工程热物理学报

Select

赵帮健, 张涛, 谭军, 赵永江, 谭涵, 薛仁俊, 党海政

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1147-1153.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

2 K 温区在深空探测、亚毫米波探测、低温超导以及量子信息等众多领域中具有独特应用，基于此背景，本文开展了2 K 温区两级节流JT 制冷机的理论和实验研究，建立了制冷机模型，进行了两级节流热力学分析，并对其关键运行参数进行分析与优化。在相同的制冷温度下，所研制的2 K 温区两级节流JT 制冷机较单级节流JT 制冷机性能(8 mW@2.2 K) 有37.5%的提升，在2.2 K 能获得11 mW 的制冷量，且最低无负荷温度能达到2.13 K。

Select

人工冰场CO₂ 制冷及热回收系统性能分析

耿旭东, 周啸虎, 李锋, 司春强, 马进, 邵双全

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1154-1160.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对人工冰场的制冷及热回收需求，提出了一种新型的CO₂ 并行压缩循环，对其进行热力学分析，并与常规循环和喷射循环进行对比，结果表明，并行压缩循环的制冷系数最高，而且随着环境温度降低而升高，该循环在跨临界运行时的最佳排气压力要低于常规循环；并行压缩的热回收量最小，但是制热系数和综合COP最高，而且随着环境温度降低，热回收量和制热系数会降低而综合COP会升高；该系统在全年范围内都能提供高效的制冷以及热回收性能。

Select

蓄冷能力对液氢贮箱蒸气冷却屏瞬态特性的影响

蒋文兵, 胡聪, 孙培杰, 李鹏, 黄永华

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1161-1168.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

蒸气冷却屏可有效降低贮箱漏热，延长低温流体贮存时间。为明确间歇性排气下蒸气冷却屏是否有足够的蓄冷能力能够在短时排气过程中充分蓄存/回收低温气体冷量，本文针对液氢贮箱绝热结构建立了耦合真空多层绝热与蒸气冷却屏的瞬态传热模型，研究了间歇性排气下液氢贮箱外部绝热结构和内部气液相的热力参数变化规律，讨论了绝热结构瞬态温度分布随蒸气冷却屏蓄冷能力的变化特性，对比分析了蓄冷能力对蒸气冷却屏绝热性能的影响。

Select

R1233zd(E) 热稳定性及热解机理的实验和理论研究

辛立勇, 余伟, 刘朝, 李期斌, 霍二光, 吴闯

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1169-1176.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

有机朗肯循环(ORC) 是一种前景广泛的热电联产技术，R1233zd(E) 是一种在ORC 中表现良好的环保型有机工质，有机工质的热稳定性对于工质在ORC 中的应用至关重要。本文采用实验和理论方法对其热稳定性及热解机理进行了研究。采用高温高压反应釜研究了热解气态产物、热解固态产物、热解温度区间和压力对热解的影响等。通过ReaxFF 模拟方法研究了工质的主要热解路径、压力和分子结构对热解的影响。结果表明，R1233zd(E) 热解的主要气态产物是HF 和HCl, 热解中有黑色固体生成，R1233zd(E) 的热解温度区间为250∼270^◦C，压力对R1233zd(E) 热解速率无明显影响, R1233zd(E) 的热解路径主要有均裂反应和抽提反应两大类。

Select

涡轮叶顶泄漏控制研究进展

傅力宏, 张雪辉, 陈海生, 王星, 张金凤, 周鑫, 秦伟

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1177-1198.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

通过归纳国内外涡轮叶顶泄漏控制研究，总结了轴流、向心涡轮采用的叶顶泄漏控制方法及取得的研究进展，分析了不同控制方法的特点和不足，最后对涡轮叶顶泄漏控制方法的发展趋势进行了展望。目前，带冠轴流涡轮叶顶泄漏控制方法除了传统的迷宫密封，还有蜂窝密封、干气密封等；不带冠轴流涡轮控制方法种类较多，可细分为主动控制方法和被动控制方法；开式和半开式向心涡轮控制方法目前仅有叶型优化和机匣开槽；闭式向心涡轮控制方法较为单一，以迷宫密封为主。轴流涡轮中多种泄漏控制方法耦合具有较好的应用前景；开式和半开式向心涡轮中综合有效的叶顶泄漏控制方法，以及闭式向心涡轮轮盖空腔非设计工况和非定常工况下的泄漏特性有待进一步研究。

Select

近失速工况离心压气机叶顶非定常流动的数值与实验研究

赵阳, 席光, 赵家毅, 杨党国

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1199-1208.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文选取大尺寸离心压气机为研究对象，将动态压力实验测量与全通道三维数值模拟结合起来研究了进口导叶预旋对压气机叶轮内部流动特征的影响，阐释了近失速工况叶轮叶顶间隙非定常流动的发展机理。首先，0^◦ 预旋下近失速工况叶轮前缘会发生峰值频率为343 Hz 的宽频谱扰动，不同的导叶预旋能够促进或抑制该非定常扰动的发生；其次，叶顶间隙涡与主叶片吸力面分离流相互作用在叶轮叶片吸力面附近形成低速区，叶顶间隙流是否前缘溢流决定了自激非定常扰动的发生与否。

Select

超临界二氧化碳循环离心压缩机性能与流场分析

张磊, 董铮, 杨振宇, 孙恩慧

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1209-1218.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂) 布雷顿循环的核心部件之一。本文以多级回热过程的热力学分析为基础，完善适用于S-CO₂ Brayton 循环热力设计，为不同循环结构的压缩机选择等熵效率合理适用范围。通过对叶轮内部流场模拟，分析压缩机性能，发现本文设计的叶轮模型在转速60000 r/min 时具有最高的等熵效率。存在一个最佳的进口温度和压力使叶轮内的低温低压区域最小。随着流量和转速的增加，相变或冷凝区域范围会进一步增加，为超临界二氧化碳离心压缩机内部流场数值模拟的准确性和S-CO₂ 循环机组中压缩机的初步设计提供参考。

Select

非设计攻角下气膜冷却掺混损失模化研究

贾惟, 穆晗冬

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1219-1227.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

气膜冷却能够对涡轮叶片表面起到良好的保护作用，但是在非设计状态下，边界层、冷气与主流的相互作用对涡轮气动性能产生不利影响。采用数值模拟的方法，研究了不同来流攻角下冷气的气动参数对掺混损失的影响规律。根据冷气与主流的动能比将主流与冷气的掺混过程分为低吹风比和高吹风比两种典型的模式。当动能比大于1 时，掺混损失与动能比存在着线性关系；当动能比小于1 时，掺混损失与吹风比存在着线性关系。基于主流与冷气不同的掺混模式并考虑攻角的影响，发展了一种预测非设计攻角下掺混损失的模型进行了初步验证。结果表明，大部分工况下掺混损失的预测结果与数值模拟结果的偏差在10%之内。

Select

机匣高速相对运动下温度比对凹槽叶顶气动换热特性的影响

李杰灵, 严冬杰, 蒋红梅, 谢文博, 卢少鹏, 张强

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1228-1233.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对航空发动机高压涡轮实际运行工况中来流和涡轮叶片表面的巨大温差，本文以典型凹槽叶顶结构为研究对象，综合考虑静止和机匣高速相对运动条件，开展不同主流–壁温温度比对叶顶表面气动换热特性的影响研究。以课题组实验结果作支撑，对比分析温度比0.6 和0.9 的数值模拟结果。研究结果表明，随温度比降低，叶顶换热系数明显增加，特别是在机匣相对运动条件下更为明显；凹槽内部和机匣壁面附近流体密度增大，黏度减小，雷诺数明显增加，使得凹槽内旋涡结构位置和尺度发生变化，进一步影响泄漏流动。

Select

基于水滴型前缘修型的超高负荷低压涡轮流动调控机理研究

薛亚鹏, 李紫良, 吴艳辉, 史旭阳

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1234-1243.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文以某超高负荷低压涡轮叶栅(载荷系数Zweifel=1.57) 为研究对象，借助经过实验数据校核的高精度数值方法，采用拉丁超立方分层抽样技术参数化探究了不同水滴型弧状前缘几何对端区流动损失的影响。在此基础上，明晰了前缘修型结构引入前后端区流动特征及流动损失变化机理，对比了叶栅端区涡系结构尺度。研究表明：优选水滴型弧状前缘修型结构削弱了前缘马蹄涡强度，重构了超高负荷低压涡轮叶栅的端区涡系结构，使得栅后总压损失系数降低4.11%。研究结果为超高负荷低压涡轮端区流动控制技术的发展提供了理论支撑。

Select

高压涡轮动叶机匣颗粒物沉积效应的非定常数值研究

郝子晗, 杨星, 丰镇平

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1244-1252.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

航空发动机高压涡轮动叶叶顶区域的流动和传热特性对机匣表面的颗粒沉积物十分敏感。本文针对航空发动机第一级高压涡轮，通过用户自定义函数以及动网格更新技术，采用非定常数值模拟方法，研究了颗粒污染物在高压涡轮动叶通道机匣表面的沉积特性以及沉积物对叶顶区域气动和传热性能的影响，并比较了平叶顶和凹槽叶顶结构导致的沉积特性和气热性能差异。结果表明，颗粒物在动叶通道机匣表面的沉积特性对于叶顶结构并不敏感，颗粒物主要沉积在叶顶中弦附近区域的机匣表面，沉积物沿周向周期性地呈梭形带状分布。颗粒物沉积后，主流在流经机匣表面后会发生流动分离，使得机匣表面的热负荷降低，但会导致平叶顶中后弦区域的热负荷增加。

Select

矩形微通道中气–非牛顿流体两相流实验研究

李清玉, 王贵超, 刘竞婷, 陈颂英,

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1253-1263.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文通过实验研究了空气与非牛顿流体在小尺寸矩形微通道中的两相流动特性，给出了在不同气液两相流速下的流型图。同时比较了气液两相流速，液相黏度，表面张力，微通道尺寸对各流型分布区域以及Taylor 气泡/液柱长度的影响。发现气液两相流流速变化对流型区域的影响极为明显，而黏性力和表面张力只是在局部范围改变了流型分布。Taylor 气泡长度随气液两相流速比增大而增大，随液相黏度及表面张力增大而减小。液柱长度随液相黏度增大而增大，随两相流速比及表面张力增大而减小。最后，我们给出了基于无量纲数J_G/J_L，Re 和Ca 的Taylor 气泡/液柱长度预测公式，公式预测结果与实验结果基本一致。

Select

横荡条件下不稳定射流压力振荡主频实验研究

魏鹏博, 唐鑫莫, 岳林, 陈伟雄, 赵全斌, 种道彤, 严俊杰

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1264-1269.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

蒸汽浸没射流具有高效的传热传质特性，在核反应堆等相关系统中有重要应用，但其凝结过程会产生压力振荡，危及相关设备的安全稳定运行。本研究对横荡条件下不稳定射流的压力振荡主频进行了实验研究，获得了不同横荡参数对压力振荡主频的影响规律。研究结果表明，横荡条件下不稳定射流的压力振荡主频高于静止条件下，在横荡周期为2 s，横荡幅值为70 mm时，压力振荡主频最大增幅达到102.7%，并且压力振荡主频随着横荡周期和过冷水温度的增加而减小，随着横荡幅值的增加而增加。

Select

电场作用下气泡在介电介质中的形成及聚并特性研究

苏巧玲, 王军锋, 张伟, 吴天一

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1270-1276.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文采用高速摄像技术, 对非均匀电场作用下气泡在介电介质中的形成及聚并行为进行了可视化实验研究，重点探讨了气体流量和施加电场强度对气泡行为的影响。结果表明，电场强度的增强在缩短气泡形成周期的同时，显著缩小气泡体积，并进一步促进了气泡初始运动速度的提高；随着电场强度的提高，因极化力的主导而存在一个临界电场强度，使得介电介质中气泡的聚并行为特性发生突变，气泡因此能在一定范围内保持相互独立，且临界电场强度值受气体流量不同的影响而存在差异。

Select

原油吸附对含水率电容探针测量的影响

高根英, 李珊珊, 袁伟, 简霖, 白博峰

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1277-1282.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

原油含水率测量在石油工业生产中起着非常重要的作用。基于电容探针的原油含水率传感器在实际使用时，原油会吸附在探针表面，进而影响探针测量的灵敏度。本文主要对探针表面原油吸附特性进行试验分析，研究发现温度及含水率是影响原油吸附的主要因素，原油黏度随温度的升高而减小，导致原油吸附量越少。温度越低，含水率对原油吸附的影响越大。实验结果表明，原油与探针壁面之间的吸附属于物理吸附，根据等温吸附模型可描述原油在探针表面的吸附过程，建立了原油吸附之后的探针的输出信号与含水率之间的关系，为原油含水率的在线测量提供了理论基础。

Select

典型流化床内非球形颗粒流动行为模拟研究

任安星, 夏靖达, 唐天琪, 何玉荣

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1283-1289.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

气固流化床在能源、化工、制药、冶金等众多工业领域有着广泛的应用。本文通过耦合计算流体力学和离散单元模型的模拟来评估典型流化床中非球形颗粒的流动行为。结果表明，典型流化床内球形颗粒的旋转颗粒温度分布接近各向同性，非球形颗粒的旋转颗粒温度分布呈现明显的各向异性。随着颗粒长径比的增加，颗粒的平动颗粒温度和旋转颗粒温度增大，意味着颗粒平动和旋转速度的脉动加剧。

Select

基于静电耦合电容传感器的颗粒流动速度测量

许世朋, 李健, 鲁端峰, 李斌, 许传龙

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1290-1295.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

建立了基于非接触圆环状静电耦合电容传感器的颗粒流动速度测量系统，并对稀相气力输送过程中不同含水率的颗粒进行了流动速度测量实验研究。结果表明：颗粒含水率严重影响静电与电容信号强度；颗粒流动过程中的低速聚团几乎不影响静电互相关速度测量结果，但会使得电容信号互相关速度偏离颗粒流动主流平均速度；通过对电容信号进行加窗处理可以准确提取颗粒流动过程中的主流平均速度和聚团速度。

Select

分流式微通道换热器的结构设计和性能优化

马圣洁, 江海河, 程庭清

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1296-1303.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为满足电子电路、燃料电池、激光器等精密仪器及器件的持续高效散热需求，本文设计了一种基于冲击流动的分流式正弦型微通道换热器，传热效率更高，压降损失更小，加工工艺更简单。本研究主要通过热–流–固耦合的数值模拟方法，对比了微通道宽度、深度、形状及分流结构对换热器传热和流动特性的影响。模拟结果表明：带有8 个分流通道的分流式正弦型微通道换热器的综合性能最好，微通道长、宽、深尺寸为30 mm×0.4 mm×2.5 mm，在冷却液流量为0.6 mL·s⁻¹ 时，总热阻为0.247 ^◦C·W⁻¹。在实际工作中，换热器总热阻为0.395 ^◦C·W⁻¹，压降损失也较小，所得实验结果与模拟结果基本吻合，相比于预设计的换热器和大通道换热器，优化后的正弦型微通道换热器在传热和流动性能方面均获得了显著提升。

Select

可见红外双波段智能伪装织物

廖雨田, 王晨逸, 毛铭冉, 刘辉东, 刘抗

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1304-1308.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着红外侦测技术的快速发展，提高热物体的红外伪装能力在国防领域具有重要意义。本文提出一种可见红外双波段智能伪装织物，利用纳米多孔吸湿膜红外发射率的温度自适应性，实现织物红外动态伪装；并利用红外透明的表层设计织物颜色，实现可见与红外兼容伪装。实验表明，当织物温度在22∼64^◦C 之间变化时，其红外发射率能在0.95∼0.38 范围内自适应调节。该织物将可见颜色与红外辐射的调控集于一片柔性布上，在可见红外兼容智能伪装技术领域具有一定的应用前景。

Select

固体氧化物燃料电池阳极微结构三维数值模拟

李强强, 薛顶喜, 马帅, 张兄文, 李国君

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1309-1315.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

固体氧化物燃料电池(SOFC) 是一种清洁高效的发电设备，其电极微结构直接影响电池的电化学性能。本文通过X-ray技术获取了SOFC 阳极微结构，将电荷和物质传导定义在体相材料，将电化学反应定义在三相边界线上，建立了SOFC 阳极电化学–传质耦合的三维微观模型，对比了两个微结构在80^◦C 条件下的极化特性。研究表明微结构对电极内部物理场分布有极大影响，越靠近电极电解质界面，活化极化和离子电势波动越强烈。电极孔隙相细小的喉附近存在较大传质阻力，形成明显浓度极化跳跃。活化极化和欧姆极化大小相当，各占据总损失的45% 以上。本文模型可用于研究微结构改变引起的电池退化和电极的优化设计。

Select

面向微通道换热器的耐久性超疏水涂层调控及其抑霜性能

刘晓腾, 章舒圣, 黄海, 黄宁杰, 董传帅, 张立志

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1316-1322.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本研究针对微通道换热器提出了一种具有良好耐久性的超疏水涂层制备方法。首先采用一步水热法原位合成具有微纳二级粗糙结构的锌铝水滑石(Zn-Al LDH)，再通过电化学沉积法在表面沉积低表面能物质。水热法制备的粗糙结构很好的保护了电化学沉积得到的低表面能薄膜，增强了超疏水涂层的耐久性。同时，电化学测试发现，基体的自腐蚀电位从−1.454 V 正移至−1.2989 V，腐蚀电流密度从纯铝微通道表面的2.564×10⁻³ A·cm⁻² 降低到5.2×10⁻⁶ A·cm⁻²，显示出超疏水微通道换热器具有极好的耐腐蚀性能。此外，超疏水微通道的结霜实验和模拟结果表明其具有良好的抗结霜性能。

Select

基于纳米金针尖增强的亚表层光热效应研究

方宇欣, 陈熠新, 岳亚楠

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1323-1329.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

金纳米针尖激发的光场增强和光热效应在材料表面加工和激光辅助制造方面应用前景广泛，但其能量产生和转化机制的理论分析却鲜见展开。本文通过数值模拟研究了金纳米针尖与光相互作用的光场增强和光热效应。首先研究了独立金针尖的近场增强与入射波长和入射角度的关系。在波长为532 nm 的平行光照射下，距离针尖表面10 nm 处最大的电场增强高达约66 倍。在针尖下方设置硅基底，针尖与硅基底的间隙中出现更强的光场增强，同时在硅基底的亚表层中产生热源。当入射光的功率密度为2×10⁷ W/m² 时，该热源的能量密度高达3×1015 W/m³。在针尖下方设置单层石墨烯，增强效应形成的纳米尺度热源可以穿透单层碳原子使石墨烯被加热55 倍。

Select

高热流条件下过冷沸腾CHF 试验及神经网络预测研究

颜建国, 郑书闽, 郭鹏程, 周淇, 王帅, 刘坤, 朱旭涛

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1330-1340.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文试验研究了10∼15 MW/m² 高热流条件下过冷水流动沸腾的临界热流密度(CHF)，并聚焦其预测方法。分析了热力学干度、质量流速和压力等参数对过冷沸腾CHF 的影响。结果表明，随着热力学干度的增加，CHF 近似线性降低。CHF随着质量流速增加而增加，但当靠近饱和点时，增加趋势逐渐减弱。在本文试验数据的基础上，搜集了文献中公开的实验数据，构建了高热流过冷沸腾CHF 数据集(共709 组)，采用经验关联式和神经网络模型两种方法进行了预测，并定量评估了7 个经验关联式和3 个神经网络模型(BP，GA-BP 和MEA-BP) 的预测性能。结果显示，神经网络算法的预测性能相较于传统关联式有显著提升，其中，MEA-BP 神经网络的预测效果最优，其平均绝对误差为15.61%，均方根误差为21.56%。

Select

涡轮叶片不同肋倾角交错肋冷却流动与传热研究

吕玥萱, 罗稼昊, 饶宇

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1341-1347.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

交错肋是航空发动机涡轮叶片的一种高性能内冷结构，为研究涡轮叶片内部交错肋冷却结构的流动和传热特性，针对30^◦、35^◦ 和45^◦ 三种肋倾角的交错肋结构进行了雷诺数在17000∼70000 之间的稳态传热实验和数值模拟研究。数值计算的有效性通过与实验结果进行对比得到充分验证。实验结果显示，在子通道个数和雷诺数均相同的情况下，平均Nu 数和摩擦因子均随肋倾角的增大而增加；对比30^◦ 倾角的交错肋结构，45^◦ 倾角交错肋结构的平均Nu 数增加了40.7%，摩擦因子增加了204.9%，综合传热性能提升了13.4%。数值计算结果显示，肋倾角的增大不仅增强了转向区域的冲击作用，而且加强了对侧子通道间的流动掺混，从而达到强化传热的效果。

Select

石墨烯与hBN 周期性堆叠的调制器增强近场热辐射

李聪颖, 张纪红, 王波, 韩晓政

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1348-1356.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文在近场辐射传热装置的发射端与接收端之间引入一种基于石墨烯(Graphene) 和六方氮化硼(hexagonal boron nitride, 简记为hBN) 薄膜交替堆叠的多层结构的调制器，与石墨烯覆盖的单层hBN 结构(G-hBN-G) 相比可以在不改变发射端和接收端参数的情况下增强近场热辐射，经计算在N(调制器中hBN 薄膜层数)=16 时近场辐射热流增强了2.4×104 W/m²。石墨烯覆盖的多层hBN 结构与G-hBN-G 结构的近场辐射热流随着调制器厚度的增加均逐渐减小。本研究的结果有助于控制近场辐射的热传递，理解石墨烯覆盖的多层hBN 结构的调制器对3-物体体系近场热辐射的调控特性，为有关热辐射产品的研发和制造提供理论基础。

Select

变密度多层低温绝热结构的性能比较与分析

许张良, 谭宏博, 吴昊

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1357-1365.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为探究航天低温领域的轻质高效绝热技术，探究能够满足重量和绝热性能要求的变密度多层绝热结构，本文总结归纳了两种变密度多层绝热结构类型，利用逐层传热模型对两类变密度多层绝热结构的热流密度、层间温度分布特性进行仿真，并与定密度多层绝热结构进行对比分析。结果表明，重量保持不变时，采用减小低密度区间隔物相对密度、增大间隔物厚度的变密度多层绝热结构，热流密度较定密度多层绝热结构显著降低，是一种适用于低温液体贮存的轻量化、性能优良的低温绝热技术。本文的研究厘清了体现重量和绝热性能优势的变密度多层绝热结构，为今后开展变密度多层绝热结构优化的相关研究提供参考。

Select

烧结电镀强浸润管壁结构强化R245fa 流动沸腾特性的实验研究

曹泷, 王光辉, 郭家驹, 赵露星, 杨辉

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1366-1375.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

实验研究了有机工质R245fa 在内径为10 mm 的不锈钢光管和烧结电镀多尺度镀层强化管内的流动沸腾传热特性。实验工况为：饱和压力0.6 MPa，质量流速189.3∼708.14 kg·s⁻¹·m⁻²，热流密度4.94∼44.74 kW·m⁻²，干度0.01∼0.9。实验结果表明：实验条件下观测到分层流与环状流两种流型，发现管内多尺度强浸润镀层能够促进环状流的转变提前。与光管相比，烧结电镀多尺度镀层强化管具有明显的强化沸腾换热的效果，其传热强化因子平均为1.87，最大强化效果为3.15。随着热流密度以及干度的增大，传热强化因子先增加后降低。流型可视化对比发现，强化管壁面的强润湿性促进上壁面液相吸附以及快速再浸润，对流动沸腾换热具有积极作用。

Select

相变材料介质阻断电池热失控传播特性研究

马瑞鑫, 李炜, 吴伟雄

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1376-1382.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对锂离子电池热失控传播问题，以石蜡/膨胀石墨复合相变材料为电池模组热管理介质，建立电池热失控传播二维数值计算模型。通过改变膨胀石墨与石蜡的质量分数得到不同导热系数与相变焓的复合材料，探究关键设计参数对电池热失控传播的阻断特性。研究结果表明相变材料能够有效延缓甚至阻断热失控的传播，当导热系数较低或较高(如0.3 和21.01 W·m⁻¹·K⁻¹)时皆能阻断热失控传播，对于中间导热系数材料的模组，首次热失控传播时间间隔随导热系数升高而增加，而后续传播间隔随着导热系数升高而减小。

Select

螺旋管空油换热器空气流动换热特性数值研究

刘东洋, 乔柏铖, 闵敬春

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1383-1389.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文数值研究了应用于航空发动机的螺旋管空油换热器空气侧流动换热特性，分析比较了不同湍流模型并将所得结果与现有关联式进行了比较，探讨了常物性和变物性条件下空气流动换热特性的差异，分析了流动换热沿程变化及螺旋角的影响。结果表明：空气横掠螺旋管束时，第一排管和最后一排管的换热系数比中间管排小，而第一排管的压降最大，最后一排管的压降最小；螺旋角对换热系数影响较小，压降随螺旋角的增加趋于减小。

Select

超亲水性金属有机框架膜对油水混合物的高效分离及传质机理

何璇婷, 李博宇, 陶文铨, 李卓

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1390-1394.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

化工废水大量排放和漏油、溢油事故频发对环境保护和生态平衡造成巨大的影响。本文提出了一种简单、节能、环保友好的金属有机框架膜制备方法用于油水分离。采用电化学方法在铜网上沉积金属有机框架材料获得超亲水性膜(Cu-CAT-1@ 铜网)。在重力驱动下，Cu-CAT-1@ 铜网膜能快速分离各种油/水混合物，分离效率大于95.0%，水通量大于112 kL·m⁻²·h⁻¹。其分离性能高于大部分报道的铜网基底膜，并具有良好的重复性和可回收性。该膜传质机理主要基于Cu-CAT-1 的超亲水性和水下超疏油性达到高效分离含油污水。

Select

基于高精度解析解的航天器热设计方法

汪文卓, 艾青, 张笑昕, 帅永, 谢鸣

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1395-1399.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对微小卫星热设计需求，基于球形双层集总参数模型，解析求解了双节点动态热平衡方程。提出使用多个类谐波近似处理周期性外热流边界的手段，消除外热流近似带来的计算误差。通过单次线性化处理，直接求解动态热平衡方程，得到高精度的动态温度解析解，使用四阶Runge-Kutta 方法进行了数值验证。基于高精度解析解，设计了航天器导热–辐射双参数直接调控计算程序，对某小卫星模型进行热设计，对设计结果进行热仿真计算，验证了设计方案的可行性与准确性。

Select

放射状槽道与毛细芯复合表面池沸腾换热研究

马祥, 刘万渤, 张永海, 魏进家, 李彬

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1400-1404.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文将“米” 字形放射状槽道强化面积大、气泡脱离阻力小与毛细芯成核位点多等优点相结合，设计加工出一系列铜基放射状槽道与烧结毛细芯耦合散热表面，在10 K、20 K 和30 K 三个不同过冷度下进行了HFE-7100 池沸腾换热实验，得到不同表面在不同过冷度条件下的沸腾换热性能。结果表明，槽深对换热影响较大，耦合毛细芯的铜基散热结构可以进一步提高临界热流密度和换热系数。最大临界热流密度和换热系数分别可达130.1 W/cm² 和0.94 W/(cm²·K)，并对实验过程中的气泡动力学行为进行了分析。

Select

富氮官能团活性炭的制备及其吸附CO₂ 性能研究

徐迎节, 张婧, 王冬冬, 李爽, 魏英华, 史翊翔, 蔡宁生

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1405-1412.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本研究以煤基活性炭产品为原料，尿素作为氮源，通过浸渍、高温活化的方法进行改性，开发了一款可用于煤制氢/重整制氢中温变换气中CO₂ 脱除的煤基富氮活性炭，并对其进行结构及性能表征。其中性能最优样品U-80C-N-550，其表面氮含量为9.92%，N/O 比1.22，水接触角为137.92^◦±1.24^◦。在测试条件为99.99% CO₂ 气氛，200^◦C 温度，1 MPa 压力下，CO₂ 吸附容量可以达到1.27 mmol/g，且在进行40 次吸附解吸循环过程中CO₂ 吸附量基本保持不变，循环稳定性好。结果表明，不同条件下制备的富氮活性炭样品表面含氮基团含量及种类不同，因此通过改变吸附剂制备工艺条件，可适当调控活性炭表面含氮基团的种类及含量，从而提高其CO₂ 吸附性能的同时增强其疏水性，得到了适合于含水蒸气富氢气体中脱除CO₂ 的吸附剂。

Select

不同气氛影响甲烷燃烧特性的分子动力学模拟

赵珉, 刘秀婷, 张祚炜, 朱跃进

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1413-1421.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

甲烷存在燃烧不完全的问题，可通过与其它燃料掺混以改善燃烧性能。采用反应分子动力学方法，研究了O₂/H₂ 与O₂/O₃ 不同气氛对甲烷燃烧特性的影响。结果表明，掺混氢气或臭氧均能促进甲烷燃烧，且掺混分子数增多和初始反应温度升高，促进效果均变得明显。相比于掺混氢气，一方面，O₃ → O₂ + O 产生更多的O 自由基，O 会与中间产物反应生成OH 自由基，另一方面，臭氧可直接和H 自由基反应生成OH，因此掺混臭氧可使燃烧系统内OH 数量增多。由于OH 自由基的活性很强，它可以通过R2 反应快速消耗CH₄，因此，掺混臭氧比氢气更易促进甲烷的燃烧。此外，掺混氢气或臭氧可使得甲烷燃烧路径发生变化，且活化能降低。相关结果可为揭示不同掺混燃料之间的相互作用提供支撑。

Select

单烃基苯/正庚烷模型柴油的实验研究

郭晓宇, 黄豪中, 王毅

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1422-1427.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

通过发动机台架试验，研究EGR 工况下单烃基苯/正庚烷模型柴油的燃烧与排放特性，并与实际柴油对比。结果发现：与实际柴油相比，模型柴油滞燃期较长，其放热率峰值、缸内压力峰值、CO、THC 和NO_x 排放均高于实际柴油，Soot 和颗粒排放低于实际柴油。在所有模型柴油中，正丁基苯/正庚烷模型柴油的燃烧性能和颗粒排放与实际柴油最接近，说明具有长支链的芳烃对颗粒影响较大。因此，在构建模型柴油过程中，需要考虑加入具有长支链的芳烃。

Select

等离子催化重整CH₄/CO₂ 中的协同效应及积碳动力学

孙进桃, 赵旭腾, 陈琪, 林赫

工程热物理学报. 2023, 44(5): 1428-1437.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文采用实验测量和数值模拟结合的方法，对NSD 等离子体–催化剂协同重整CH₄/CO₂ 过程中的协同效应以及积碳动力学进行研究。构建了包含中性分子、自由基、振动激发态、电子激发态、带电粒子、表面吸附态等物质在内的详细动力学机理。采用ZDPlasKin-CHEMKIN 耦合的方法迭代求解等离子体放电过程、气相反应动力学及表面反应动力学在内的详细动力学机理。在300∼700 K 的温度范围内，该动力学模型能较好地预测反应物的消耗和产物的生成，路径通量分析表明CH₃ 在催化剂表面上的直接吸附反应以及CH₄ 振动激发态分子的吸附态CH₄(vs) 在催化剂表面上的解离吸附均可促进吸附态CH₃(s)的生成。积碳动力学研究表明催化剂上的积碳主要来源于吸附态CH(s) 的脱氢反应CH(s) + Ni(s) → C(s) + H(s)。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容