工程热物理学报

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肖兰, 张雨晴, 吴双应

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3193-3198.

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提出一种半覆盖外置式光伏热催化型Trombe 墙，数值研究光伏电池覆盖率和太阳辐射强度对其性能的影响，并与半覆盖中置式光伏热催化型Trombe 墙性能进行比较。结果表明：随着覆盖率的增加和太阳辐射强度的降低，热效率降低；覆盖率对电效率影响较大；不同太阳辐射强度下，在覆盖率为0.64 时，净化空气量达到最佳。对比半覆盖中置式光伏热催化型Trombe墙，尽管热效率有一定程度的降低，但电效率的相对提高可达20.64%，空气净化效率相对提高可达11.57%。

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两级氨水再吸收储热系统热力学动态特性分析

窦蓬勃, 贾腾, 代彦军

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3199-3204.

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本文构建了一种以氨水为工质的两级再吸收浓度差储热系统，并对该系统进行热力学动态性能分析。由于采用二元溶液吸收过程代替一元工质冷凝过程，循环的驱动热源温度能够有效降低，在热源温度为90^◦C 时两级再吸收循环COP 可达0.489.对于两级再吸收循环，研究热源温度，回水温度对储热效率的影响。储热终了时间随热源温度80^◦C 增加为130^◦C 从4.5 h 缩短为1 h。

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低频热驱动气–液耦合热声制冷系统数值模拟研究

迟佳欣, 胡易伟, 徐静远, 吴张华, 张丽敏, 罗二仓

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3205-3212.

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提出了一种低频热驱动气–液耦合热声制冷系统，通过数值模拟优化了该系统的结构参数并对其热力性能进行了数值模拟分析。首先，分别对系统关键参数的沿程分布和各部件的㶲损失进行了分析；然后，探究了不同压力下液体质量对系统热力学参数的影响；最后，与传统热声制冷系统进行了对比。结果表明，气液耦合热声制冷系统可以有效地提升系统的压比、制冷量、COP 和相对卡诺效率，降低系统的起振温度和频率。在加热温度300^◦C，制冷温度15^◦C，环境温度50^◦C，平均压力10 MPa时，气液耦合热声制冷系统制冷量为31.12 kW，是传统热声系统理论值的4 倍，COP 和相对卡诺效率相对于传统热声制冷系统的理论值分别提升了13% 和25.9%。

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SCO₂ 再压缩循环的非设计性能及控制策略研究

杜亚东, 杨策, 余志毅, 张涵之, 胡晨星

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3213-3219.

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SCO₂ 循环的部件性能随系统负载降低会发生显著变化。因此，本文首先建立了10 MW 输出功率的SCO₂ 再压缩循环。然后分别在库存控制和涡轮旁通控制下研究了系统的非设计性能。结果表明，当系统负载减小到10% 时，库存控制的热效率降至21.04%，再压气机趋向失速；涡轮旁通控制的热效率至13.56%，压气机发生堵塞。基于此，提出了库存–旁通混合控制策略。该混合策略的使用改善了两单一策略下的压气机运行状态，且系统性能介于两单一策略的之间。

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全可调静子风扇调节特性探索分析

安广丰, 周瑞, 吴广晗, 刘宝杰, 于贤君

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3220-3228.

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下一代变循环发动机对风扇的流量和压比调节范围提出了非常高的需求，而全可调静子风扇是可能的解决途径之一。本文利用数值模拟方法针对某三级跨音风扇开展了全可调静子的调节特性分析，同时基于应用代理模型加密的单级性能数据库和级叠加方法，发展了一种风扇工作范围快速分析方法，旨在探索全可调静子对于风扇流量、压比调节范围的影响规律。研究结果表明：一体化特性计算方法精度较高，叠加结果与三级联算结果特性线趋势一致，堵塞流量最大误差为0.5%，最高效率最大误差为1%；满足效率和裕度限制的情况下，快速分析方法计算所得风扇高效性能云图表明全可调静子风扇有很宽的流量和压比调节范围，相对流量为80% 时，相对压比的调节范围为37%，相对压比为80% 时，相对流量的调节范围为20%。

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进口附面层形式对压气机叶栅端区流动特性的影响研究

茅晓晨, 焦英辰, 杨宗豪

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3229-3236.

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为探究进口附面层形式对轴流压气机叶栅端区流动特性的影响，本文以某高亚声速压气机叶栅为研究对象，基于数值方法对比分析常规和倾斜两种进口附面层形式对叶栅角区分离和叶尖泄漏流流动特性以及总体性能的影响。结果表明：进口倾斜附面层使端区来流的攻角和进口速度增加。在无叶尖间隙时，倾斜附面层能够缩小角区分离的轴向和周向范围，提高扩压能力，相比常规附面层工况，总压损失降低6.3%；1% 叶高间隙下，倾斜附面层能够降低叶尖泄漏流相关损失并减少尾迹与主流的掺混损失，总压损失较常规附面层降低15.3%。

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基于SBES 方法的压气机叶片动态载荷研究

王英杰, 贺象

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3237-3246.

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针对RANS 湍流模型对流场中分离涡的模拟精度不足，导致无法准确计算出分离涡引起的叶片动态载荷问题，本文采用混合RANS-LES 湍流模型中的SBES 方法，对带进口导叶的NASA Stage67 压气机进行了流固耦合数值模拟，研究上游叶片尾迹脱落涡、叶尖泄漏涡引起的压气机叶片动态载荷及气弹响应特征，并将SBES 方法和SST 湍流模型的计算结果进行了对比分析。结果表明，SBES 方法相比SST 湍流模型能更准确地模拟出叶片尾迹脱落涡、叶尖泄漏涡的详细结构，计算的叶片表面动态载荷波动特征更加复杂，频谱中频率成分更加丰富。两种湍流模型计算的导叶尾迹扫掠引起的转子叶片高频气弹响应幅值相近，而在计算流场中大尺度分离涡引起的叶片低频气弹响应幅值上存在很大差异。

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微肋通道湍流涡系的多尺度作用机制

唐振元, 史博, 李雪英, 任静

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3247-3253.

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微扰流单元体现出小压损强换热的潜力，其输运机理的研究对高温涡轮内部冷却技术的发展具有重要意义。本文基于大涡模拟结果，研究了微肋对近壁涡系结构及尺度的影响，探索了肋后小涡区域的动量输运特性。分析表明，微肋诱导出小尺度展向涡，并经局部拉伸、抬升、断裂后演化成小尺度近壁流向涡，使得肋后局部涡系尺度减小，小尺度湍流运动强化；条件统计结果定量指出小涡区域的雷诺切应力明显大于大涡，这说明小涡具有更强的输运能力。

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热障涂层对气膜冷却影响的数值研究

吕东, 周源昊, 刘英实, 苏航

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3254-3260.

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涡轮叶片常采用气膜冷却和热障涂层协同配合的方式以进一步提升其耐温性能。由于热障涂层的低导热特性，不仅阻隔了主流燃气的加热，同时还削弱了气膜冷却，引发了二者间的矛盾。本文围绕着该矛盾问题，基于气膜绝对覆盖面积的概念，提出了对热障涂层涂敷区域进行优化设计的思想，通过涂层对气膜覆盖的避让来进一步强化冷却。构建了五种采用不同冷却措施组合的研究模型，并推导了考虑涂层后的对流换热系数简便等效折算方法。通过数值仿真获得了不同吹风比工况下各模型的壁面(T_W2)温度分布和综合冷却效果(η) 变化曲线。评估了采用涂敷区域优化带来的收益：在吹风比为0.8 的工况下，可使综合冷效相对优化前最大提升2.13%。

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非均匀入流对轴流泵装置反向发电叶轮受力的影响机理

阚阚, 黄佳程, 郑源, 徐辉, 陈会向

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3261-3271.

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为探究非均匀入流对轴流泵装置反向发电时叶轮受力特性和内部流态的变化，对某卧式轴流泵装置反向发电时进行了多工况全流道流动特性数值模拟。结果表明：非对称流动诱发叶轮受力不均，径向受力重心逐渐向正X 与正Z 方向偏移，X方向径向受力相对不稳定，且恒为正值；在相对旋转叶轮静止的参考系中，沿水流流向的由叶片进水边至出水边，压力脉动表现出先减小后增大，在进水边出现最大的脉动系数幅值。小流量工况靠近叶片出水边的轮毂处压力脉动幅值较大，为轮缘和叶片中部的3.04 倍和2.18 倍。结合叶轮流场的时空分析发现，叶轮正X 方向持续存在的旋涡导致叶轮正X 方向流态相对较差，加剧了叶片压力面的低频压力脉动，是诱导叶轮X 方向径向受力不稳定且恒为正值的本质原因。

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非等温喷流中波包的运动学分析

刘琪麟, 赖焕新

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3272-3282.

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波包被认为是喷流中一种重要的声辐射源，运动学分析旨在建立波包运动与声辐射的关联模型，但是该模型对于非等温喷流还存在表征波包尺度变化的问题。本文通过对速度、密度与压强场的模态分析来筛选适合于表征非等温喷流中波包的物理量，进一步引入了一种表征波包尺度变化的连续函数，在此基础上讨论波包尺度对声辐射的影响。结果表明喷流温度使得压强模态与密度模态的同步特征消失，且改变了压强模态与速度模态之间的耦合关系。压强模态的辐射特征显著，因此运动学分析可以针对压强场来开展。波包包络尺度L 和相干衰减尺度L_c 使得波包的能量分布呈椭圆形分散到辐射区，从而提高了波包的辐射强度。L 仅使得椭圆端部畸变，它对辐射强度的影响比L_c 弱。

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喷嘴配气方式对CAES 系统涡轮性能影响

关胤, 李文, 朱阳历, 王星, 张一丰, 陈海生

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3283-3291.

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压缩空气储能系统在释能过程中储气压力逐渐降低，需要对涡轮采用合理的配气方式使涡轮高效运行。本文研究了额定流量工况下不同喷嘴配气方式对涡轮输出功和节流效率的影响。研究表明，对于相同调节喷嘴数，随着基准压力的降低，不同位置配气工况的做功能力逐渐趋于一致。基准压力一定时，输出功随着调节喷嘴数的增多而降低。对于不同工况，流场中的主要损失为节流阀引起的节流损失，因此在选择配气方式时，应尽量使节流损失降低，以提高系统的输出功。

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不同阀门开度下泵作透平系统启动特性

李金富, 张玉良, 邓乾发

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3292-3304.

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为了揭示阀门开度对泵作透平循环系统启动特性的影响，本文对泵作透平循环系统在五种阀门开度情形下进行了三维黏度非定常流动的数值计算，得到了启动过程中各个过流部件的外特性和内流特性，同时还借助于熵产分析和Q 准则深入分析了管路系统内各部件的能量损失情况。结果表明：随着阀门开度增大，泵作透平叶轮流域与阀门流域内涡与熵产的分布逐渐增加，即能量损失增大。泵作透平进出口压降、流量、扬程均随着阀门的增大而增大，但阀门开度大小无线性关系。

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液膜修正模型及其在冷凝器CFD 模拟中的验证

张归华, 代守宝, 吴家豪, 赵艳伟, 吴玉新

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3305-3312.

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利用CFD 方法预测冷凝器的冷凝速率和不凝结气体聚集点已成为提升冷凝器设计性能的重要手段。本文在前人的单相模型基础上自编程开发了二维CFD 冷凝过程数值计算代码ConDesign-2D，并结合冷凝水流动特点，提出一种简化的根据冷凝水分布的液膜修正计算方法，可以在不求解液相输运方程的同时计算冷凝水流量，进而修正液膜热阻的计算。本文利用该代码对文献中的冷凝器进行预测，对比传统单相模型和本文提出的液膜修正模型的预测结果发现，后者明显改善了对冷凝量以及空气聚集点的预测精度，更接近气液两相模型的计算结果和实验测量结果。该液膜修正模型对于冷凝水流动的简化仍有改进空间。

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气相合成铋纳米颗粒的多维MonteCarlo 模拟

尚诚, 徐祖伟, 赵海波, 何松, FRANK Einar Kruis

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3313-3318.

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气相合成是纳米颗粒的主要生产途经之一，对其复杂颗粒动力学事件及气固多相流过程的模拟具有重要指导意义。本研究首次提出了群平衡Monte Carlo 下的高效颗粒迁移方法，在GPU 架构下进行了气相合成铋纳米颗粒的多维CFD-PBMC模拟。作为颗粒合成源头事件，比较了不同成核模型对纳米颗粒的影响，成核速率的差异直接影响了成核区域大小及蒸气浓度分布，使得停留时间较长的边界处颗粒差异显著。与实验测量结果对比，当前模拟颗粒浓度均偏高而体积偏小。

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弹跳液滴与超疏水表面的换热特性研究

章舒圣, 张立志

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3319-3325.

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了解弹跳液滴在固体表面的动力学和传热特性对于促进自清洁、防冰和热管理等领域的发展是至关重要的。本文通过数值模拟的手段研究了冷液滴撞击热超疏水表面的过程。本文中提出了一种混合相场格子玻尔兹曼模型来描述液滴动力学和液固传热过程，并通过单个液滴在固体表面的铺展过程和定量冷却效率验证了所提出模型的正确性。随后对单个液滴碰撞超疏水表面的动力学行为和换热过程进行了模拟，结果表明热流密度不仅与液固接触面积有关，还与液滴与基体之间的温差有关。此外增大液滴的韦伯数对换热过程有促进作用，而增大液滴的雷诺数反而会抑制换热。

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沥青质溶出对清蜡速率的影响实验研究

刘晓燕, 王志壮, 姜卉, 马川, 佘兴会, 梁崇豪

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3326-3331.

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为了开发高效低能耗清蜡技术，采用自行搭建动态清蜡实验装置研究了在不同温度条件下，沥青质溶出速率、不同沥青质质量分数下的清蜡速率，并且探究其溶出速率与清蜡速率之间的关系。研究发现：随着温度升高，沥青质从蜡层溶出速率加快；与空白实验相比，加入沥青质后清蜡速率大幅度提高；在一定条件下，沥青质的溶出质量越大，对清蜡速率的促进影响越大。本文的研究成果对热洗清蜡机理研究和工程应用具有重要指导意义。

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基于双向加热膜的软包电池低温热管理研究

黄恒, 李洋, 黄正, 刘鑫宇, 李羽白, 宋永臣

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3332-3340.

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本文提出一种在两片软包电池中间加入双向加热膜的加热方案。测试了软包电池在两种倍率下不同温度时的电压响应，低温下电池的放电容量大幅下降。比较了LCP 加热和加热膜加热的加热性能，加热膜的综合因子为0.61，加热性能较好。实验表明，加热膜的功率变大时，电池表面最高温度和温差均会升高，因此对此加热方案进行了优化。设计了四种加热膜排布方式，结果表明，采用方案四的分布方式电池表面最高温度为32.8^◦C，温差为0.62^◦C。最后，采用方案四将电池从−20^◦C 开始加热，比较了不同起始温度的电压和容量大小。

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基于机器学习的气液相变换热反演及应用

杨博皓, 焦炜, 毕景良, 王雷, 陆规

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3341-3347.

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相比于线性的热传导问题，气泡信息的快速获取，换热系数的预测、沸腾现象的非线性预测的问题研究目前仍极具挑战。本文使用卷积神经网络、深度前馈神经网络、经验关联式结合随机森林的数据驱动方法，进行气泡动力学行为的快速获取、相变换热系数的快速反演及沸腾特殊现象的预测。结果表明，数据驱动的机器学习方法能够快速准确地预测相变换热过程中的问题，气泡信息获取准确率达到96%，相变换热系数反演及特殊现象预测拟合优度均高于0.95。本研究可为相变换热反演问题提供新的解决思路。

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起伏条件下不稳定射流压力振荡特性实验研究

魏鹏博, 惠凯, 陈伟雄, 种道彤, 严俊杰

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3348-3353.

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蒸汽在过冷水中浸没射流凝结技术因其高效换热特性被广泛应用于陆地和海洋场景下的电力和核工业等许多工业领域中，但蒸汽凝结过程中汽液相界面变化会产生压力振荡。本文对起伏条件下不稳定射流的压力振荡特性进行了实验研究，获得了不同起伏参数对压力振荡特性的影响。结果表明，相比于静止条件下，不稳定射流在起伏运动下的压力振荡主频与压力振荡平均幅值更大，并且压力振荡主频和压力振荡平均幅值随着起伏幅值的增大而增大，随着起伏周期的增大而减小；起伏最大加速度幅度随着起伏周期的减小和起伏幅值的增大而增大，斯特劳哈尔数随着起伏最大附加加速度的增大而增大。

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涡轮转子凹槽叶尖控制泄漏流动的数值研究

秦涛杰, 曹占伟, 李冬, 何雅玲

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3354-3360.

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明晰涡轮转子凹槽叶尖控制泄漏流动的物理机制，对凹槽叶尖结构优化和提升涡轮效率有重要意义。本文数值研究了跨音速高压涡轮凹槽叶尖的泄漏流动特性，对比分析了其与平叶尖泄漏损失和流动结构的差异，并研究了凹槽腔内流动结构改变对泄漏流动的影响。结果表明，凹槽叶尖对泄漏流动的堵塞分两个区域，分别受吸力侧空腔涡和削刮涡影响，改变外机匣相对转动速度会影响凹槽腔内流动结构的范围和强度，进而影响泄漏流动特性。本文的研究结果可为凹槽叶尖的设计提供指导。

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一种新的分流棋盘模型同步优化质量交换网络

易智康, 崔国民, 肖媛, 段欢欢, 黄晓璜, 熊思恒

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3361-3371.

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传统棋盘模型具有模拟计算量小、结构紧凑等优点，但在结构多样性方面存在一定局限，因此提出了有分流棋盘模型，并应用于质量交换网络。该模型中贫富流股匹配更加多样化，适用于复杂的质量交换网络综合问题。此外，分支数是有分流棋盘模型的关键参数，基于此提出了分支数匹配策略，在保证有分流棋盘模型的优化效率下可形成大小合适搜索空间。最后，将本文提出的方法运用于焦炉气脱硫、再生法回收苯酚以及废水脱酚三个算例，所获得的年综合费用分别为409367 USD/a、685114 USD/a 和348454 USD/a，均低于大部分文献所优化出的结果，其中算例再生法回收苯酚所得到的结果突破了已发表文献的最优解。

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相变蓄热蜂窝体传热行为数值模拟研究

周凤鸣, 张美杰, 顾华志, 夏求林, 叶成梁, 王建军, 陈定

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3372-3379.

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高温空气燃烧技术通过回收烟气余热降低燃料消耗而得到了广泛应用，换向时间对燃烧特性有重要影响，并与蓄热体结构和材料种类有关。本文建立了含金属类相变蓄热复合蜂窝体蓄/放热模型，考虑材料热物性随温度变化和热辐射，对蜂窝体的蓄/放热过程进行数值模拟，研究了相变材料和换向时间对空气预热温度、能量回收率的影响。计算结果表明，换向时间为120 s 时，含相变材料的蜂窝体比普通蜂窝体的空气预热温度高39.52 K；从放热开始到结束，含相变材料的蜂窝体的空气预热温度下降幅度约为普通蜂窝体的1/2；使用含相变材料的蜂窝体将换向时间从60 s 有效延长至120 s 时，空气预热温度高于换向时间未延长的普通蜂窝体，并且保持较高的能量回收率。

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有限空间内气液相变传热特性的实验研究

杨玉荣, 王世学, 朱禹

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3380-3386.

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与常规温差发电器相比，气液相变式温差发电器利用相变腔的结构灵活性和相变介质的高效传热特性提升发电性能。然而，目前已有的对于相变腔内复杂的沸腾–冷凝耦合传热问题的研究较少，基于此，本文试图通过开展相关实验探究有限空间内的沸腾–冷凝耦合相变传热特性。本实验搭建了沸腾和冷凝耦合相变传热实验台，主要研究了加热功率、相变介质充液率、冷凝换热面积等参数对相变传热特性的影响。结果表明：相变腔的总热阻随加热功率的增大而减小；相变腔存在最优相变介质充液率，相变介质充液率过高或过低均不利于整体的相变传热性能，在本实验条件下，最佳充液率为50%；当沸腾换热面积不变时，减小冷凝换热面积有利于强化相变腔的传热性能。

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苯酚在多孔金属有机框架材料中吸附扩散的分子模拟

刘佳祥, 陶文铨, 吴志根, 李卓

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3387-3392.

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苯酚因其高毒性和难生物降解性被列为优先处理污染物，对其有效去除十分重要。本文采用分子模拟方法探索两种多孔有机金属框架材料(Metal organic frameworks，MOFs) 对苯酚的吸附扩散机理。研究结果表明，Cu-BTC 对低浓度苯酚溶液具有良好吸附效果，在浓度约为200 mg·L⁻¹ 时达到吸附饱和，饱和容量为80 mg·g⁻¹；而MIL-53(Al) 则在浓度超过500 mg·L⁻¹ 时对苯酚大量吸附，饱和吸附量达到450 mg·g⁻¹。为深入理解MOF 对苯酚的吸附过程，对其扩散现象进一步研究，并确定了氢键和π−π 堆积作用是苯酚吸附的主要作用力。该研究从分子层面上获得了多孔MOF 材料对苯酚吸附的微观机制，并且表明Cu-BTC 和MIL-53(Al) 对酚类污染物吸附处理具有广阔的应用前景。

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采用交叉微米线结构测量铂铱合金微米线热物性

陈浩然, 任超, 陈羽, 孙鸿生, 仇晓黎, 王建立

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3393-3398.

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基于自主开发的交叉微米线结构，在准确评估待测线与加热线间接触热阻的基础上，测量了单根Pt90Ir10 微米线的热导率和热扩散率。结果表明，稳态测量和非稳态测量结果可以很好相互验证，接触热阻越大，加热线的无量纲3 倍频电压越大，平均温升越高；在200∼300 K 范围内，铂铱合金的热导率和热扩散率随着温度升高略有增加且显著小于Pt 和Ir。交叉微米线结构可用于研究导电和非导电微米线热物性以及接触点的能量传递现象，具有广泛的开发和应用前景。

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石墨/铝合金复合导热板强化石蜡相变蓄热研究

句子涵, 于坤洋, 李强, 胡定华

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3399-3406.

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本文对“三明治” 结构的石墨/铝合金复合导热板强化石蜡的相变蓄热特性进行了数值研究，探究泡沫金属、平板翅片以及复合导热板三种传热结构对石蜡相变蓄热过程的影响。然后本文在石墨/铝合金复合导热板的结构基础上添加了二级翅片来强化传热。研究表明：石墨/铝合金复合导热板强化石蜡相变蓄热的性能明显优于其他传热结构，呈现出自导热板向垂直于板两侧方向递减的温度分布，使得腔体内融化最为均匀，芯片温升最小。添加二级肋片后热源温升减小了15.87%，有效工作时间延长64.68%。

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微型电卡制冷系统建模及其影响因素研究

屈颖钢, 姜培学, 胥蕊娜

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3407-3413.

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近年来，研究发现聚合物与陶瓷中存在显著的电卡效应，推动了电卡效应制冷技术在学术与工业界受到广泛关注。其中，基于聚合物的微型电卡制冷系统由于其柔性特点，逐渐成为新兴研究增长点。但电卡制冷系统器件制备困难较大，采用数值模拟进行性能分析为电卡制冷系统设计提供了重要的研究手段。现有针对电卡系统的数值模拟方法中传热模型较为简化，缺乏对具体传热过程和影响因素的深入分析。本文以微型往复式主动电卡回热器制冷系统为例，通过数值模拟对比讨论了电卡材料性能模型、回滞损失、制冷系统散热器和系统对环境散热四方面因素对系统制冷功率密度的影响规律。结果表明，回滞损失与环境散热对功率密度具有显著影响。为进一步提高微型电卡制冷系统性能并实现较大温差，需减小系统散热损失并降低电卡材料回滞损失。

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氧化石墨烯复合相变微胶囊制备及传热特性研究

吴学红, 王凯, 王强伟, 陈亚南, 刘鹤, 王燕令, 常志娟, 桂阳海

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3414-3419.

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本文采用原位聚合法以氧化石墨烯物理改性密胺树脂为壳材，包覆石蜡制备石蜡@ 密胺树脂/氧化石墨烯相变微胶囊。石蜡@ 密胺树脂/氧化石墨烯复合相变微胶囊在保存了石蜡高储能密度的同时有效防止了石蜡泄漏，并且提高了其导热性。当质量分数ω 为6% 时，导热系数为1.25 W·m⁻¹·K⁻¹，提高了7.8 倍，潜热略有降低，潜热焓值为185.4 J·g⁻¹，包覆率为70.4%。将制备的改性微胶囊进行防泄漏测试研究，展现出优异的热稳定性能。

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雪花在非等温对流场生长过程的模拟

徐笑影, 王文

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3420-3425.

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雪花是水蒸气在过冷环境下凝华相变形成的晶体，其生长过程涉及到多个尺度的热力学过程。本文提出了一种结合水蒸气扩散方程、热传导方程和动量守恒方程的改进的元胞自动机法，可以实现二维非等温对流场中雪花生长过程的模拟。研究结果和实验结果可以很好地吻合，验证了该模型的有效性。通过对模拟结果进行分析，研究了雪花生长过程中水蒸气分布、温度分布和对流速度对其形态的影响。

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稳定振荡条件下高性能脉动热管工作特性研究

凌云志, 李晓昭, 张小松, 赵鹏, 陈婷婷, 冯珺垲, 林欣茹

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3426-3432.

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电子设备小型化与高性能化的趋势给现有的热管理系统带来了巨大的挑战。脉动热管作为热管理系统具有性能优越，高自由度的优势。本文研究了将稳定振荡运行的脉动热管作为核心部件用于电子设备热管理领域的微观作用机理和性能变化。研究发现，脉动热管在稳定振荡阶段运行可以有效避免停滞现象从而实现最佳的热性能。通过对稳定振荡条件下脉动热管的工作特性进行可视化研究发现，该阶段的支配流型为柱塞流或弹状流。作为主要特征的泰勒气泡其位移趋向于正弦运动，而速度分布主要为往复流特征，平均速度接近于0，在高热流密度条件下，速度分布的往复流特征被打破并出现脉动流特征，冷却效率小幅提高。

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地下储气库压缩空气温度时空分布与温控方法

蒋中明, 欧阳钰榕, 韩克武, 唐栋

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3433-3444.

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为准确认识压气储能电站地下储气库在初次运行条件下的压缩空气动态热力学特性，建立了考虑压缩空气与围岩间共轭传热以及非等温流动的储气库热力学数值分析模型，并对其合理性进行了验证。通过对比分析等容积条件下不同洞室形状的储气库压缩空气热力学特性变化过程以及温度空间分布规律，提出了两种压缩空气的温控工艺并对其效果进行了分析。研究结果表明，不同洞室形状的储气库在相同工作压力下的压缩空气平均温度值差异较大；洞室形状对储气库压缩空气温度空间分布规律影响显著，其中隧道式储气库出现了局部高温现象；延长初次充气时间对隧道式储气库的温控效果较差，而合理布置进出气口位置对隧道式储气库的温控效果良好。

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乙醇氧化基态OH 浓度时程吸收光谱诊断

张鑫, 许星长, 曹军, 黄佐华, 张英佳

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3445-3454.

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为了提供宽温度、压力和当量比范围下乙醇燃烧反应动力学模型的微观验证数据，利用反射激波结合紫外吸收光谱诊断技术，分别以OH 的A-X(0,0) 跃迁中306.6868 nm 和306.47 nm 为低压和高压诊断中心波长，在1200∼1700 K 工况下对当量比为0.5 和1.0 的两种乙醇/氧气/氩气混合气进行了OH 浓度时程定量测量，有效拓展了乙醇动力学模型微观验证数据的工况，低压实验拓宽了温度边界；高压实验是国际上率先公开发表的OH 浓度时程数据，且具有很好的重复性。结果表明，在所研究工况的下，乙醇氧化过程中OH 浓度演化存在温度依赖效应，所选的4 个代表性乙醇动力学模型仅能预测OH 浓度曲线形态，无法同时预测各阶段OH 浓度和浓度爬升时刻。虽然在不确定度范围内调整反应速率常数可有效地改善模型对点火延迟期的预测，但无法兼顾对OH 峰值浓度的高精度预测，通过动力学分析对反应群进行分析筛选，给出乙醇动力学模型优化的建议。

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甲醇喷雾撞击气门特性试验研究

袁波, 王兆文, 曹俊辉, 赵华莉, 吴慧珉, 成晓北, 沈源, 宋志辉

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3455-3464.

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甲醇被称为“液态阳光”，可以通过捕集二氧化碳合成制备，能有效解决内燃机二氧化碳排放问题。但甲醇发动机的冷启动困难，成为甲醇发动机发展的瓶颈。本文基于光学畸变矫正技术, 采用透明气道可视化研究了不同喷射压力、气门升程、气门温度对进气道甲醇喷雾撞击气门特性的影响。结果表明：适当提高喷射压力和增加气门升程可以促进喷雾撞击气门后的扩散，增加喷雾面积，从而提高喷雾与空气的混合。而随着气门温度的升高，喷雾在气门表面上形成蒸汽膜，抑制喷雾撞壁，显著增加了喷雾扩展距离和喷雾面积，明显弱化了甲醇的气门湿壁，具体地，本文实验中，甲醇喷雾撞击气门形成蒸汽膜的气门温度阈值为200^◦C。

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天然气/柴油双燃料缸内直喷特性研究

夏维义, 余伟平, 韦一, 张尊华, 李格升, 周梦妮

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3465-3473.

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为分析高压直喷(HPDI) 模式下天然气/柴油双燃料射流特性，在高压定容燃烧弹中利用高速纹影法开展了天然气/柴油双燃料缸内直喷试验，探究了双燃料模式下天然气喷射压力、喷射脉宽及环境压力对天然气射流贯穿距和射流锥角的影响规律。结果表明：随着喷射压力的增大，天然气射流贯穿距增大，射流锥角减小；随着喷射脉宽的增大，天然气射流贯穿距和锥角增大；随着环境压力的增加，天然气射流贯穿距减小，射流锥角增大。在较小的喷射压力或较大的环境压力条件下，柴油射流阻碍天然气射流向前发展。当喷射压力为2 MPa 时，5 ms 时刻的双燃料天然气射流贯穿距比单燃料减小2.3 mm，降幅约为7.5%。当环境压力为0.9 MPa 时，5 ms 时刻的双燃料天然气射流贯穿距比单燃料减小1.8 mm，降幅约为4.4%。

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基于裸装热电偶的开放油池火焰测温误差修正方法

康涵, 李明海, 杨灿, 张兆强, 史光梅

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3474-3479.

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为了准确地测量开放环境中油池火烧实验的火焰温度，本文建立了开放池火中裸装热电偶的火焰测温修正模型，并对测温误差的主控机制进行识别。以煤油燃料为例，分析了不同火焰包覆厚度的火焰辐射特性，探究了典型火焰温度下火焰包覆厚度、热电偶辐射率和环境温度对测温误差的影响规律。结果表明：火焰辐射率随着火焰包覆厚度的减小而呈现指数级减小的变化趋势；作为模型的主控参数，火焰包覆厚度的减小导致测温误差急剧增加，最大可达258.6 K。在此基础上提出了煤油火烧实验中需要对测温误差进行修正的热电偶火焰包覆厚度界限值；较高的热电偶辐射率会导致更大的测温误差，而开放环境温度的波动对测温误差的影响几乎可以忽略。

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铁掺杂材料对高湿环境VOCs 的吸附研究

程堂颖, 李津津, 马修卫, 杨林军

工程热物理学报. 2023, 44(12): 3480-3487.

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果壳掺杂含铁化合物，制备铁掺杂果壳炭，研究了铁掺杂对VOCs 在高湿环境中吸附的影响。结果表明，铁掺杂后，果壳炭比表面积增大，中孔结构增加，亲水性和极性更低。在80% 的相对湿度下，对VOCs 能保持干燥条件下70%∼90% 的吸附能力。VOCs 吸附过程会受到π-π 作用和π-EDA 作用的影响，因此高石墨化的结构有利于VOCs 的吸附过程。水蒸气减缓了吸附过程中VOCs 的传质速率，而果壳炭的中孔结构则有利于VOCs 的传质过程。

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