工程热物理学报

Select

葛镥榕, 王如竹, 葛天舒

工程热物理学报. 2023, 44(2): 283-288.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

提出一种铝基MOF 的新型合成方式，用金属铝代替铝盐作为MOF 铝离子来源，制备可直接涂覆于金属基表面的MOF 浆料。经XRD 表征浆料的主要成分为MIL-96(Al) 和MIL-100(Al), 该材料在20◦C 下吸附量可达到0.38 g/g。利用喷涂法制备MOF–金属基样片，样片动态吸附测试表明各相对湿度下吸附过程均与LDF 模型良好拟合且相对湿度越高吸附速率越快；经50 个吸附–脱附循环样片的吸水性能无衰减。制备MOF 除湿换热器(MCHE) 并分析了入口风速和热水温度的影响，在多个工况下MCHE 均表现出优于硅胶除湿换热器2∼3 倍的除湿能力。

Select

Ca(OH)₂/CaO 热化学储能过程中变孔隙率影响的多物理场耦合数值模拟研究

徐其利, 孙杰, 魏进家

工程热物理学报. 2023, 44(2): 289-296.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于Ca(OH)₂/CaO 的热化学储能体系在实验中均表现出孔隙结构的显著变化，而该现象在已有的大多数数值模拟研究中并未被考虑。本文针对该现象建立了变孔隙率反应动力学模型及非稳态“流动–传热–化学反应” 耦合模型，并基于此对直接、间接传热式固定床反应器中Ca(OH)₂/CaO 的定/变孔隙率脱水反应过程特征参数(反应渗透率、压力、温度、反应速率及转化率等) 变化进行了对比模拟研究。结果表明：定孔隙率模型与变孔隙率模型之间有明显的差异，且变孔隙率模型更能体现实际反应过程的特征。以初始孔隙率为0.8 的工况为例，定孔隙率假设在直接传热式反应器中的转化速率比变孔隙率模型快19.8%，而在间接传热式反应器中转化速率比变孔隙率慢6.1%。说明以往研究中使用的定孔隙率假设高估了直接传热式反应器的性能，而低估了间接传热式反应器的性能。

Select

OTEC 增温再热朗肯动力循环分析

张智祥, 袁瀚, 梅宁, 孙永超

工程热物理学报. 2023, 44(2): 297-303.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文提出了一种OTEC(OTEC, Ocean Thermal Energy Conversion) 增温再热朗肯动力循环，通过第二类吸收式热泵提升热源品质，在热力循环中创造一个相对高温区，与表层温海水共同对朗肯循环的湿工质进行过热，保证了透平出口干度，提升了循环的平均吸热温度，实现了单一热源下的梯级加热和能级匹配，系统效率得到较大的提升。论文构建了OTEC 增温再热朗肯动力循环热力学模型，对比了增温再热朗肯动力循环与传统循环的热力性能，并分析了热泵子循环的最佳增温温度。结果表明：增温再热的效果与OTEC 循环工质有较大关联，且存在最佳增温温度；对于采用R134A 等近似等熵工质的OTEC 循环，增温再热的热力性能提升不明显；而对于CO₂ 等工作在亚临界区间的工质而言，增温再热可使热效率提升19.63%∼41.71%；对于NH₃ 等过热需求较大工质而言，增温再热具有显著的提升效果；其中NH₃ 工质的提升幅度最高，最佳增温温度为42.5◦C，OTEC 循环热效率可由2.34% 提升至4.25%，升幅达84.45%。

Select

叠层扩散层对质子交换膜电解池性能影响的实验研究

唐英伦, 杨小涛, 赵军, 李文甲, 应锦辉, 朱强

工程热物理学报. 2023, 44(2): 304-310.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

质子交换膜电解水制氢技术的发展受到成本的约束。通过提高电流密度以提高单位质子交换膜电解池的氢产量可以降低单位应用成本，但高电流密度下电解池内部传质过电势的升高会导致制氢效率的下降。本文从降低质子交换膜电解池在高电流密度下的传质过电势入手，设计了有利于传质的“钛毡–钛网” 式叠层扩散层结构，并进行对照实验分析了不同扩散层结构对电解池性能的影响规律。实验证明，钛毡叠加30 目钛网的叠层扩散层结构可以使高电流密度(5 A/cm²) 下的传质过电势降低至0.25 V(与钛毡或30 目钛网作为扩散层相比，传质过电势分别降低了0.24 V 与0.55 V)，本项工作也为后续扩散层结构的优化提供了思路。

Select

空分系统压缩热回收利用方法比较研究

周霞, 张涵玮, 荣杨一鸣, 方松, 徐焯人, 王凯, 植晓琴, 邱利民

工程热物理学报. 2023, 44(2): 311-320.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文将三种空分压缩热的利用方式加以比较，包括有机朗肯–空分压缩热回收系统(ORC-ACS)，有机朗肯–电驱动式蒸气压缩–空分压缩热回收系统(ORC-VCR-ACS)，以及有机朗肯驱动式–蒸气压缩–空分压缩热系统(ORVC-ACS)。计算结果显示，ORVC-ACS 具有最高的节能性和经济性，其节能功率可达1723 kW，折合节约电量15.1 GWh/a，空压机节能率达7.5%。ORC-VCR-ACS 次之，其最高节约功率约为1268 kW，ORC-ACS 的节能功率最低，其最高节能功率约为783 kW。ORVC-ACS 的最高净现值约为9.9 千万元，折现回收周期小于3.2 年，具有较高的经济效益。ORC-VCR-ACS 和ORC-ACS的最高净现值和最大折现回收周期分别约为9.7 千万元、3.4 年和4.4 千万元、4.8 年。此外，三个系统每年最多可节约二氧化碳分别为10.8、11.4 和4.9 百万吨，显示出巨大的环境潜力。

Select

钯基双金属合金催化甲酸制氢研究

孙朝, 胡辰峰, 徐然, 孙志强

工程热物理学报. 2023, 44(2): 321-331.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

甲酸具有来源广、成本低、质量储氢密度高等优势，成为潜在的化学储氢载体之一，然而，现在甲酸脱氢技术存在催化剂易失活、产物CO 浓度高等挑战。开发高性能甲酸脱氢催化剂并实现脱氢产物的选择性调控是推动甲酸制氢技术长效发展的关键。本文提出以生物炭为载体、含钯双金属合金为活性组分，构筑Pd-M/BC(M=Cu, Ni, Fe, Co；BC 为生物炭) 催化剂，实现甲酸低温、高转化率及低CO 选择性制氢。考察了不同热解温度生物炭载体、活性组分对甲酸脱氢性能的影响，结果表明，150◦C、0.006 mL/min 甲酸流率下可得到最低的CO 选择性(1.31%) 与高甲酸转化率(74.88%)，该研究可为Pd-M/BC 催化甲酸脱氢技术的发展提供理论指导。

Select

超高负荷串列转子尖部流场结构的实验和数值研究

刘宝杰, 王高伟, 安广丰, 于贤君

工程热物理学报. 2023, 44(2): 332-341.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

串列转子尖部存在着前/后叶叶尖泄漏流以及前叶尾迹等流动，流动结构较为复杂，准确判断这几股流动之间的相互作用成为分析流场的关键。本文分别通过实验和数值模拟方法对基于北京航空航天大学低速大尺寸单级压气机试验台设计的一套超高负荷串列转子尖部流场进行了研究。研究结果表明：对于本文所研究的高负荷串列转子，无论是在设计点还是近失速点，前叶叶尖泄漏涡在前叶出口时都已经到达前叶压力面附近，随后紧贴后叶吸力面从喉道进入后叶通道，在喉道内顺压梯度的作用下，前叶叶尖泄漏涡的旋涡特性增强，并在后叶通道内将相对较弱的后叶叶尖泄漏涡吞并；相对于常规布局转子，由于在前后叶喉道顺压梯度的作用下，串列转子内叶尖泄漏涡的稳定发展阶段都有所延长，这有利于减小叶尖泄漏涡造成的转子尖部流动堵塞。

Select

气膜冷却温度场预测的标通量模型评估研究

史博, 李雪英, 任静

工程热物理学报. 2023, 44(2): 342-348.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

气膜冷却是燃机高温透平叶片的关键冷却技术，准确高效地预测气膜冷却的温度场对于冷却设计具有重要意义。本文针对圆孔射流密度比(DR) 为1、速度比(V R) 为0.46 的工况，基于大涡模拟(LES) 的流场数据，单独求解采用不同标通量模型的时均标量输运方程，对比分析了各个模型的预测效果及其参数影响。评估的标通量模型包括梯度扩散模型(GDH)、广义梯度扩散模型(GGDH) 和高阶广义梯度扩散模型(HOGGDH)。结果显示，GDH 对射流核心的流向扩散预测较弱，对于温度场的分离再附特征也不能准确捕捉。GGDH 和HOGGDH 模型能够较好地预测下游扩散，对分离再附现象也有较好的反映。本文进一步指出，GGDH 和HOGGDH 模型引入雷诺应力从而隐含了垂直于标量梯度的输运模式，使其对温度场的预测更为准确。

Select

离心叶轮局部粗糙度对其气动性能的影响

赵晨曦, 张晨庆, 席光, 王志恒

工程热物理学报. 2023, 44(2): 349-357.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

离心叶轮的气动性能对压缩机整体性能具有重要影响。为了研究局部表面粗糙度使离心叶轮性能恶化的程度及其作用机理，本文采用数值模拟方法将Krain 叶轮的流道表面划分成若干区域，并设置不同方案在局部施加粗糙度进行研究。结果表明：粗糙的叶片比粗糙的轮盘和轮盖更能使叶轮性能发生恶化，设计点级的等熵效率比光滑条件下降2.466%，总压比下降了6.266%，同时阻塞流量降低了2.227%；轮盖粗糙度通过改变叶顶间隙泄漏流来改变叶片载荷分布；前缘粗糙度加大了边界层和激波相互作用的程度使流道更容易阻塞；叶轮性能对吸力侧粗糙度比对压力侧更敏感。

Select

Wells 透平失速特性及微圆柱流动控制研究

耿开贺, 胡晨星, 施新, 杨策

工程热物理学报. 2023, 44(2): 358-367.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

振荡水柱装置作为海浪能转换的重要手段，其转换能力受Wells 透平失速特性的限制。本文以带有NACA 0015 叶型的单排Wells 透平为研究对象，讨论了叶片前缘展向微圆柱参数在稳定入流下对透平性能的影响，揭示了微圆柱对透平失速特性和损失的作用机制。结果表明，微圆柱的尾迹增强了转子吸力面侧边界层内湍流强度和动量混合，有效地抑制了尾缘轮毂附近的初始分离。同时，叶顶间隙泄漏涡强度减小，削弱了叶顶泄漏流与吸力面侧流动的相互作用。随着圆柱半径增大，其尾迹涡涡量增大，能够进一步抑制流动分离，但圆柱尾迹耗散损失增大，导致透平效率进一步降低。当圆柱距前缘为10%C (叶片弦长)，圆柱半径为1%C 时，峰值扭矩系数提高26.57%，对应流量系数增大19.15%。

Select

齿尖磨损对迷宫密封泄漏特性的影响研究

代欣波, 王梓齐, 何坤, 晏鑫

工程热物理学报. 2023, 44(2): 368-373.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用FEA 和CFD 相结合的方法对直通型迷宫密封齿尖磨损引起的封严性能退化规律进行了研究，利用已有的实验数据对数值方法的有效性和精度进行了验证，获得了迷宫密封磨损后的几何形状，分析了齿尖磨损对迷宫密封泄漏量和流场结构的影响机制。结果表明：在动静碰磨过程中，密封齿尖会出现显著蘑菇化变形。接触换热系数h_rot 和对流换热系数h_air 对磨损形状影响显著。当转子向齿尖侵入0.4 mm，泄漏量增大了82.4%。磨损导致齿尖下游腔室静压降低、总压升高、动能耗散作用降低，携流效应增加。

Select

离体射流参数对翼型气动性能的影响

王静, 史旭阳, 黄典贵

工程热物理学报. 2023, 44(2): 374-381.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了提高翼型的气动性能，在NACA0018 前缘前设置离体射流来控制流场。采用数值模拟方法研究不同射流圆柱直径、射流口长度、射流装置距表面距离和射流动量时的离体射流对翼型控制效果的影响。计算结果表明引入不同方案的离体射流均可不同程度地提升翼型的气动性能，主要体现在升力系数的提升上，而对阻力系数的控制能力较弱。通过变攻角性能分析发现离体射流能在多攻角下保持良好的控制能力。流场显示射流使翼型前缘产生负压区并消除翼型上表面的分离泡。

Select

湍流强度对风力机翼型气动性能的影响

杨英健, 贾彦, 蔡畅, 李庆安, 王泽坤, 王叶, 刘浩

工程热物理学报. 2023, 44(2): 382-388.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文通过采用Transition-SST 湍流模型对UMY02-T01-26 风电机组专用翼型绕流流场的数值计算，探究了湍流强度对风力机翼型气动性能的影响。结果表明，随着湍流强度的提高，翼型升力系数由前缘失速转变为混合失速。在一定的攻角范围内，升力系数略有增大。对于攻角处于升力系数非线性增长区域范围内，湍流强度的增大导致翼型壁面最大负压值增大。当湍流强度变化时，其壁面上出现层流分离泡的位置大小随之发生变化。此外，本文通过流场分析进一步确定了层流分离泡的产生与变化。

Select

城市建筑环境中阵风特征的实验研究

李荣阳, 侯亚丽, 栗广浩, 汪建文

工程热物理学报. 2023, 44(2): 389-396.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对缺乏城市建筑环境内风场阵风特征相关研究的问题，本文对内蒙古呼和浩特市某建筑群内风场特征开展了为期12个月的现场实验测量，获取了建筑顶面0.8∼6 m 高度上6 个测点上的阵风因子、阵风幅度及过剩能量含量随风速的变化规律，初步掌握了建筑环境内风场的阵风特征，结果表明：6 个测点上的阵风因子都随着平均风速的增大而减小；除了距离建筑顶面高度较低的A1 测点外，其他测点阵风因子大部分都大于1.4(IEC 标准)，IEC 标准中的阵风模型将低估建筑顶面的阵风因子；6个测点在实验期间未出现或极少出现振幅大于9.8 m/s 的极端阵风活动；6 个测点的过剩能量含量均随着平均风速的增大而减小，同时在距离建筑顶面高度越大或适当远离建筑边缘的地方，过剩能量含量均会增大，将风力机安装在这些地方都有可能获得更多的过剩能量。以上所得结果可为适合于城市建筑风场特征的新阵风模型的建立提供理论基础和实验支持。

Select

基于敏感性分析降维的多翼离心风机叶轮优化设计

王镇, 李震, 吴兰勇, 解博超, 石清鑫, 张楚华

工程热物理学报. 2023, 44(2): 397-405.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对多翼离心风机内部流动分离严重、流动损失大及叶轮几何参数多等特点，本文以风机叶轮为对象，开展了几何参数化建模及基于敏感性分析降维，并在此基础上，通过建立包含拉丁超立方抽样法、支持向量回归(SVR) 代理模型、混合自适应采样方法和遗传算法的高维高效优化方法，分别开展了效率单目标优化与效率–全压多目标优化设计。研究结果表明：对于风机效率，几何参数影响程度由大到小依次为叶轮内径、叶片出口角、叶轮外径、中盘位置、叶片进口角、叶片数、叶轮宽度、叶片厚度。单目标优化后风机最高效率点效率提高2.29%；多目标优化后效率提高1.91%，全压提升30.95 Pa。研究工作对于认识多翼离心风机内流机理、发展先进优化设计方法具有较重要的学术意义及工程应用价值。

Select

散射效应强化纳米颗粒悬浮液太阳能吸收性能

陈星宇, 陈梅洁, 周萍, 闫红杰

工程热物理学报. 2023, 44(2): 406-412.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文基于有限元法-蒙特卡洛法研究了散射效应对纳米流体太阳能吸收性能的影响。结果表明，在一定范围内增强纳米流体的散射能力可以提高纳米流体的太阳吸收效率。此外，将具有强散射能力的TiO₂ 纳米颗粒分散到Au 纳米流体中，通过调控TiO₂ 纳米颗粒的体积分数(f_v-TiO₂)，在考虑纳米流体稳定性的同时，可以提高混合纳米流体的太阳能吸收效率。当f_v-TiO₂ = 0.05% 时，混合纳米流体的太阳吸收效率提高了16.6%(f_v-Au = 0.0005%，厚度d = 5.0 cm)。对于强散射的纳米流体，增大d，可以进一步提高混合纳米流体的太阳能吸收效率。当d = 5.0 cm 时，混合纳米流体的太阳吸收效率为78.7%，比d = 1.0 cm 时高35.7%(f_v-Au = 0.0005%，f_v-TiO₂ = 0.05%)。

Select

基于氢储能的风光氢能源系统能质转换优化策略

阮景昕, 王跃社, 张俊峰, 徐昕歆

工程热物理学报. 2023, 44(2): 413-421.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

西北地区拥有丰富的风光资源，近年来基于风光的新能源发电系统发展迅猛。然而由于生产力、人口等因素，西北地区的电力负荷低，加之新能源的随机、不稳定等特点，弃风弃光现象严重，有研究表明可以通过新能源发电耦合氢储能技术来解决问题。基于风光联合发电耦合电解槽制氢系统的概念和结构，以风光氢能源系统的制氢速率为研究目标，在MATLAB/Simulink系统下建立了包括风力发电系统、光伏发电系统以及电解槽的混合架构模型，通过此模型探明在西北地区自然环境下的氢气产出特性及规律。

Select

基于CFD-DEM 耦合的粗糙裂缝内暂堵剂运移规律研究

郑臣, 汪道兵, 宇波, 孙东亮, 韩东旭

工程热物理学报. 2023, 44(2): 422-429.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为准确捕捉裂缝表面粗糙度对暂堵剂在干热岩粗糙裂缝内运移规律的影响，本文分别构建了矩形、三角形和半圆形干热岩粗糙裂缝物理模型，提出了一种描述人工裂缝表面粗糙度的方法，然后基于CFD-DEM 双向耦合多相流模型，分析了裂缝表面粗糙度等因素对粗糙暂堵剂缝内运移规律的影响。结果表明：缝内颗粒速度随裂缝表面粗糙度增量的减小而逐渐减小；颗粒受力随裂缝表面粗糙度增加呈正态分布；颗粒温度受裂缝表面粗糙度影响较小。

Select

基于反向鞘流作用的气溶胶微颗粒高效富集研究

王尧, 范亮亮, 秦勇, 赵亮

工程热物理学报. 2023, 44(2): 430-435.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

气溶胶微颗粒高效富集在喷墨打印、环境检测以及生物医学等领域有着巨大的应用潜力。本文提出一种采用反向鞘气的气溶胶微颗粒富集新方法，当反向鞘气对称地引入微通道后，微颗粒受到的指向通道中心处的萨夫曼升力和黏性拖曳力作用显著增强。在两种力的共同作用下，气溶胶微颗粒将快速地移动至微通道的中心位置，显著提高了气溶胶微颗粒的富集精度和效率。

Select

不同环境风速下建筑外空调室外机热环境分析

张卓, 丁昊, 尹仁杰, 冯相友, 陶文铨

工程热物理学报. 2023, 44(2): 436-443.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

布置在建筑物凹槽内的室外机，在环境风速作用下，其运行环境会发生变化。有时恶劣的热环境甚至会造成室外机无法正常工作。本文对不同环境风速下的高层建筑凹槽内空调室外机热环境开展研究，确定了侧面、正面风向下，室外机正常工作所能承受的临界风速。分析了不同风向条件下，凹槽内气流速度场、温度场，并给出温度沿高度方向的变化规律。研究发现，侧面风带走冷气流和楼层间热气流短路，都会造成上层进风温度升高；侧面吹风时，凹槽内上下游列室外机不同的热环境，是由凹槽内特殊旋涡流动导致的。对于正面吹风情形，临界风速应小于0.5 m/s。本研究探明了不同环境风速下高层建筑室外机热环境变化规律，可为考虑风速条件下室外机的选用安装提供参考。

Select

基于ReaxFF 反应分子动力学模拟的正十二烷醇的热裂解特性研究

孙浩, 姚贵策, 高慧, 赵瑾, 文东升

工程热物理学报. 2023, 44(2): 444-450.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

醇类添加剂是提高碳氢燃料再生冷却效率的有效途径之一。特别是多碳醇由于自身高热值成为了潜在的主动冷却介质，而其裂解机理尚未完善。本研究基于反应分子动力学模拟的方法，分别探究了正十二烷、正十二烷醇的热解过程，从分子尺度揭示其反应动力学微观机理，并分析温度等敏感因素对反应速率、产物分布的影响。结果表明，温度的提高会极大地提升热解的反应速率，并且反应物倾向于分解成分子量更小的气体产物。相比于正十二烷，正十二烷醇的起始裂解温度以及活化能更低，其展现了作为主动冷却介质的潜力。

Select

分叉血管处宽颈动脉瘤的血液动力学分析

施娟, 吴锫婵, 严妤函, 唐晓宇, 陈振乾

工程热物理学报. 2023, 44(2): 451-456.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

考虑血管壁的弹性变形因素，基于临床上某患者的分叉血管处宽颈动脉瘤，建立了分叉血管处宽颈动脉瘤的流固耦合模型。采用计算流体动力学(CFD) 数值模拟的方法，研究了脉动条件下个性化分叉血管处宽颈动脉瘤内血液流动特性，分析了分叉血管处宽颈动脉瘤内的血流速度分布特征、壁面压力、壁面切应力等血液动力学影响因素。研究结果表明，脉动周期内，血管分叉处易促成动脉瘤的生长与发展，宽颈动脉瘤的瘤颈与瘤顶处破裂风险较大。

Select

稠密颗粒介质热辐射传输特性的边界效应

刘宝坤, 付金余, 赵军明, 刘林华

工程热物理学报. 2023, 44(2): 457-462.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

稠密颗粒介质在自然界和工业生产中广泛存在。在高温条件下，辐射对传热过程有十分重要的影响，并且在实际工程应用中，边界的作用不可忽略。本文采用辐射传递函数(RDF) 作为表征体系内辐射换热的特性参数，它是辐射传递因子(RD) 从离散尺度到连续尺度的扩展，不仅包含几何信息还包含辐射能量信息。因此它可以完全表征体系中的辐射换热，从而有助于直观地分析边界对颗粒热辐射传输特性(以RDF 分布进行表征) 的影响。分析了在靠近反射性边界时颗粒填充率和颗粒表面发射率对颗粒热辐射传输的影响，结果表明，边界对于由RDF 表征的系统内颗粒热辐射传输有重要影响，颗粒填充率和颗粒表面发射率对该影响具有调节作用。研究结果有助于深入理解稠密颗粒介质中的热辐射传输机制。

Select

不锈钢棒材形状对淬冷沸腾的影响研究

张琪琪, 熊平, 周佳樾, 邓坚, 罗彦, 卢涛

工程热物理学报. 2023, 44(2): 463-467.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

对平底和圆底两种不同形状不锈钢圆柱棒在不同过冷度下的淬冷沸腾进行了可视化实验研究。结合导热反问题实验方法处理，对比分析了棒材形状和过冷度对淬冷沸腾过程气膜演变和最小膜态沸腾温度的影响，结果表明：相对于平底，圆底棒材底部圆滑使气膜不易破裂，延长了淬冷沸腾的时间；随着过冷度的增加，壁面冷却速率增大，膜态沸腾时间缩短，最小膜态沸腾温度升高，临界热流密度增大，促进了淬冷沸腾的进行。最终建立了最小膜态沸腾温度与过冷度的关系式。

Select

MgCO₃/MgO 热化学储热的碳酸化反应动力学机理研究

徐云轩, 林尚超, 闫君, 赵长颖

工程热物理学报. 2023, 44(2): 468-474.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

MgCO₃/MgO 热化学储热过程中，MgO 碳酸化反应经碱金属硝酸盐催化后的转化率由2% 提升至60% 以上，然而，其反应机理仍然存在争议。本文采用分子动力学的研究方法，通过模拟MNO₃-MgO-CO₂ 在发生化学反应前的三相界面现象，提出了熔融碱金属硝酸盐的催化作用机制：熔融MNO₃ 与固体MgO 相互作用产生晶格畸变，削弱了Mg-O 键结合，有助于其化学键的断裂，空位缺陷处形成活性位点，易于吸附CO₂ 分子使其与O₂− 结合，在三相接触区域吸收了大量CO₂ 分子。其次，提出了MgO 晶格点阵偏离平衡态程度、空位浓度、活性位点分布、三相界面润湿性分别与载能体碳酸化反应动力学性能间的构效关系，进一步讨论了控制储放热材料宏观性能的方法，为后续应用中制备高性能复合热化学储热材料提供指导原则。

Select

叶顶和外环喷气对叶尖区域换热特性的影响

毕帅, 毛军逵, 李自强

工程热物理学报. 2023, 44(2): 475-484.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

以GE-E3 高压涡轮的第一级动叶为研究对象，采用数值求解RANS 方程方法研究叶顶冷气喷射、外环冷气及两者同时冷却对叶顶和外环的换热特性的影响。结果表明：相较于无冷却的凹槽叶尖，外环和叶顶两者同时冷气喷射使得凹槽底部平均换热系数的峰值点沿轴向后移至15% C_ax 位置处，使得凹槽的槽底最大换热系数降低17.2%。单一外环喷气对降低平顶叶尖的叶顶和外环的换热系数效果最佳，但是平顶叶尖的叶顶区域和外环区域的热负荷的降低依赖于不同的冷却方式。而叶顶和外环两者同时喷气的冷却方式对凹槽叶尖的冷却最为稳定，对抑制叶顶和外环两区域的对流换热系数和热载荷方面均表现最好。

Select

不同构型石墨炔储氢性能的分子动力学比较研究

禹国军, 高媛, 胡振强

工程热物理学报. 2023, 44(2): 485-491.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

相关研究表明石墨炔是一种潜在的吸附储氢材料，然而石墨炔有不同的构型，不同构型石墨炔的储氢性能差异及原因尚未明晰。本研究基于分子动力学模拟，对α-GY、β-GY、γ-GY 及GDY 四种典型构型的石墨炔的吸氢性能进行了对比研究，分析了压力和温度对吸氢性能的影响，并剖析了吸氢性能差异的本质。研究发现β-GY 和GDY 两种构型的石墨炔吸氢性能在高压下优于其他两种构型，较低的温度有利于提高吸氢能力，而在较高压下提高压力对吸氢能力的影响不大；与石墨烯所要求高压相比，石墨炔在较低的压力下就可以实现高密度的氢气储存，例如α-GY 在100 K 的温度和0.5 MPa 的压力下就可获得ω(H₂)=15.28 的储氢密度，因此石墨炔有望成为一种性能更佳的吸附储氢材料。

Select

量子点白光LED 中内嵌式导热支架的应用

杨烜, 周姝伶, 马预谱, 余兴建, 胡润, 罗小兵

工程热物理学报. 2023, 44(2): 492-496.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

量子点白光LED 中的量子点在工作温度过高时会发生热淬灭。为了降低量子点白光LED 的工作温度，本文提出了一种新型的LED 封装方式，即在量子点所在的发光层中加入内嵌式导热支架，从而增强发光层的散热能力。针对本文设计的内嵌导热支架的量子点白光LED(量子点薄膜支架白光LED)，分别应用热学数值模拟和光学数值模拟进行了热学性能和光学性能的评估。热学模拟结果表明量子点薄膜支架白光LED 的最大工作温度比传统的量子点白光LED 的最大工作温度约降低50◦C；光学模拟表明该新型封装结构对LED 的空间光度分布的影响较小。本文将内嵌式导热支架应用于量子点白光LED 中，极大地降低了LED 的最大工作温度，并基本保持了其优良的空间光度分布。

Select

基于颗粒堆积床模型的线性菲涅尔式太阳能甲醇重整制氢系统综合性能研究

门静婧, 高哲, 卫元珂, 程泽东, 何雅玲

工程热物理学报. 2023, 44(2): 497-504.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文建立了线性菲涅尔式太阳能吸热/反应器光热–化学反应过程三维数值模型，并对其缩小模型进行了研究，探究了典型的外部因素(太阳能热流分布) 和内部因素(催化剂颗粒半径) 对系统流动换热与热化学反应综合性能的影响。首先，基于离散元法建立了催化剂颗粒随机堆积床模型。其次，基于蒙特卡罗光线追迹法与多目标优化遗传算法获得了太阳能热流分布。然后，对比了优化前的、优化后的以及理想情况下的系统综合性能，进一步分析了催化剂颗粒半径的影响。研究发现，热流优化后的系统化学反应性能接近于理想，而减小颗粒半径也可促进化学反应，但会增加流动阻力。催化剂颗粒大小的优选或可综合考虑反应程度、流动阻力和烧结温度限制等进行权衡选取。

Select

磁场作用下熔盐管内流动传热特性的数值研究

徐子砚, 陈永昌, 郭家涛, 马重芳

工程热物理学报. 2023, 44(2): 505-510.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文基于磁流体动力学模型，通过数值模拟的方法，研究了垂直外部磁场对熔盐在绝缘管内流动传热特性的影响，考察了速度、湍流强度和Nu 等参数随磁场变化的关系。结果表明，磁场作用会使流动分布出现各向异性，导致湍流度和主流速度降低，垂直于磁场方向的Hartmann 层的速度及湍流度提高，随着磁场强度增大，这种趋势更明显。在均匀磁场和正梯度磁场作用下，管壁平均Nu 数有所提高，而逆梯度磁场作用下的管壁平均Nu 数有所减弱。

Select

膨胀石墨/纳米纤维素柔性热管理材料的制备及其性能研究

张博, 王丽伟

工程热物理学报. 2023, 44(2): 511-516.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

近年来柔性电子器件发展迅速，但是尚缺乏高效的热管理材料。本文以膨胀石墨作为高导热基体，以天然纳米纤维素作为粘合剂，制备了用于柔性热管理的复合薄膜，并研究了2 种不同的纳米纤维素制备方法对薄膜性能的影响。结果表明，TEMPO氧化法制得的纳米纤维素对应的复合薄膜的强度和韧度分别是超声剥离法制得薄膜的15 倍和14 倍，而不同的制备方法对复合薄膜的热导率几乎没有影响。TEMPO 氧化法制得的复合薄膜同时具有高热导率(16.32 W·m⁻¹·K⁻¹)、高强度(110 MPa) 和高韧度(1.09 MJ·m⁻³)，是理想的柔性热管理材料。

Select

介孔二氧化硅双重孔隙的导热特性研究

魏高升, 黄超, 崔柳, 杜小泽

工程热物理学报. 2023, 44(2): 517-524.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

介孔二氧化硅颗粒的双重孔隙分布特征对材料的导热性能具有显著影响。本文通过微观形态表征分析了介孔二氧化硅的复合孔道，并基于受限空间内的气体分子动力学理论，构建了双重孔隙结构的热导率关联模型。为了验证理论模型的合理性与准确性，采用瞬态热带法测量了介孔二氧化硅材料(MCM-41 和SBA-15) 在0∼30 MPa 和20∼550◦C 的环境压力及温度变化下的有效热导率。实验测量结果表明，本文理论模型可以有效预测介孔二氧化硅颗粒热导率的变化规律。进一步根据模型分析可知，材料热导率随着环境温度及压力的升高而增长，表现出明显的正相关性，同时其微观结构的差异也是热导率变化的决定性因素。

Select

新型PTC 材料的阻温特性及其热控性能的研究

余爱梅, 李强

工程热物理学报. 2023, 44(2): 525-531.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

正温度系数(Positive temperature coefficient, PTC) 材料是一种电阻随温度变化的热控功能材料，然而，传统的PTC材料由于高室温电阻率以及负温度系数效应而限制了其在电子设备热控领域的应用。本文基于石蜡/乙烯–醋酸乙烯酯共聚物混合基体，利用多壁碳纳米管和炭黑杂化填料的协同效应制备得到具有室温居里点、低室温电阻率和优异电阻正温度效应的新型PTC 材料。研究了基体配比、填料含量对室温电阻率和PTC 性能的影响，并采用羧甲基纤维素对其负温度系数效应现象进行改善。此外，对新型PTC 材料的自适应热控性能进行了研究和分析。研究发现：与普通的电阻加热器相比，PTC 加热器具有自适应控温能力，并且在没有任何外部控制系统的条件下可以将被控设备的温度控制在正常工作温度范围内。

Select

具有梯度结构吸液芯的均热板传热特性

王宙, 银了飞, 丁艺, 崔卓, 贾力

工程热物理学报. 2023, 44(2): 532-539.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

均热板是电子器件散热方案中常见的传热元件，而吸液芯结构是影响均热板传热性能的重要因素。本文将吸液芯划分为核心热源区和工质回流区，使用40 μm、75 μm 和110 μm 三种粒径的球形铜粉和非球形铜粉开发三种热源区和回流区具有不同毛细性能的梯度结构吸液芯，并以均热板热阻和蒸发侧平均温度为指标开展对应均热板的传热性能测试。实验结果显示，对于两种单粒形双粒径吸液芯，使用较大粒径铜粉烧结核心热源区能有效提高均热板传热性能，且高充液率时传热性能相对较好。而双粒形双粒径梯度结构吸液芯能更好地平衡毛细力和渗透率对工质回流的影响，对应均热板传热性能最好，在实验最高加热功率时均热板总热阻比其他两种单粒形均热板最大降低约91%，并且最佳充液率适中，表明采用双粒形双粒径吸液芯可大幅提高均热板传热性能。

Select

微孔中反应流体黏性指进混合过程的数值研究

王俊权, 居隆, 陈松泽, 郭照立

工程热物理学报. 2023, 44(2): 540-549.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于国家数值风洞LBM 模块和自编程序，本文在孔隙尺度下对微孔中两种可混溶溶液的黏性指进反应混合过程进行了数值研究。针对两种溶液之间的化学反应以及产物的析出，本文重点研究化学反应速率、固态生成物的成核速率以及聚集速率对黏性指进的影响。研究发现：反应会明显改变黏性指进的界面浓度分布，一方面随着反应速率的增加，指进界面处各组分的变化越来越明显；另一方面由于受到扩散作用的限制，当反应速率增大到一定值后，各组分的平均浓度不再发生变化；产物的生成量与反应速率成正相关，与成核速率和聚集速率成负相关；析出的固相组分的浓度与成核速率和聚集速率成正相关；混合长度主要和反应速率相关，成核速率以及聚集速度的改变对混合长度基本没有影响。

Select

PODE₃₋₅/柴油混合燃料高海拔喷雾特性研究

董素荣, 刘瑞林, 张众杰, 周广猛, 焦宇飞, 彭琪凯

工程热物理学报. 2023, 44(2): 550-557.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

利用定容弹喷雾试验台，开展了柴油、PODE₃₋₅/柴油混合燃料(20% PODE₃₋₅+80% 柴油)、PODE₃₋₅三种燃料喷雾特性试验，研究了不同海拔热力学边界条件下混合燃料喷雾浓度场分布，喷雾贯穿距和喷雾锥角以及喷雾体积、卷吸质量、轴向和径向当量比、索特平均直径的变化规律。结果表明：随着海拔的升高，混合燃料喷雾过程中韦伯数和奥内佐格数降低，抑制了燃料二次雾化破碎，环境压力对喷雾纵向发展影响较为明显，环境温度对喷雾横向发展更为明显。PODE₃₋₅ 燃料较低的蒸馏点和运动黏度促进了雾化发展，导致喷雾贯穿距和喷雾锥角同时降低，且降低幅度随PODE₃₋₅ 含量增加和海拔升高而增大。海拔5500 m 环境条件下，ODE₃₋₅/柴油混合燃料喷雾贯穿距和喷雾锥角比柴油分别减小9.2% 和22.1%。

Select

以飞灰为载体的低温SCR 成型催化剂的性能研究

罗光前, 赖言涛, 邹仁杰, 孙瑞泽, 邱文聪, 李显, 姚洪

工程热物理学报. 2023, 44(2): 558-565.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文采用30% 硝酸酸洗预处理可以去掉飞灰中绝大部分碱金属以及碱土金属，其比表面积相比提高近30 倍，在此基础上将其作为催化剂载体并采用浸渍法制备出5 种不同Mn 掺杂量的粉末状低温脱硝催化剂。通过BET、SEM、XRD、XPS 等表征手段，对比发现当含Mn 量为20% 时，由于催化剂中高活性的Mn⁴⁺、Mn³⁺ 以及O_β 的相对含量较高，使其在180∼260◦C脱硝效率都超过了90%，并且在200◦C 达到最高的98.76%。此时，将筛选出的活性组分浸渍负载在不同成型形状的飞灰载体上，研究发现当体积空速一致时，圆孔状催化剂相对其他成型形状具有更好的脱硝性能，并且在200◦C 时可以达到98.56% 的最大脱硝活性，同时其机械抗压强度达到2.04 MPa。另外在10% H₂O 和0.02% SO₂ 混合气氛下，催化剂的脱硝性能仍维持在71.41% 以上。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容