工程热物理学报

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张沛晔, 刘明, 穆瑞琪, 严俊杰

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2917-2923.

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太阳能热化学反应器实际运行性能会受DNI 波动影响。本文研究了在DNI 扰动下，不同流量控制策略对甲醇转化率、运行温度、太阳能–化学能转化效率等的影响规律，获得了满足催化床温度限制条件、甲醇转化率最高的优化流量调控策略。例如，当DNI 从800 阶跃降低至400 W·m⁻²时，流量随之阶跃变化会使催化床温度升高至598 K，超出运行安全温度限制；而流量在60 s 内斜坡降低至目标值时，满足催化床温度限制的同时甲醇转化率最高，为最优运行控制策略。

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仿生异质结全太阳光谱催化CO₂ 还原特性研究

王子琪, 杨仲卿, 方瑞明, 何江, 闫云飞, 冉景煜

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2924-2933.

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为了突破光热催化CO₂ 还原中太阳能吸收、光热转化以及载流子传输受限的瓶颈，本文受蝴蝶翅膀的启发，将原子薄纳米片Bi₂MoO₆ 垂直生长在柚子皮衍生碳(CPP) 表面形成具有波导效应的脊阵列，利用多重散射强化太阳光吸收，实现光催化与光捕获中心的有机集成；受植物对光选择性吸收的启发，利用分形结构诱导太阳光的多级吸收，实现全太阳光谱的梯级利用。通过UV-Vis DRS、XPS、瞬态光电流以及DFT 研究表明，CPP@Bi₂MoO₆ 的脊阵列和分形结构导致禁带宽度降低至2.43 eV 并且催化表面温度迅速升高至117.2^◦C，M-O-C 电子桥实现电子跨界面传输并形成“电子–热能–CO₂” 富集中心，光热效应导致富集在CPP 表面的电子向CO₂ 吸附位点迁移，使得CO₂ 被大量电子活化并沿CO₂ →CO₂^∗→CO₂⁻→COOH^∗ →CO^∗ →CO的反应机理转化。

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中型直膨式太阳能PVT 热泵系统性能实验研究

姜山, 姚剑, 刘文杰, 贾腾, 郑思航, 赵耀, 代彦军

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2934-2940.

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对一种中型直膨式太阳能PVT(光伏/光热) 热泵热电联产系统进行了实验研究。通过对PV(光伏) 组件与直膨式集热/蒸发器的合理耦合构建PVT 热泵系统，直膨式背板可吸收太阳能电池废热，降低太阳能电池温度，有效提高光伏组件发电效率，同时提高了热泵循环蒸发温度和蒸发压力，改善了热泵系统的运行性能。背板采用新型直膨式集热/蒸发器流道结构，结合PVT 组件阵列管路设计，有效提升了冷媒分布均一性和PVT 组件工作温度的均匀性。实验结果表明系统在热水模式下的平均 COP(Coefficient of Performance) 可达6.45，供暖模式的平均COP 达4.24。系统所发电量可用于自身压缩机、水泵运行或并入电网，且提供55^◦C 以上的热水，从而实现太阳能PVT 热泵系统高效热电联产。

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CO₂ 混合工质冷电联合循环非设计最佳运行组分研究

孙孝存, 石凌峰, 田华, 舒歌群

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2941-2947.

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本文针对耦合在冷藏车上的CO₂ 混合工质冷电联合循环系统，对其道路运行时的非设计性能进行分析。首先，根据道路运行参数，对内燃机的工况变化区间进行了归类划分；随后，依次建立了稳态设计模型和非设计计算模型。计算结果显示，对于整个道路工况下不同的发动机运行工况，最佳的混合工质CO₂ 充注比例不同；另一方面，对于整个道路运行工况下的综合性能表现，考虑非设计运行与只考虑稳态设计的系统最优混合工质CO₂ 充注比例相近。

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余热驱动热耦合多级自由活塞斯特林热电联供系统研究

陈远航, 余国瑶, 江志杰, 孙浩杰, 马英, 成阳斌, 朱顺敏, 罗二仓

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2948-2955.

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我国工业余热资源丰富，尤其是中低温余热具有巨大的回收利用潜力。本文提出采用热耦合多级自由活塞斯特林发电机来构建余热回收利用系统，可有效拓宽余热利用温度范围，减小余热热源传热损失。首先基于热声理论，从声阻抗角度计算考察了单级自由活塞斯特林热电联供系统在变温和变充气压力等工况下的性能；然后对一台三级自由活塞斯特林热电联供系统进行解耦计算，分别考察了供水温度、单级加热量、工作压力等因素对系统性能的影响；最后开展了实验研究，在420/350/300^◦C热端温度及22/22/18 kW 加热量下获得自由活塞斯特林热电联产系统净输出电功10.09 kW, 供热量45.29 kW, 对应总热电效率为16.27%，综合热利用率为89.32%，各级相对卡诺效率分别为30.90%、32.10%、36.08%，展现出重要的应用前景。

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预热型S-CO₂ 循环生态学函数分析与优化

金晴龙, 夏少军, 陈林根, 黄佳洛, 谢志辉

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2956-2966.

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预热型超临界二氧化碳(Supercritical CO₂, 简称S-CO₂) 布雷顿循环可进一步利用高温热源余热，在燃气轮机余热回收应用领域中具有较高的发展潜力。本文以存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的预热型S-CO₂ 布雷顿循环为研究对象，考虑生态学函数为目标，首先分析了工质质量流率、压比、透平效率和压缩机效率的影响，然后在总热导率一定的条件下，以生态学函数最大目标分别对压比、质量流率、预热器、加热器、冷却器和回热器热导率分配比进行优化。结果表明：在质量流率较小时，可通过增大压比、分流系数、加热器热导率分配比的方式来提高生态学函数；在质量流率较大时，则需要适当减小压比、分流系数，增大预热器热导率分配比来提高生态学函数；经优化，循环生态学函数最大可提高150.98%。

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用于120∼150^◦C 蒸汽生产的超高温空气源自由活塞斯特林热泵性能研究

常德鹏, 王日颖, 孙岩雷, 胡剑英, 罗靖, 罗二仓, 张丽敏, 陈燕燕

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2967-2973.

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现有高温工业蒸汽主要产自于化石燃料燃烧，为减少碳排放和提高能源利用率，需提高可再生能源电力占比，同时开发一种高效、环保的电驱动超高温热泵系统代替传统化石能源蒸汽锅炉。本文针对一种用于产生高温蒸汽的电驱动空气源自由活塞斯特林热泵，基于SAGE 软件对其在不同压力、频率和大温差情况下的性能进行了计算研究。研究表明，该系统在大温差供热领域性能优良；在环境温度20^◦C、供热温度120^◦C、工作频率45 Hz 和平均压力8 MPa 的工况条件以及1500 W 的热端供热量目标下，系统整机供热系数达2.5，相对卡诺效率63.6%。

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煤炭超临界水气化复叠发电系统热力性能分析

穆瑞琪, 刘明, 张沛晔, 严俊杰

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2974-2980.

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为实现煤炭高效清洁低碳发电，本文基于超临界水气化构建了采用H₂O/CO₂ 混合工质循环、朗肯循环复叠的发电系统，建立系统热力性能分析模型，其净发电效率和㶲效率分别为51.1% 和49.9%，可实现CO₂ 完全捕集和水的回收利用。分析了气化给水温度、水煤浆浓度对气化氧化单元以及系统不可逆性的影响规律，发现气化单元㶲效率随给水温度的升高而升高，气化氧化单元的㶲效率可提升至81%。当水煤浆浓度为19% 时，系统净发电效率和㶲效率分别可达52.0% 和50.7%。

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光煤互补发电系统变工况能势匹配分析

严卉, 刘明, 种道彤, 张可臻, 尹俊杰, 严俊杰

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2981-2990.

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光煤互补发电是应对能源结构多元化转型的有效方案，不同工况下系统多过程能势匹配是提高光煤互补发电系统效率的关键。本文建立了其能势匹配分析模型，研究光煤互补发电系统变工况过程能质传递和能势匹配规律，发现了不同工况下光煤流量分配比增加使太阳能集成子系统㶲损失增加，光电转换㶲效率有突降和最大值。100%THA 额定光照下光电转换㶲效率最高为33.11%。因此调节光煤流量分配比是提高系统能势匹配程度的关键，并获得了不同工况下的优化调控策略。

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高低位分轴布置燃煤发电机组不同抽汽节流方案的运行灵活性研究

樊梦阳, 赵永亮, 张成宇, 王朝阳, 刘明, 严俊杰

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2991-2998.

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可再生能源装机容量的大幅增长对电网的供需平衡带来极大的挑战，燃煤发电由主体能源向基础能源转变，在消纳可再生能源发电和维持电网供需平衡中发挥着不可替代的作用。本文采用GSE 软件搭建了650^◦C 一次再热燃煤发电机组(汽轮机采用高低位分轴布置) 的动态模型，研究了四种抽汽节流方案对燃煤发电机组主要热力参数和输出功率的动态特性。结果表明：采用高加抽汽节流，主蒸汽、再热蒸汽主要热力参数变化量显著大于低加抽汽节流；四种方案中，输出功率最大变化量可达211.55 MW；采用高加抽汽节流方案，低位汽轮机组输出功率增大量可达130.15 MW，高位汽轮机组减少量可到156.23 MW；采用低加抽汽节流方案，低位汽轮机组输出功率增大量可达26.21 MW。

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集成电制热熔盐储热的燃煤发电系统热力性能研究

苗林, 刘明, 张可臻, 赵永亮, 严俊杰

工程热物理学报. 2023, 44(11): 2999-3007.

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随着我国能源发展方向的转变，可再生能源的开发利用变得越来越重要，以新能源为主体的新型电力系统对燃煤电厂的灵活性提出了更高的要求。本文构建了三种集成电制热熔盐储热的燃煤发电系统，结合600 MW 亚临界机组案例开展了不同熔盐储热系统的热力性能分析。研究结果表明，储热过程中电加热器的㶲损失达44.30%，在耦合系统储放热循环中㶲损失占比最大；在不同的分流比下，储热系统的最大释热功率为329.18 MW，此时熔盐储罐释热时长为1.9 h；利用熔盐–水换热器承担部分锅炉热负荷或加热给水可提高系统热力性能，系统的等效往返效率(电–热–电) 最高为49.36%。

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基于循环拆分法的S-CO₂ 燃煤发电优化研究

田贺, 郭源东, 孙恩慧, 王兆福, 徐进良, 刘国华

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3008-3015.

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对于S-CO₂ 燃煤发电系统，系统复杂难以横向比较，拆分法通过对循环流量分配，能够梳理循环回热过程并进行循环间的比较，应用循环拆分法有助于对复杂燃煤发电系统的性能进行分析。本文以再压缩循环(RC) 为例，构建了集成冷却器热量回收(CHR) 和烟气冷却器法(FGC) 的S-CO₂ 燃煤发电系统(RC+LFGC+CHR)，论证了拆分法在分析燃煤发电系统中的优势。当主气参数为620 ^◦C/28 MPa 时，应用拆分法分析，RC+FGC+CHR 可等效为在热效率49.21% 的RC 基础上，叠加热效率为57.49% 的子循环(SSC+LFGC+CHR)，故RC+FGC+CHR 效率(49.80%) 高于RC(49.21%)。

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结合碳捕集的SOFC-sCO₂ 布雷顿循环集成系统性能分析

刘泽坤, 谢媚娜, 何娴雅, 张文娴, 谢珊, 赵英汝

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3016-3021.

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固体氧化物燃料电池是将化学能转化成电能的全固态能量转换装置，被认为是极具前景的绿色发电系统。本研究提出了结合碳捕集的固体氧化物燃料电池-超临界二氧化碳布雷顿循环集成系统，通过阳极尾气富氧燃烧实现低能耗碳捕集，并利用sCO₂ 再压缩布雷顿循环回收燃烧室余热提高系统效率。模拟结果显示，该集成系统在设计工况下的净发电效率为59.74%，二氧化碳捕集量为134.50 kg/h。此外，关键工作参数对系统性能的影响分析结果表明，合理的阳极尾气再循环比、燃料利用率和燃料流量是确保系统安全高效运行的必要前提。

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运行参数对TVSA 碳捕集机组性能影响的实验研究

白亚迪, 王胜岩, 邓帅, 李双俊

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3022-3031.

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以样机规模的变温真空吸附碳捕集(TVSA) 机组为实验研究对象，结合响应面法(RSM) 评估了运行参数对机组性能的影响。采用Box-Behnken 设计(BBD) 设置实验方案，而后根据实验数据构建回归模型进行分析。结果表明，除解吸温度和真空压力的交互作用对纯度的影响是显著的(P<0.05) 外，其它参数间交互作用对各响应量的影响均不显著，可以忽略。对纯度影响最大的是解吸温度，对回收率影响最大的是解吸温度和真空压力，对比能耗影响最大的是真空压力。

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混合工质制冷的液化空气储能系统分析与优化

孙彧炜, 王昊成, 郭浩, 董学强, 公茂琼

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3032-3038.

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本文提出了一种采用混合工质制冷的液化空气储能循环，构建了完整的液化空气储能热力系统循环流程以及热力计算分析模型。原料气由单级压缩机驱动的混合制冷机液化，采用丙烷进行预冷，利用遗传算法进行组分优化，开展了设计工况下系统热力学研究。典型工况下，系统的电–电转化效率η_C 为43.89%，液化比功耗SPC 为0.2306 kWh·L⁻¹，系统品质因数FOM 为74.64%。研究发现随原料进气压力的增大，η_C 和FOM 均增大，SPC 逐渐减小。与基于Claude 液化流程的储能系统进行对比，结果表明本文提出的系统循环性能较优，可为实际工程应用提供参考和依据。

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跨季节土壤蓄冷过冷商超CO₂ 制冷系统性能分析

代宝民, 孟晨阳, 周璇, 曹钰, 赵瑞瑞, 杨佩芳, 王琦, 刘圣春

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3039-3045.

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本文针对商超冷冻冷藏系统节能降碳的需求，提出了跨季节土壤蓄冷过冷商超CO₂ 制冷系统，通过将冬季的冷能存储于土壤，夏季提取出来用于对气体冷却器出口的流体进行过冷，以改善高环境温度下CO₂ 制冷系统的性能。基于土壤蓄/释冷系统的热阻–热容模型，建立跨季节土壤蓄冷过冷商超CO₂ 制冷系统的动态仿真模型，选取北京与哈尔滨作为典型城市，对土壤蓄/释冷系统的温度场进行分析，并进一步对系统热力学性能和能效进行分析。结果表明城市气候对系统蓄/释冷模式影响显著，在环境温度较高的地区采用跨季节土壤蓄冷过冷技术时系统具有更高的过冷度和排气压力，并且系统能效提升更加显著，北京和哈尔滨在典型周内平均COP 提升率分别为8.97% 和8.33%。

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活性炭基Na₃PO₄ 低温化学蓄热复合材料的制备及性能研究

林树森, 邓立生, 吴佳涛, 李军, 黄宏宇

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3046-3051.

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Na₃PO₄ 作为化学蓄热材料具有蓄热温度低、蓄热密度高以及价格便宜等优点，在太阳能低温蓄热方面具有良好的应用前景，但是纯材料易潮解的问题限制了它的应用。本文以活性炭作为多孔基体制备了负载量(质量分数w) 分别为0.3、0.5、0.8 的活性炭基Na₃PO₄ (R-AC@Na₃PO₄) 复合材料，并对其进行形貌结构表征和蓄热性能研究。研究结果表明，在环境温度为30^◦C 以及相对湿度为60% 的条件下，活性炭的加入能够大幅提高复合材料的水合速率，在Na₃PO₄ 负载量为0.3、0.5、0.8 时，复合材料达到水合平衡时间仅为纯材料的30%、35%、40%；复合材料的蓄热密度随着负载量的增加而上升，在0.8 的负载量时，可达到675 J·g⁻¹ 最大蓄热密度，为纯材料的70%。研究为低温化学蓄热材料的研发提供了一定的参考。

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Mg/Al/Ti 改性钙基热化学储能材料及原子作用机制

田希坤, 郭思佳, 闫君, 林尚超, 赵长颖

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3052-3059.

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基于CaO/CaCO₃ 循环的钙基热化学储能体系在循环过程中由于CaO 晶粒的烧结导致储能性能下降严重。本文基于改进的溶胶凝胶法制备了复合改性钙基材料，以MgCl₂ 为主要掺杂剂，并结合钛酸四丁酯或Al(NO₃)₃ 共同作用提高材料在100 次循环中的稳定性。复合改性材料在100 次循环中的平均转化率为0.634，对应平均储能密度高达1132 kJ·kg⁻¹。此外，DFT 计算表明，掺杂相与CaO 的键合力强于CaO 本身的键合力，抑制CaO 原子扩散进而发挥抗烧结作用，且复合材料对CO₂ 的吸收能力也有所提高。

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燃料电池中气体循环可调型引射器建模与实验研究

姜晓宇, 黄玉磊, 姜培学, 祝银海

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3060-3068.

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将可调式引射器应用于燃料电池阳极气体循环系统可以适应变工况场景。本文基于准二维模型建立了含调节锥的引射器理论模型，可以预测引射器的主流和二次流流量。通过实验对模型进行验证，结果显示对主流和二次流流量的预测误差分别在在5% 和20% 以内。探究了可调式引射器流量调控的影响机制，研究表明：调节锥通过调节主流和二次流流量来调控引射器性能；抛物线型调节锥在主流流量线性调控方面的性能较好。

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蒸汽驱动的CaCl₂ 吸收式热泵储热系统热力学性能研究

陈金森, 刘继平, 赵永亮, 张蓝洁, 张顺奇, 严俊杰

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3069-3075.

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储热技术是实现燃煤热电联产机组深度调峰的有效措施之一。本文提出了一种采用CaCl₂-H₂O 工质对的吸收式热泵储热系统，CaCl₂-H₂O 溶液作为储热介质，利用浓度差、大比重及吸收式热泵原理，可显著提高储热密度。使用Aspen Plus 对系统进行仿真，在设计工况下，系统的储热比为0.446，储热密度在30.34 kW·h/m³ 左右，在变工况时，驱动温度升高(208∼298^◦C)，储热比降低(0.461∼0.429)，储热密度在30 kW·h/m³ 左右；蒸发器出口温度升高(32∼50^◦C)，储热比降低(0.485∼0.397)，储热密度降低(32.98∼26.96 kW·h/m³)；冷凝温度升高(86∼98^◦C)，储热比升高(0.414∼0.513)，储热密度升高(28.22∼34.71 kW·h/m³)；预热温度升高(81∼93^◦C)，储热比升高(0.414∼0.514)，储热密度升高(28.20∼34.76 kW·h/m³)。

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甲醇自热式耦合反应器集成方案的实验研究

哈婵, 王思博, 秦江, 王聪, 刘泽宽

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3076-3083.

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为了解决重整器吸热的问题，将催化燃烧反应耦合在反应器内，重整反应的热量由燃烧反应供给，这种耦合反应器可以提高系统热效率。但是由于两种反应的化学反应速率不同，吸放热反应的匹配程度影响着制氢效率。加强过程耦合，研究催化燃烧腔与重整腔之间热量匹配才能制造出结构紧凑、能效高的集成反应器。针对这个问题，本文展开了相关实验研究，探究了两个反应腔在不同的流动方向以及催化燃烧腔不同的壁面涂覆方式下最佳的耦合方案，结果表明：无论选用哪种集成方式，应保证重整器前段的温度高，壁面温度均匀；其中，垂直布置方式具有较大的优势，产氢含量可以达到74% 以上；当催化燃烧腔使用泡沫金属作为催化剂载体时产氢含量可以达到60% 以上。

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新型全时段耦合余热的卡诺电池系统构建及热–经济性评估

卢沛, 王晋, 陈锴煌, 罗向龙, 陈健勇, 梁颖宗, 陈颖

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3084-3090.

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卡诺电池(CB) 是可同时实现储电和余热回收利用的新兴储电技术。当前耦合余热卡诺电池(TI-CB) 仅在充电环节利用余热，余热利用不充分。本文提出一种全时段耦合余热的卡诺电池系统(DTI-CB)，通过将余热与有机朗肯循环(ORC) 耦合，实现余热与卡诺电池全时段高效集成，并对其热–经济性能进行评估。相比TI-CB 系统，DTI-CB 最高可提高95.67% 的发电能力和降低30.90% 的平准化度电成本；相比ORC 发电和CB 独立系统，DTI-CB 在高负荷条件下具有更高的热经济性优势。

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基于电动汽车V2B 模式的多联产系统两阶段优化

刘玉婷, 张晓烽, 孔晓英, 战钰, 户宏骏

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3091-3102.

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随着电动汽车接入造成建筑动态负荷变化，致使传统面向建筑的分布式多联产系统无法适用于电动汽车大规模接入情景。本文提出一种基于电动汽车V2B 模式的可再生分布式多联产系统两阶段优化模型。第一阶段调度电动汽车参与V2B 模式进行充放电，第二阶段提出谷时蓄电运行策略，运用多种群遗传算法进行优化。选择模型关键参数为优化变量(原动机容量、地源热泵输出冷/热量占总冷/热负荷的比例、蓄电池容量)，以一次能源节约率、年总成本节约率和二氧化碳减排率为指标评价系统综合性能。经与参比系统对比分析，结果表明该多联产系统的能源、环境、经济性指标分别为：48.68%、43.04% 和44.87%。本文为考虑电动汽车V2B 模式的多联产系统集成与优化研究提供了新思路。

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甲酸盐储氢载体制氢特性研究

孙朝, 余书范, 周正若, 孙志强

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3103-3109.

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基于甲酸盐–碳酸氢盐的可逆循环技术可实现一体化制氢-储氢，具有储运便捷、安全性高等显著优势。然而，该技术的推广应用受限于碳酸氢盐储氢量及甲酸盐放氢性能。本文对甲酸盐制氢催化剂开展深入探究，将Pd-M(M=Co, Cu, Ni) 合金催化剂应用于反应体系中，并结合X 射线衍射、透射电子显微镜等表征与性能测试，揭示催化剂结构与制氢性能之间的构效关系。本论文的研究成果可对甲酸盐制氢体系的推广和应用提供理论指导。

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HCCI 工况下氨氢混合物燃烧的直接数值模拟

田廷泉, 王海鸥, 宋成斌, 罗坤, 樊建人

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3110-3116.

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本文利用直接数值模拟方法对均质压燃(HCCI, Homogeneous Charge Compression Ignition) 工况下氨氢混合物的着火和燃烧特性进行了研究。结果表明，着火首先从局部孤立区域处发生，随后发展到整个计算区域；最高燃烧温度和热释率随着掺氢比的增加而增加；通过与零维计算结果对比，发现湍流和热分层使得氨氢混合物着火提前。利用直接数值模拟数据计算了反应锋面的位移速度，并据此分析了自着火和火焰传播这两种燃烧模式。发现在低掺氢比的情况下，燃烧模式以自着火为主；而在高掺氢比的情况下，燃烧模式以火焰传播为主。

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基于超高温气冷堆的氢电联产系统设计分析

倪航, 曲新鹤, 赵钢, 张平, 彭威

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3117-3124.

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超高温气冷堆耦合碘硫循环制氢是一种极具发展前景的核能制氢技术。本文提出了一种基于超高温气冷堆的新型氢电联产系统，采用碘硫循环和氦气透平循环来制氢和发电，建立了能量分析的热力学模型，分析了氦气透平循环总压比和反应堆出口温度对系统性能的影响。然后本文以系统氢电效率最大为目标，在总压比、反应堆入口温度、系统净输出功等参数的约束条件下，对系统进行关键参数优化，并分析了反应堆出口温度对优化结果的影响。结果表明：950^◦C、1000^◦C、1050^◦C 三种反应堆出口温度下，建议的氦气分流比控制范围分别为0.031∼0.750、0.112∼0.750、0.181∼0.750，对应的产氢率变化范围分别为17.4∼295.6 mol·s⁻¹、61.4∼298.0 mol·s⁻¹ 和96.5∼299.8 mol·s⁻¹。

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介质阻挡放电等离子体辅助氨制氢研究

高一博, 周萌, 胡二江, 殷阁媛, 黄佐华

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3125-3131.

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在介质阻挡非平衡等离子体放电过程中，通过在电极两端施加电压，流经放电区域的气体被击穿，产生高能电子和激发态组分。这些活性粒子与气体分子发生非弹性碰撞引起分子的电离或离解，促进燃料的转化。本文主要从稀释气体、脉冲电压和燃料浓度三个方面进行研究，探讨不同稀释气体对放电过程中电流和反应区温度的影响、脉冲电压和燃料浓度变化时氨气的转化率及氢气生成的变化规律。

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Nb-Mo 共晶氧化物催化木质素液相解聚的研究

魏琪, 骆仲泱, 李思敏, 孙浩然, 钱潜, 王诗依

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3132-3139.

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木质素具有芳环结构，在合成高值化合物方面潜力巨大。为了将木质素转化为高值酚类物质，本文制备了Nb-Mo 共晶介孔氧化物催化剂，并开展酶解和热解木质素液相解聚对比研究，即先利用酶解木质素探究催化剂不同铌钼比的影响，同时通过改变反应温度和时间确定最优工况，再开展该工况下热解木质素实验。结果表明，最优条件下热解木质素芳香产物收率略低于酶解木质素，两者分别为38.65% 和44.44%，烷基酚选择性可达88%，对木质素利用具有现实意义。

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氩气环境下煤炭的激光诱导等离子体特性研究

姚顺春, 喻子彧, 徐水秀, 覃淮青, 蒋源, 陈伟泽, 卢志民

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3140-3150.

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激光诱导击穿光谱分析煤质时，挥发性物质在热效应作用下会从煤中释放出来并在空气中点燃，导致分析的不确定性。提出了一种在样品表面施加局部氩气的方法，以抑制挥发物的燃烧，减少基体效应，从而提高定量分析的准确性。结果表明，施加局部氩气气氛后，燃烧火焰强度和持续时间以及光谱中Na、K 元素谱线的信号强度和持续时间均有所下降，C、H 谱线的信号强度和稳定性明显增强，说明局部氩气气氛有效抑制了挥发物燃烧，改善光谱信号质量。比较了空气和氩气气氛下偏最小二乘法的定量分析煤炭挥发分含量的效果，结果显示，局部氩气气氛有效提升定量分析性能，预测均方根误差从1.652% 下降到1.488%，平均相对误差从6.148% 下降到5.041%，平均绝对误差也从1.263% 微降到1.240%。

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船用氨燃料低速机缸内燃烧的数值模拟研究

崔磊, 王怀印

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3151-3159.

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针对一台520 mm 缸径船用低速机进行三维全尺寸模拟，对比分析了氨/柴油两种运行模式不同喷油器方案对发动机燃烧排放的影响。结果表明：在爆发压力限值内，采用合适的氨燃料喷射策略可以实现同工况下与柴油机相当的功率水平；采用“2+2” 喷油器方案对柴油模式的燃烧过程影响显著，功率相比原机有下降(<10%)；当前“2+2” 喷油器方案下，各负荷氨气模式可以达到原机柴油模式功率水平，但NO_x 排放与气耗均略高于“3+3” 模式。

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戊醇/生物柴油喷雾微观与宏观特性可视化研究

王文俊, 钟汶君, 蒋兆晨, 颜飞斌, 郭恒, 何志霞, 王谦

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3160-3171.

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戊醇掺混生物柴油是非常具有潜力的可再生高活性替代燃料，但其掺混后喷雾雾化特性是制约其能否清洁燃烧关键因素。本研究在可视化定容燃烧弹中借助分光镜，将装配了长焦镜头和长工作距显微镜头的两台高速数码相机垂直布置，搭建了长焦高速阴影成像和长工作距离显微高速阴影成像同步测量平台，同步实时捕捉多个喷射循环内宏观和微观喷雾图像，开展了戊醇/生物柴油喷雾宏观和微观特性的可视化试验。针对微观喷雾液滴直径和瞬时速度特征，开发了基于液滴分离和液滴追踪的颗粒追踪测速方法；针对宏观喷雾特性，基于最大类间方差法，获得喷雾贯穿距和喷雾锥角。本文定量表征了远场离散液滴回卷过程中直径(分布) 和瞬时速度(分布)，回卷平均速度约为轴向平均速度的1/20。

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掺氢甲烷射流扩散火焰燃烧特性分析

李洪旭, 肖华华

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3172-3182.

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采用数值计算与实验相结合的方法研究了掺氢甲烷射流扩散火焰的燃烧特性。结果表明，热量的传递主要是通过热气流对流进行，上游高温气流快速沿轴向流动，径向热量传递较弱；而下游轴向速度降低，热量径向传递增强。喷嘴附近伴流气边界较为稳定，而下游在涡旋作用下出现显著的扰动。射流速度对火焰特性有较大影响，增大射流速度后，火焰高度、辐射强度以及CO、NO、CO₂、H₂O 浓度皆显著增加，且辐射强度峰值向下游移动。掺氢量对火焰特性也有重要影响，随着H₂ 含量增加，燃料向下游传播距离缩短，CO、NO、CO₂ 浓度降低，H₂O 浓度增加。

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层流火焰下氨/甲醇裂解气燃烧与NO_x 生成分析

刘丽子, 孟相宇, 秦美超, 张明坤, 赵晨涵, 隆武强, 毕明树

工程热物理学报. 2023, 44(11): 3183-3191.

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为提高氨燃料火焰传播速度，本文研究了氨中掺混甲醇裂解气混合燃料的燃烧与排放特性。结果表明：加入甲醇裂解气后层流燃烧速度明显提高，裂解气添加的化学效应对火焰传播的贡献最大，热效应较弱。NO 生成量随着裂解率的提高上升，随着甲醇比例的增加先上升后下降。同位素标记法表明热力型NO 占比较少，甲醇比例与裂解率越高，热力型NO 越多。综合分析表明贫燃工况下氨与高比例甲醇部分裂解混合燃料提高燃烧速度的同时也可以降低NO 的排放。

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