双碳目标” 下，掺氢作为天然气燃烧过程的有效碳减排方式受到广泛关注。本文在2 kW 全预混金属纤维表面燃烧器上研究了燃烧热功率、过量空气系数和掺氢比对NO_x 和CO 排放的影响。结果表明：燃烧热功率不同，NO_x 和CO 的变化规律不同；NO_x 随掺氢比增加而指数型增加，随过量空气系数增加而指数型下降，CO 随掺氢比和过量空气系数变化呈相反的指数型变化趋势；拟合得到特定燃烧热功率下NO_x 和CO 排放的数学关联式，模型与实验偏差在±20% 以内，可用于快速估算其他工况下的污染物排放，以便确定满足污染物排放要求的运行参数范围。

Select

射流搅拌反应器中NH₃ 热解特性研究

金绍才, 涂垚杰, 刘豪

工程热物理学报. 2023, 44(10): 2909-2915.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

利用射流搅拌反应器实验研究了宽范围条件下NH₃ 热解的反应动力学特性，并利用实验数据对不同NH₃ 化学反应机理模型的预测效果进行了验证。结果表明，NH₃ 热解析氢的最低温度发生在850 K 左右，随着热解温度的升高，H₂ 浓度呈现出先增后降再增的趋势。反应系统中H₂O 的存在对NH₃ 热解析氢具有抑制作用，而停留时间则起到促进作用。目前，仍需进一步优化NH₃ 热解反应机理模型，提高其预测精度。本文的实验数据将对后续机理优化工作提供重要的基础验证数据。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容