工程热物理学报

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张恒飞, 占涛涛, 何茂刚, 张颖

工程热物理学报. 2023, 44(4): 857-862.

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正丁醇是潜在的新一代主流替代燃料。音速、密度等热物性参数对于燃料的喷射、雾化、燃烧具有重大影响，但目前相关研究还较为缺乏。本文以正丁醇+ 正庚烷混合物代替含醇燃料，利用瑞利–布里渊散射法，测量了其在温度298.15∼433.15 K 和压力0.1、5.0 MPa 下的音速。结合文献密度数据计算了混合物的等熵压缩率κ_s 和过量等熵压缩率κ_s^E。结果表明，混合物的音速随着正丁醇摩尔分数的增加而增加，而κ_s^E先增大后减小至负值，再增大。从分子间相互作用的角度进行了分析，并为该混合燃料的应用提供了参考建议。

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助剂改性Ni/钙钛矿催化焦油重整产氢研究

张中晖, 邓涛, 何东霖, 秦昌雷, 夏洪强, 冉景煜

工程热物理学报. 2023, 44(4): 863-870.

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为构建高活性且长效稳定的焦油重整催化剂体系，本研究对助剂改性Ni/钙钛矿催化剂的反应特性进行了实验测试与综合评价。分别在不同温度(600^◦C、650^◦C、700^◦C) 和负载量(ω = 0.5%、1%、2%、4%) 下开展了甲苯水蒸气催化重整实验，并利用TEM、XRD、TPR、XPS 等技术分析了催化剂反应前后形貌、物相等物化特征的变化情况。结果表明，质量分数为2% 的Ce 助剂掺杂可以在标准化学计量比下获得最高的甲苯转化率与氢气产率，分别为84.7% 和57.4%。这是由于Ce 助剂添加增加了晶格氧含量，促进了焦炭前驱体气化并减少积碳，从而维持催化活性。

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光伏光热双热质耦合海水淡化系统数值研究

路裕, 何纬峰, 姚照辉, 安浩浩, 周萱, 韩东

工程热物理学报. 2023, 44(4): 871-878.

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为了探究由光伏光热(PV/T) 驱动的双热质耦合加湿除湿海水淡化系统的水电综合性能，基于能量与质量守恒原理构建了PV/T 组件与加湿除湿系统的数学模型，揭示了液气比对系统相关热力学参数的影响规律，对比分析了不同顶温条件下系统的热力学性能，并在某典型天气状况下探究了逐时辐照度对系统性能的综合影响。研究结果表明：热容比为1 对应的液气比大小是系统的最佳性能点，此时系统造水比(GOR) 与产水量均达到最大值，产电量取得最小值；当顶温为60^◦C 时，系统产电量与产水量的极值分别为481.13 kW·m⁻² 和43.10 kg·h⁻¹；系统产水性能随顶温的升高而増强。当顶温从55^◦C 升高到60和65^◦C 时，系统最大产水量分别增加了34.5% 和68.06%，三种顶温条件下的最大GOR 分别为1.31、1.56 和1.71。

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膨胀机约束下的组分调控非共沸工质ORC 系统变工况运行研究

卢沛, 王晋, 罗向龙, 陈颖, 陈健勇, 杨智, 梁颖宗

工程热物理学报. 2023, 44(4): 879-885.

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有机朗肯循环(ORC) 在低品位热能发电领域里有着明显的优势。膨胀机作为ORC 系统关键部件之一，其运行性能受热源和环境工况变化影响显著，而组分调控是提升膨胀机及ORC 系统变工况运行经济性、安全性和适应性的新策略。本文建立了分液冷凝组分调控非共沸ORC 系统(LCAZORC) 变工况运行优化模型，在考虑膨胀机约束下，研究了LCAZORC 的变工况运行热经济性和安全适应性。结果表明，与传统非共沸ORC 系统(BZORC) 相比，LCAZORC 可避免膨胀机在不必要的高压或过低的膨胀比运行，同时提高系统热经济性，且LCAZORC 变工况可运行的范围更广，具有更好的变工况适应性。

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新型液氦温区热声驱动制冷系统研究

迟佳欣, 徐静远, 陈六彪, 周远, 罗二仓

工程热物理学报. 2023, 44(4): 886-893.

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提出一种采用气液耦合谐振子的新型热声驱动制冷系统，理论上首次实现液氦温区制冷。模拟结果显示，系统最低无负荷制冷温度达到5.9 K，为目前热声制冷系统的最低记录。本文首先基于数值模拟优化了新型热声制冷系统结构参数；然后，分别揭示了系统内部关键参数的沿程分布以及热力学性能的影响规律。本研究填补了热声制冷技术应用于液氦温区的空白，有望为航天、低温电子器件及氢能源利用等领域中的新型热驱动制冷机奠定理论基础。

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航空发动机部件和整机通流数值模拟研究

杨晨, 吴虎, 杜娟, 张宏武, 杨金广

工程热物理学报. 2023, 44(4): 894-902.

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针对航空发动机部件和整机，为实现快速准确的流场与性能分析，基于时间推进通流方法开展了相关研究，并开发了相应求解程序。以严格守恒型通流模型为基础，结合计算流体力学求解理论，依次进行了轴流、离心压气机、轴流涡轮部件仿真验证，并最终对一台微型涡喷发动机地面节流特性进行了整机数值仿真验证。结果表明，所发展通流仿真程序求解稳定，能够快速获得发动机各类部件及整机的子午流场及总体特性。其中，整机总体特性预测与实验偏差不大于7%，符合工程应用精度需求。

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纳秒脉冲等离子体激励控制低雷诺数压气机叶栅激波/附面层干扰探索研究

汪一舟, 张海灯, 吴云, 李应红, 盛佳明

工程热物理学报. 2023, 44(4): 903-913.

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为了揭示等离子体激励调控低雷诺数压气机叶栅激波/附面层干扰的机理，本文选取典型超音速压气机预压缩叶型，利用大涡模拟研究了纳秒脉冲等离子体激励对低雷诺数下超音速压气机叶型附面层流动的调控作用。首先对低雷诺数工况下超音速压气机叶型流动特性和叶栅通道激波系结构进行了研究，以此设计了两种等离子体激励布局。研究发现，位于叶片吸力面和压力面附面层分离点前的等离子体激励均可通过诱导产生畸变团，触发分离剪切层的K-H 不稳定并进一步形成展向大涡结构，促进主流与分离区低能流体之间的掺混从而抑制流动分离。同时叶栅通道激波系结构发生改变，分离区形态与通道激波位置相互关联耦合，附面层黏性损失和激波损失占比变化不尽相同。

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基于机器学习的压气机叶型优化设计

赵天铭, 柳阳威, 唐雨萌

工程热物理学报. 2023, 44(4): 914-921.

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现代压气机性能需求日趋严苛，叶型优化工作至关重要。近年来遗传算法在叶型优化设计中得到诸多应用，但是传统遗传算法耗时过大，为解决这一问题本文提出了一种应用主成分分析与人工神经网络的流场重构方法，以及基于该方法的快速评估叶型性能的遗传算法优化流程。数值结果表明，基于该优化流程的寻优结果预测静压比与CFD 计算值的误差低于0.1%，能够有效对叶型性能进行预测；并且该寻优结果与原始叶型相比静压比提升14.7%，效果可观。

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悬臂静子叶栅与高速运动轮毂间隙流研究

郑标颉, 马宇晨, 滕金芳, 朱铭敏, 羌晓青

工程热物理学报. 2023, 44(4): 922-930.

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悬臂静叶结构可以减轻压气机的重量并降低轴向长度，但在高速运动轮毂作用下其叶根泄漏流细节尚不明确。本文采用经过实验数据校准的数值模拟方法探究了高速运动轮毂情况下不同间隙对于悬臂静叶性能和泄漏流场细节的影响。结果表明，当间隙增大时，悬臂静叶总压损失呈非线性增大，近轮毂处叶片载荷峰值先增大后减小且其位置向尾缘方向移动。泄漏流轨迹呈现三区分布，间隙增大使得通道70% 轴向弦长后的高湍动能区在周向和径向范围更大。

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顺–逆向组合气膜孔在涡轮导叶端壁上的应用研究

王志多, 秦康, 吴兴, 齐文娇, 张庆尧, 丰镇平

工程热物理学报. 2023, 44(4): 931-937.

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本文利用经过试验数据验证的RANS 方法，针对高压涡轮导向器端壁双排气膜冷却结构，研究了顺向以及不同顺/逆向组合气膜孔下的端壁流动和气膜冷却特性，探索了逆向孔在涡轮端壁上应用的可行性。结果表明：端壁周向整排逆向孔出流与主流的强烈掺混增强了马蹄涡和通道涡强度并降低了冷气动量，使冷气无法到达下游区域；逆向孔布置在中部近吸力侧的顺/逆向组合方案对端壁涡系影响较小，可使端壁上游冷效明显增加且下游冷效降低较少；逆向孔角度减小，冷效增加，但提升幅度有限；本文提出的顺/逆向组合孔在MFR=1∼3 的范围内，明显改善了顺向孔对端壁上游冷却有限的问题，使端壁65% 轴向弦长之前区域气膜冷效明显提升，且对尾缘冷效的影响较小。

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机器学习在涡轮机械中的应用进展

刘浩, 李国庆, 张深, 李昂, 张燕峰, 卢新根

工程热物理学报. 2023, 44(4): 938-951.

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涡轮机械在工业中广泛应用，是实现能源转化利用的重要载体。随着涡轮机械的不断发展，利用数值仿真和实验手段对其性能改进空间有限，难以满足与日俱增的工程需要。近年来，随着人工智能和数据驱动技术的快速发展，机器学习作为其主要分支，备受关注，在诸多领域展现了巨大的应用潜力。将机器学习应用于涡轮机械，对于涡轮机械部件优化设计具有效率高、可泛化等优点，同时使涡轮机械部件寿命预测、健康监测和故障诊断变得更加智能高效，为涡轮机械发展带来了新的契机。综述了机器学习的基本原理以及经典机器学习算法，对机器学习在涡轮机械部件如叶片、轮盘和密封组件的研究进展进行了系统阐述，分析了机器学习在涡轮机械上述领域应用中的问题及发展趋势。

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间隙泄漏流对轴流泵反向发电水力性能的影响

阚阚, 张清滢, 郑源, 徐辉

工程热物理学报. 2023, 44(4): 952-960.

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本文以轴流泵反向发电为研究对象，采用数值方法研究了叶顶间隙泄漏流动(TLF) 对轴流泵反向发电水力性能的影响机理。与无叶顶间隙的工况相比，TLF 及其诱发的叶顶泄漏涡(TLV) 会导致相同水头下水力效率下降和流量增加。TLF 直接产生的TLV 形式受叶轮叶片流入角度的影响，并且影响叶轮叶片表面的压力分布取决于运行条件。涡量输运方程分析表明，相对涡拉伸项在靠近叶轮壁面区域对TLV 空间发展中起主导作用；在小流量和最优工况下，科氏力项在叶轮中部贡献最大；黏性扩散项作用最小。考虑间隙时，叶顶间隙内的泄漏流动及叶顶泄漏涡使得靠近壁面区域的涡量变化强度明显增强。研究成果为保障水泵反向发电安全稳定运行提供理论依据。

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复杂工况下100 kW 风热机组运行特性分析

陈涛, 钟晓晖, 孙香宇

工程热物理学报. 2023, 44(4): 961-967.

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为进一步研究风热机组实际运行情况，基于黄帝城小镇100 kW 级风热机组在2020-2021 年冬季的实际运行数据，分析了风热机组逐时运行情况、不同风速下的风热机组性能、不同流量下的风热机组性能。得到风热机组逐时特性曲线，机组制热量、COP、一次能源利用率随风速的变化关系，以及流量对机组性能的影响。为风热机组下一步优化运行提供理论支撑。

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S-CO₂ 离心压缩机不同进口条件流场分析

尚鹏旭, 童志庭, 鞠鹏飞, 张超

工程热物理学报. 2023, 44(4): 968-976.

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为了研究超临界二氧化碳(S-CO₂) 离心压缩机在进口条件发生变化时，性能曲线的变化规律和流场内超临界之外区域的变化情况。对某一10 MW 级S-CO₂ 离心压缩机通过改变进口温度和压力来进行定常数值模拟。对不同进口条件下的性能曲线和非超临界区域范围进行分析，得出进口温度越低或进口压力越高时，压缩机的性能越高。压缩机的进口温度或压力越靠近临界点时，压缩机的流场内部越进入非超临界区域，且范围也越大。同时，当压缩机的进口处工质密度相近时，压缩机的效率曲线基本一致。

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ECMO 氧合器血液流动数值模拟及损伤评估

简萌, 罗先武,

工程热物理学报. 2023, 44(4): 977-986.

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为准确获得ECMO 氧合器内血液流动细节，本文以交错排布的120 根中空纤维束构成的简化氧合器为对象，采用基于沉浸边界法(IB) 的自编程序对二维稳态血液层流进行数值模拟。结果表明，中空纤维束区域血液运动黏度变动范围在3.37∼7.04×10⁻⁶ m²/s，模拟时需要考虑血液的流变特性。通过对比IB 自编程序与商业CFD 软件Fluent 的计算结果可知，最大壁面切应力和压降的最大相对误差分别为3.38% 和2.9%，验证了IB 自编程序计算氧合器微间隙流道内血液流动的准确性。与基于多孔介质假设的一维半经验公式相比，IB 自编程序能够反映沿程粘性损失和惯性损失的变化，并可依据切应力累积值、溶血指数、血细胞停留时间三个指标对氧合器血液损伤风险进行综合评估。研究结果可为ECMO 的性能预测、临床运行参数调节提供科学依据。

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一种燃气涡轮叶片气热性能实验台

白波, 董雨轩, 李志刚, 李军

工程热物理学报. 2023, 44(4): 987-993.

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随着行业对燃气轮机和航空发动机的性能需求日益增加，研发高效率、长寿命、低排放和大推重比的先进燃气轮机和航空发动机十分紧迫。由于燃气涡轮叶栅内部流动非常复杂，呈现出高度三维流动特征，因此数值仿真和理论分析难以得到准确、可靠的研究结果，必须要有实验研究，为其提供实验数据加以验证。本文介绍了一种新型燃气涡轮叶片气热性能实验台，该实验台具备实现主流温度阶跃上升能力，采用瞬态红外测量技术(IR) 可完成不同入射角度、不同节距叶栅、不同类型叶栅(静叶和动叶) 的叶栅流动、传热和冷却性能研究。该实验台采用模块化设计，可以实现实验叶栅方便、快速更换，并且开设有实验观察平台，可提供可视化观测和红外温度测量，运用瞬态红外测量技术(IR) 和双线性回归(DLRT) 数据处理方法研究叶栅传热和冷却特性；同时，在该实验台进行了吹风实验，实验结果表明该实验台达到了设计要求，可以进行旁通气路和实验气路瞬态切换。

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超临界水气化制氢耦合金属单质及其氧化物制备的技术探索

康浩鹏, 徐强, 曹泽水, 卢煦旸, 郭烈锦

工程热物理学报. 2023, 44(4): 994-998.

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超临界水气化技术(Supercritical Water Gasification, SCWG) 作为一种很有竞争力的制氢技术，在“双碳” 目标愿景下，积极探索与氢冶金的结合路线具有重要的现实意义。本文提出一种新的技术路线：在同一个反应釜内，超临界水气化制氢的同时，完成金属氧化物的还原，简化冶金流程。从热力学及实验两方面验证了该技术的可行性，在甘油质量浓度2%、5% 及10% 的超临界水气化氛围下，均能迅速还原制取Fe₃O₄、Cu 及MoO₂ 粉末；在甲酸质量浓度50%、60% 及70% 下气化均能实现蓝钨(WO2.9)、紫钨(WO2.72) 的制取，且在50% 质量浓度下，针状结构明显，较少结块。

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CO₂ 吸收过程Rayleigh 对流传质特性格子-Boltzmann 模拟

杨宁威, 丁玉栋, 郭李恒, 朱恂, 王宏, 廖强

工程热物理学报. 2023, 44(4): 999-1008.

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在化工吸收过程中，浓度梯度导致的Rayleigh 对流对气液界面传质具有重要影响，但其强化传质机理尚不明确。本文采用格子Boltzmann 方法研究乙醇与甲醇吸收CO₂ 过程Rayleigh 对流传质特性，将模拟图像与实验观测结果进行对比，并采用不同传质模型对气液传质通量进行分析。结果表明：模拟得到的Rayleigh 对流结构形状、形态演变等与实验结果具有良好的一致性；界面传质扰动是Rayleigh 对流发生的必要条件，在扰动强度10⁻⁶ ⩽ C_D ⩽10⁻⁵ kg/m³ 区间内，Rayleigh 对流临界时间与理论预测值的最大误差约10%；Rayleigh 对流的发生及演化过程可分为三个阶段：扩散传质阶段、Rayleigh 对流起始阶段、Rayleigh 对流演化阶段；对气液传质通量进行预测时，表面散度模型的预测效果优于小涡模型，但表面散度模型预测结果与模拟传质通量具有1 s 的相位差，速度与浓度场并不完全同步；基于Rayleigh 对流发生及演化过程的分阶段性，提出混合模型描述Rayleigh 对流传质特性，该模型对传质通量预测的拟合度超过0.9，能很好地预测溶液吸收CO₂ 的传质过程。

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压裂液返排冲刷支撑剂颗粒的DEM-CFD 模拟研究

张矿生, 陈宝春, 吴勇, 马新星, 牟春国, 王文雄, 何飞宇, 王浩, 吕友军

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1009-1014.

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支撑剂回流是压裂液返排过程中重点问题之一。目前普遍认为压裂液返排流速对于支撑剂颗粒堆的稳定性具有重要影响，并有研究明确了压裂液返排的临界流速条件。本文通过计算流体力学和离散颗粒元(CFD-DEM) 的耦合仿真，对目前已有的支撑剂回流临界返排流速计算模型进行验证，研究了支撑剂颗粒参数(粒径和密度) 和流道次缝对于临界返排流速的影响并揭示了相应的流动机理。研究结果可为优化压裂液返排流程提供理论指导。

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气体横掠顺排管束流动特性实验研究

谢箫阳, 马安祥, 赵后剑, 李晓伟, 吴莘馨

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1015-1022.

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螺旋管式换热器换热系数高且结构紧凑，被用于高温气冷堆蒸汽发生器及中间换热器。这类换热器壳侧为有壁面包围的横掠管束流动，而壁面的存在会对横掠管束流动产生一定影响。本文中采用分裂式热膜测量了不同管距管径比(P/D) 和不同雷诺数(Re) 下横掠顺排管束流动管间和管后的速度分布。讨论了流动充分发展区域P/D 、Re 对管间和管后时均速度分布的影响。然后分析了P/D 、Re 对管间和管后雷诺正应力分布的影响。选取Re = 35875 的结果，从频谱角度分析了产生不同雷诺正应力分布的原因，并比较了P/D 对管间速度频谱的影响。

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脉管制冷机室温换热器强化辐射换热研究

李政坤, 俎红叶, 戴巍, 李永, 李珂, 李江涛

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1023-1029.

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脉管制冷机是目前最常用的高效小型低温制冷机之一。相对于主动散热，采用被动散热的室温换热器具有可靠性高与使用便捷等优点。辐射换热强化是提高室温换热器性能的一种方法。本文选取了一种小型脉管制冷机，研究在其主肋片换热器表面涂覆高发射率涂层对整机散热性能的影响。在自然对流条件下实验，对比涂覆高发射率涂层前后制冷机的运行温度。结果表明，喷涂高发射率涂层后，制冷机电机温度基本不变，冷指下方的辅助肋片换热器温度下降了约1∼2^◦C，而主肋片换热器温度下降了约3∼4^◦C。通过理论推算得，改变发射率前后主肋片换热器的辐射换热占比从8.6% 提升至29.7%。结果证明强化辐射换热降低了制冷机室温换热器的工作温度，是一种改善小型制冷机散热的可行方法。

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高速旋转流动中泰勒涡转捩点理论研究

陈俊斌, 郭朝红, 姜玉雁, 梁世强, 陈步泽

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1030-1040.

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本文基于超临界二氧化碳涡轮主轴轴间的旋转流动过程，开展了高速转轴环形间隙中流动特性的理论研究。通过已有的实验数据对数值计算方法进行验证，并在泰勒数Ta=6.63×10¹⁰∼6.37×10¹¹ 的范围内研究多种因素对泰勒涡形成的影响。结果表明：在研究范围内，环形间隙中会形成泰勒涡，并且泰勒涡转捩点与长宽比、半径比、泰勒数和轴向雷诺数有关。同时，增大质量流量、降低转速、减小长宽比和增大半径比能抑制泰勒涡形成，提高流动稳定性。最后，通过整理数值结果获得了针对超临界二氧化碳泰勒库埃特泊肃叶流的泰勒涡转捩点的经验关联式，其平均误差为5.3%。

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基于截面重构的液流电池内部多组分输运强化

肖国震, 杨国安, 谭占鳌, 褚凤鸣

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1041-1049.

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有机液流电池以其低廉的价格和优异的电化学性能受到广泛关注。本文以醌-铁有机液流电池体系为研究对象，建立了多孔电极内部多组分输运模型，并搭建实验台验证了其可靠性。基于传统的蛇形流道，本文研究了流道截面形状对多孔电极内部多组分输运过程和电池性能的影响机理。结果表明，与传统矩形截面流道相比，在相同操作条件下半圆形的截面流道消耗更低的充电电压并且具有更高的放电电压。相较传统矩形截面流道，具有半圆形截面流道的电极均匀性因子最多提高了7.4%。且在电极四分之三切面处，半圆形截面流道电极的反应物浓度比传统电极高10.8%，大幅增强了活性离子的输运。半圆形的流道截面的提出，有利于基于有机液流电池大规模储能技术的发展。

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基于LBM 的多孔陶瓷有效热导率和相变传热分析

冯光鹏, 邱琳, 冯妍卉, 张欣欣

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1050-1056.

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多孔氮化铝陶瓷具有高导热、耐熔盐腐蚀等优点在相变材料封装方面具有较大应用前景。本文采用微米计算机断层扫描(CT) 得多孔氮化铝的灰度图像，并精准重构三维孔隙结构。并采用四参数随机生长、堆积颗粒、维诺结构等数值方法建立结构模型。基于介观尺度的格子玻尔兹曼方法(LBM)，计算了多孔陶瓷的有效热导率，结果表明维诺结构与CT 真实重构的热导率接近。采用三维焓法LBM 模拟了多孔骨架内的相变传热过程，获得了孔隙尺度对流相变的传热机理，并分析了不同孔隙率时的储热密度和复合材料的有效热导率。基于CT 扫描和LBM 的相变传热模拟有助于快速分析骨架的热特性，为多孔骨架的设计提供理论基础。

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白光激光二极管封装中荧光材料导热强化研究

薛淞, 谢斌, 罗小兵

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1057-1063.

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如何降低荧光粉层的温度是白光激光二极管亟待解决的问题。六方晶体氮化硼(hexagonal boron nitride, hBN) 是一种高导热材料。目前的研究集中于将hBN 随机分布在荧光粉层，但对导热的增强十分有限。本文提出一种基于气泡模板的三维互连hBN 导热网络构建方法。通过数值模拟探究了hBN 体积分数等因素对模型导热性能的影响。结果表明导热系数随hBN体积分数和气泡体积分数增加而增加；几乎不随气泡粒径变化。最后制备了互连hBN 网络的荧光粉层，通过光热测试验证了其优异的性能。

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水平管内超临界二氧化碳非均匀冷却对流传热特性研究

周金枭, 张世杰, 李逍霄, 刘朝, 徐肖肖

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1064-1073.

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针对超临界CO₂ 空冷换热器中存在的非均匀传热问题，本文利用数值模拟计算了水平空冷翅片管中管壁热流分布规律及超临界CO₂ 在非均匀冷却时的换热特性，同时分析了非均匀冷却工况下不均匀度、质量流量和浮升力等因素对换热规律的影响。结果表明：翅片管热流密度沿周向管壁位置呈现显著的不均匀分布，且不均匀度随风速增大而增大；超临界CO₂ 非均匀冷却的平均换热系数在远离准临界点时高于均匀冷却，靠近准临界点时低于均匀冷却；非均匀冷却与均匀冷却的差异随不均匀度、质量流量增大而增大。CO₂ 在准临界点处的非线性物性变化与浮升力作用是造成两者差异的主要原因。

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杏鲍菇热风干燥中热质传递的实验及模拟研究

刘鹤, 焦俊华, 田友, 王燕令, 吴学红

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1074-1081.

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杏鲍菇作为一种营养价值高、市场需求量大的典型食用菌，热风干燥是其主要加工方法。本文以干燥条件和切片厚度为实验变量，探究热风干燥中杏鲍菇切片的干燥特性(干基含水率、干燥速率) 随时间的变化规律。考虑切片的收缩变形和热物性(导热系数、比热容) 随含水率的变化关系，建立了热风干燥条件下杏鲍菇切片的热质耦合数值模型。结果表明：杏鲍菇切片的干燥速率随干燥温度的升高而增大，随切片厚度的增加而减小；杏鲍菇切片在对流干燥过程的收缩变形存在明显的非线性，尤其是在降速干燥阶段。并且，数值模型的预测结果与实验测试数据吻合良好，为准确预测杏鲍菇切片的热风干燥特性提供了依据，对菌类干燥工艺优化有重要的指导意义。

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燃料电池开槽流场传热传质过程三维仿真分析

白鸿玮, 张国宾, 屈治国, 张剑飞

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1082-1087.

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质子交换膜燃料电池广泛应用于电动汽车领域，流场设计对于电池性能具有重要影响，本文通过三维多相多物理场数值模拟，研究了三种不同流场对电池内部气体分布、温度分布以及除水性能等的影响。结果表明，开槽的流场设计能够显著强化肋下的横向传质，相比平行流场，其气体、温度、电流密度、液态水分布的均匀性有明显改善，性能有所提升。

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基于迁移学习和物理约束的温度场重构方法

李地科, 刘忠信, 邱璐, 陶智, 朱剑琴

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1088-1095.

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通过少量离散的测点准确重构完整温度场可以方便快捷地大幅扩充测量数据，在航空航天等领域具有重要意义。本文以三维平板气膜冷却温度场重构问题为例，提出了一种基于迁移学习和物理约束(TL-PINN) 的三维温度场重构方法。首先将导热方程加入神经网络损失函数作为约束，并通过其他工况的丰富数据进行预训练，再迁移至目标域内，通过少量测点微调训练得到最终模型。基于数值仿真数据进行模型的训练和测试，结果显示，相比于常规前馈神经网络和物理约束神经网络，TL-PINN 具有更低的温度场预测误差和更少的模型训练时间。并且考察了不同可训练层和源工况条件对最终模型温度预测能力的影响，发现仅训练部分隐藏层可节约训练时间，源工况条件对模型的影响较小。

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环境温度对纸基微流体燃料电池性能影响的实验研究

刘智, 马继成, 杜青, 焦魁, 白富强, 王博文, 樊林浩

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1096-1102.

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随着诊断和传感领域中小型电子设备对便携式、可持续、清洁电源的需求，刺激了对新型微型电源的研究与开发。纸基微流体燃料电池凭借其结构简单、成本低廉、无污染的特点逐渐成为医学诊断微型电子设备最有前景的供能装置。本文研究了环境温度、燃料浓度对纸基微流体燃料电池输出性能的影响，并且研究了高温下纸基微流体燃料电池的耐久性。研究结果表明，随着环境温度的增大，催化活性不断增强，电池内部离子传输阻力减小，燃料电池输出性能不断提高，温度为45^◦C 时，燃料电池性能达到最优，其峰值功率密度为22.26 mW/cm²；提高燃料浓度有利于增强电池内部离子传输速率，减少离子传输阻力，使得电池性能提升；在高温下长时间工作，电池催化剂活性下降，内部离子传输阻力增大，电池性能下降。

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多孔介质中气泡卡阻的可视化实验研究

张智昊, 吴睿, 赵长颖

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1103-1109.

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气泡卡阻是多孔介质两相输运过程中的一个重要现象，但是气泡卡阻的动力学和几何条件一直未被系统地研究。本文使用二维孔网络模型，对注射到多孔介质中气泡在浮力作用下的形成、迁移和卡阻现象进行了可视化研究。研究发现，孔喉系数为1 的多孔介质中气体在不同注射速率下均不发生卡阻，而孔喉系数为0.33 的多孔介质中卡阻大量发生。基于上述实验现象进行建模，结果显示，较大的Bo 数不利于气泡的卡阻；适中的孔喉系数有利于气泡的卡阻。

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匀强电场下TiO₂-H₂O 纳米流体沉积及传热特性研究

王景涛, 孙鸿剑, 商辉, 徐志明, 贾玉婷

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1110-1117.

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为探究匀强电场下纳米流体在换热表面上的沉积特性，以两步法制备的TiO₂-H₂O 纳米流体为研究对象，依托环形可视化在线监测实验台，通过改变匀强电场强度探究电场强度对TiO₂-H₂O 纳米流体在换热表面上的沉积与传热特性。结果表明：电场的施加对TiO₂-H₂O 纳米流体在换热表面沉积影响显著。其污垢热阻渐近值随着电场强度的加强先减小后增大，当电场强度E=30 kV·m⁻¹ 时对应的污垢热阻渐近值最低，抑垢率为32.13%。电场的施加还可以有效地延长清洁状态时长，在这一过程中，纳米颗粒不会沉积在换热表面导致传热性能的降低。此外，电场的施加还可以有效延长总传热系数的下降时间，当电场强度在30 kV·m⁻¹ 时，纳米流体中颗粒沉积对传热系数的影响最小，为33.2%。

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森林阴燃火排放特性：研究前沿与展望

秦蕴竹, 胡玉琦, 黄鑫炎

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1118-1134.

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森林阴燃火是世界上最大尺度的燃烧现象之一，其排放在全球大气碳循环中扮演着重要的角色。然而其产生并累积的复杂排放物会导致区域性的雾霾灾害，严重威胁居民和消防人员的健康安全。尽管林火排放给社会经济生活带来诸多不良影响，但目前对森林阴燃火排放特性的科学认识还不足。本文总结了阴燃与明火排放的差异、影响阴燃排放的因素，以及在不同尺度研究中用于不同森林可燃物排放的测量方法。此外，本文还统计汇编了文献中包含主要火灾气体和颗粒物产物在内的排放因子数据，分析发现除CO₂ 及CO 外，森林阴燃火产物的排放因子随分子质量的增加而逐渐减少。本文有助于提高对阴燃排放的科学认知，为防治由阴燃林火导致的雾霾灾害提供了丰富的数据基础。

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不同堆积方式下碳黑颗粒氧化特性的实验研究

孟忠伟, 张植琳, 蒲平, 王攀

工程热物理学报. 2023, 44(4): 1135-1145.

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本文将自由堆积和DPF 中错流沉积碳黑颗粒的氧化再生进行对比，从气体排放、颗粒物排放、氧化再生效率以及能量利用率进行分析，探索DPF 再生时气体和颗粒排放规律和特性。实验结果表明：自由堆积碳黑颗粒受热升温快，生成的CO/CO₂气体很快达到峰值，但氧扩散受限，气体达到峰值后缓慢下降。DPF 载体传热缓慢，错流沉积碳黑颗粒氧化产生气体的出峰时间延后，但来流充分与颗粒接触，生成气体峰值大，再生迅速且效率高，排出的颗粒物数量浓度升高，且存在大粒径颗粒物释放现象。提高温度，两种堆积方式的氧化再生效率增加，实时效能比先升高后下降，存在最佳的加热时间。本文研究结果将为探索DPF 再生时出口颗粒排放特性，颗粒物来源分析奠定理论基础和实验参考。

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