工程热物理学报

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张永浩, 舒歌群, 石凌峰, 李力耕, 田华, 王轩, 孙孝存

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1439-1445.

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二氧化碳是优良的发电循环工质和制冷剂，通过二氧化碳冷电联合循环可实现电能和冷能并供，目前已有一些循环理论探索与分析，未见实验研究。为此，本文搭建了一套基于二氧化碳工质的冷电联合循环试验样机系统并开展了初步实验测试。结果表明，在动力子循环运行稳定后启动制冷子循环，系统关键运行参数仅在小幅度范围内发生变化，联合循环能平稳快速地实现从动力循环模式向冷电联合循环模式的切换。此外，本文探究了外部冷热源参数变化下循环系统的运行及性能响应规律，可为进一步优化二氧化碳冷电联合循环的结构和系统设计提供参考。

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内冷调控高效吸附式空气取水

冯耀辉, 陈彬, 葛天舒, 詹国武, 王如竹

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1446-1451.

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本文提出采用内冷的吸附式空气取水策略解决干旱地区水资源短缺问题。基于空气温湿度特性，由于内冷效应的影响，掠过吸附剂的相对湿度得到提高，针对具有S 型吸附特性的金属-有机框架(MOFs) 材料，可显著提升干旱工况下的吸湿量。采用基于帕尔贴效应的半导体控制冷源，在典型的干旱工况下(25^◦C，30%RH) 吸水量可达1.05 g/g，显著高于目前文献所报道的干旱工况吸湿量。

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利用LNG 冷能水合物海水淡化–冷电联产系统

苗旺, 鲍军江, 张宁, 张晓鹏

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1452-1458.

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液化天然气冷能的再汽化温度区间跨度大，传统单一的冷能利用方式很难实现高效利用。而现阶段的多联产系统大多以串联方式进行耦合，会存在不同利用方式温度区间重叠的问题，无法使各个单元均处在最佳的温度区间。针对这一问题，本文提出了一种混联耦合的水合物海水淡化–冷电联产系统，对系统中5 种参数进行了敏感性分析。最后分别以系统的效率和净现值为目标函数进行优化，其最高效率可达42.93%，最高净现值为593×10⁶ USD。并分析两种优化方案下的传热匹配和冷量分配情况，为提高未来LNG 冷能利用的多联产系统能量效率和经济性，打下了良好的基础。

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抽汽–高背压–热泵耦合供热系统运行优化

杨凯旋, 熊涌盛, 刘明, 李卫东, 严俊杰

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1459-1464.

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热电联产机组能源利用效率较高，对我国的节能减排工作具有重要意义。为提高汽轮机抽汽、高背压与吸收式热泵构成的热电联产系统效率及运行灵活性，本文研究了供热机组电热负荷特性，进而对抽汽–高背压–热泵耦合热电联产系统多参数进行优化。研究发现，随着高背压机组电负荷增加，高背压机组产生调峰被动冷源损失增加，机组发电煤耗率以及综合发电煤耗率均随之增加。通过多参数优化，获得了高背压机组初末期、寒冷期及严寒期的最佳运行背压，分别为35.86 kPa、34.32 kPa 和32.27 kPa。

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蜡晶对油水界面稳定性的耗散粒子动力学研究

李期斌, 曹金琛, 刘朝

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1465-1472.

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随着油田的不断开发，石蜡结晶和油水乳化作用为含蜡原油的开采、运输和储存带来巨大挑战。本文采用耗散粒子动力学方法研究了石蜡相变结晶对油水界面稳定性的影响。首先，计算了石蜡分子的序参量，揭示了水分子和油分子均会促进石蜡分子形成有序的固态晶体结构。其次，发现随着蜡含量的增加，油–水界面的表面张力逐步提高，石蜡分子会提高油–水界面的稳定性。最后，得到油–水界、蜡–水界面，蜡–油界面表面张力随温度的变化关系(298∼348 K)。结果表明，当温度低于308 K，油–水界面和蜡水界面都能维持其界面的稳定性。对于蜡–油界面，当温度高于308 K 时，达到石蜡的析蜡温度，石蜡晶体逐步熔化，蜡–油之间的界面张力急剧减小，蜡油界面逐渐消失。

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分散方式对PEMFC 微孔层油墨流变特性与微结构的影响研究

陈梦言, 杜少杰, 张恒, 张锐明, 唐浩林, 隋邦傑

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1473-1480.

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制备高性能的微孔层对于提升质子交换膜燃料电池性能至关重要，其中微孔层油墨的制备是微孔层制备中的核心环节，油墨的分散方式和分散时长均会影响微孔层的性能。在本文中，研究了在两种不同的分散方式及三种不同分散时长下：超声分散(15 min，30 min，45 min) 和球磨分散(1 h，2 h，3 h)，对微孔层性能的影响，并对微孔层油墨进行了流变性研究、粒径分布和形貌表征以及BET 测试。研究结果表明：球磨分散与超声分散制备的微孔层油墨呈现不同的流变性，前者黏度20 mPa·s 明显高于后者2 mPa·s，粒径分布也因分散方式不同呈现明显差异。球磨分散方式制备的微孔层表面出现明显的团聚絮状物，增加了表面粗糙度，同时该制备方式下的微孔层比表面积为9.2922 m²·g⁻¹。同样制备时长也会对微孔层性能产生影响，研究发现球磨分散2 h 制备的微孔层展示了更高的优越性。

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不同小分子醇类对聚合物蓄冷剂影响的分子动力学模拟

陈有良, 盛伟, 王蕊蕊, 郑海坤, 郝晓茹

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1481-1490.

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聚合物蓄冷剂是一种新型蓄冷材料，目前对于其性质尤其是微观机理研究较少。本文在等温-等压系综下采用分子动力学模拟方法研究了不同小分子醇类(乙二醇、甘油、丙二醇) 对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG) 两种聚合物水溶液蓄冷剂在不同温度下的动力学特性，并从氢键分布与体系平衡态、径向分布函数、扩散系数等角度进行了分析。结果表明：温度对于蓄冷剂影响较大，温度越低，分子动能越小，分子运动越平缓，氢键结合力越大，体系黏度增大，扩散系数减小，有序性增强，进而完成由液相到固相的转变；在PEG-甘油–水体系中模拟相变温度为253.15 K 附近，与实验值255.6 K 吻合良好，当温度从293.15 K 降至243.15 K 时，PEG-乙二醇/甘油/丙二醇–水三种体系扩散系数分别降低了67.7%、69.1%、73.8%。研究结果对于筛选和制备高性能的复合蓄冷材料具有一定的参考价值和指导意义。

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双作用自由活塞型斯特林发电系统性能研究

常德鹏, 孙岩雷, 胡剑英, 罗二仓, 张丽敏, 陈燕燕, 罗靖, 陈远航, 王海涛

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1491-1499.

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自由活塞斯特林发动机作为一种高效的能源转换装置，在可再生能源利用等领域有重要的应用前景。本文针对一种双作用自由活塞型斯特林发电系统，从声电耦合原理出发，推导了双作用斯特林发动机与直线电机之间的阻抗匹配方程，建立了发电系统的整机数值模型，并获得了加热温度、平均压力、活塞连杆直径、机械阻尼和间隙密封宽度等参数对整机性能的影响规律。结果表明，由于双作用活塞两侧同时存在较大的温差和压差，因此相较于单作用结构的系统而言，活塞间隙大小对该系统性能影响更大，这是导致效率变化的关键因素之一。经过优化计算，设计了一台四单元双作用自由活塞斯特林发电机，在加热温度600^◦C、放热温度20^◦C 和平均压力8 MPa 的额定工况下，每个发电单元可输出1.41 kW 的电功，热电效率为40.8%，为后续实验研究奠定相关的理论基础。

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基于迁移学习的燃气轮机机理建模方法研究

李俊昆, 杨志鹏, 白涛

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1500-1510.

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燃气轮机仿真模型是燃气轮机控制策略研究与验证的重要工具，对燃气轮机控制系统国产化研制与替代具有重要作用。本文针对某型燃气轮机特性提出了一种基于迁移学习的燃气轮机机理建模方法，制定了燃气轮机部件特性线迁移变换策略，建立了燃气轮机部件特性迁移学习模型，并采用优化算法求解获得了迁移系数矩阵，最后利用迁移系数矩阵建立了燃气轮机动态仿真模型。以某9F 燃气轮机现场运行数据进行了迁移学习模型训练和验证，并进行了燃气轮机动态模型仿真测试，结果表明，利用已知燃气轮机部件特性和极少量目标燃气轮机运行数据，即可建立较高精度的目标燃气轮机动态仿真模型，模型关键参数平均相对误差在1.6% 以下，可以用于控制策略研究与验证。

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一种壁面处理对压气机性能影响的实验研究

王宇晴, 孙大坤, 李佳, 张晋铭, 董旭, 孙晓峰

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1511-1518.

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目前一种泡沫金属机匣处理可以在扩大风扇稳定运行裕度的同时降低噪声水平。为了探究泡沫金属的多孔粗糙表面结构是否会对压气机的特性以及噪声水平产生影响，本文设计了4 种表面结构不同的机匣处理。结果表明与泡沫金属产生的扩稳效果最接近的是刷式结构表面，其在不同轴向安装位置实现了−3.4%∼9.0% 的扩稳效果，但所有研究的机匣处理均对无法实现宽频降噪，这印证了多孔材料的内在吸声特性对降噪起主导作用。最后讨论了不同机匣处理下压气机流场扰动的功率谱密度，分析刷式表面的机匣处理实现扩稳的原因可能为降低了近壁区流场中的压力扰动。

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高速离心式压气机喘振特性的实验与数值模拟研究

孙立臣, 席光, 武耀族

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1519-1527.

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利用实验与数值模拟结合的方法对高速离心式压气机进行喘振特性研究。实验通过调节压气机出口管道流量调节阀实现压气机从平稳工况到喘振的动态过程。实验发现，喘振阶段叶轮轮盖动态压力及叶轮进口附近气流速度会受到失速团的影响在单个周期增长阶段产生剧烈高频震荡，安装叶片扩压器时，压气机性能曲线较无叶扩压器时大幅度左移，且两种情况下压气机喘振频率等相差较大。同时建立全流道数值模型，采用气腔模型对深喘进行模拟预测，减少气腔容积，压气机喘振频率和压力振荡幅值均增加，但增加幅度逐渐减小。

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基于数值模拟的燃机高压盘腔系统流动特性研究

米泓博, 任晓栋, 牛夕莹, 胡博, 顾春伟

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1528-1537.

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增加燃气初温是提高燃气轮机效率的主要途径。为了确保充分冷却透平叶片与轮盘，在防止燃气入侵盘腔的同时降低冷气量，需要针对盘腔系统内的流动特性展开研究。高压涡轮盘腔系统含有预旋腔等多个腔室，通过转静封严或旋转孔相互连通。尽管国内外学者针对盘腔系统开展了一系列研究，但大部分以单一腔室为研究对象，很少考虑多个腔室，尤其是预旋腔上下游盘腔对预旋腔内流动特性的影响。因此，本文以某船用燃机高压涡轮盘腔系统为研究对象，采用CFD 方法，模拟了盘腔系统内部的流量分配，预测了斜接受孔和平衡孔的通流能力，分析了盘腔内的压力、温度、速度场分布和涡系结构，并分析了燃气入侵现象。本文的研究结果可为研究复杂盘腔系统提供参考。

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管道模态波入射下HQ 管降噪机理研究

洪志亮, 秦维锐, 王萌, 陈凌峰

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1538-1545.

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随着涡扇发动机风扇直径增大转速降低，低频噪声控制问题引发格外关注。HQ 管作为一种抗性降噪结构，在低频段拥有良好的降噪效果。本文首先建立了带HQ 管的管道风扇噪声数值模型，并对声传播特性进行了细致的仿真分析，获得了与前期实验数据对比一致性良好的预测结果。最后通过不同HQ 管排布螺旋角下降噪效果和声模态分解结果的对比分析，对HQ 管降噪机理进行了探讨，发现HQ 管对模态波降噪的主要模式是模态的反射与散射，并且不同于将入射模态散射为截止模态的传统认知，将入射模态散射为不占优的可传播模态可以大幅削弱占优模态的幅值，同样具有较为明显的降噪效果。

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基于本征正交分解的串列叶栅多目标气动优化研究

刘汉儒, 袁一放, 马岩, 王世广, 王掩刚

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1546-1558.

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为提高压气机串列叶栅复杂气动构型优化设计的效率，本文基于本征正交分解(POD) 理论，建立了集几何外形参数化、样本空间降维、气动性能求解、降维模型构建和遗传算法寻优于一体的串列叶栅高效优化设计系统，针对叶型型面和叶片相对位置关系参数，开展了多目标优化设计工作。在7^◦ 攻角工况下，优化后的串列叶栅的静压升提高了0.53%，总压损失系数下降了9.25%，其他攻角条件下叶栅性能同样也得到了改善。与传统CFD 方法相比，极大提高了优化效率，与基于Kriging 代理模型相比，本文发展的优化系统由于缩小了设计变量空间，提高了优化的迭代效率，收敛耗时仅为Kriging 代理模型的0.0796%。此外，基于POD 方法的优化设计系统具有更高的建模精度，使串列叶栅获得了更高的静压升和更低的总压损失系数。优化后的串列叶栅节距系数增大、弯角比减小，减小了掺混损失，抑制了流动分离，改善了全攻角范围内的气动性能。

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表面张力修正系数对非平衡凝结流动的影响

姚博川, 韩旭, 朱秋良, 管见东, 韩中合

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1559-1564.

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水滴表面张力以三次方的形式出现在成核率的指数项，对凝结参数影响显著。基于国内外研究现状，采用修正系数对平面表面张力模型进行修正，通过与实验数据的对比，分析了表面张力修正系数对计算精度的影响，并以各工况下工质进口压力、温度、过热度以及进出口压比四种参数与最佳表面张力修正系数的相关性为出发点，通过不同类型的拟合函数定量描述了其依变关系。结果表明：四次多项式函数对验证工况下工质进口压力的拟合误差分别为1.0519%、1.2443%，具有最佳的拟合效果。

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分半错列离心叶轮对泵压力脉动特性的研究

倪丹, 王非凡, 高波, 张扬, 张宁

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1565-1571.

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为了减小离心泵的压力脉动，本文提出了一种新型分半错列叶轮结构，将叶轮分半错列，错列角度分别为10^◦、20^◦ 与30^◦，以比转速为69 的离心泵为研究对象，对原模型、叶轮分半错列10^◦、20^◦ 与30^◦ 模型进行不同工况下数值计算，获得了泵水力性能与内部压力脉动特性。通过对比分析发现：相比与原始模型，采用分半错列叶轮能有效提高离心泵水力性能；当叶轮分半错列30^◦ 时，泵性能提升最大，叶轮与蜗壳间动静干涉作用大幅下降，泵内压力脉动能量降低。研究表明，分半错列离心叶轮是低噪声泵设计可采用有效途径之一。

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不确定性条件下大型客机纵向静稳定性数值研究

娄刻强, 王晓东, 于佳鑫, 陈江涛

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1572-1582.

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飞机的几何不确定性和飞行中的来流不确定性常会引起飞机焦点位置的改变，进而影响飞机的静稳定性。采用CFD 数值模拟方法对CHNT 客机标模开展气动特性与静稳定性研究，基于非嵌入式概率配置点法，分析在机翼安装角和来流马赫数为不确定性参数情况下的飞机纵向静稳定性。计算结果表明，机翼安装角的正偏差将引起C_M 曲线临界位置攻角的前移，翼根处分离流动增大，飞机焦点位置前移，纵向静稳定性减弱，俯仰力矩系数曲线导数C_M^α的PDF、CDF 曲线形状类似Beta 分布；来流马赫数的不确定性对焦点位置的影响显著，马赫数的正偏差可使飞机焦点位置后移，增强纵向静稳定性，C_M^α的PDF、CDF 曲线形状也类似Beta 分布。

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基于超声非线性参数的油水两相流相含率检测

鲍勇, 董峰, 谭超

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1583-1586.

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超声法相含率检测，主要基于声速与声衰减这两个声学参数计算流体的分相含率。然而，对于油水两相流，油与水的声速与声衰减差异较小，检测灵敏度较低。相比之下，油水两相介质的超声非线性参数区别较大，在检测灵敏度上有明显优势。本文提出了基于超声非线性参数的油水混合物相含率检测方法，以油水两相混合液体中超声非线性传播模型与混合液体超声非线性参数的混合定则为基础，归纳含水率对流体超声非线性参数的调制规律。结合插入比较法的非线性参数测量方法，明确含水率与二次谐波幅值的关系基础上，构建相含率测量模型，实现油水混合流体相含率准确测量。

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微结构表面微重力下沸腾换热及临界机理研究

孔新, 张永海, 魏进家, 赵建福

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1587-1593.

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本文研究了微重力下新型复合微结构表面在FC-72 溶液中的池沸腾换热性能，测试了三种不同热流密度下该表面的温度变化趋势及气泡动力学行为，重点分析了高热流密度下沸腾临界现象。实验结果表明：复合微结构表面在中低热流密度下壁面温度和沸腾换热系数与常重力工况基本保持一致无明显恶化；在高热流密度下进入微重力后壁面温度仍能维持短时间稳定，直到整个换热面被气泡覆盖后壁面温度才开始上升直至临界发生。复合微结构表面独特的微结构阵列及沟槽结构增加了换热表面的毛细芯吸力，可有效提升沸腾过程中工质的补液速率从而提高临界热流密度。

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含下伏气沉积层内水合物相变与产气特性

巩广军, 赵洁, 吕鑫, 杨明军, 宋永臣

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1594-1600.

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含下伏气的水合物沉积层被认为是最具开采潜力的水合物储层类型。本文利用岩心夹持器在恒定围压9 MPa 下，研究了连通不同压力下伏气的南海沉积物内天然气水合物生成、分解及产气特征。研究结果表明，水合物饱和度与下伏气初始压力(7.2∼8.1 MPa) 呈非线性正比关系，而在8.1∼8.4 MPa 内两者呈负相关。同时，发现在降压开采过程中下伏气为水合物分解提供热量，促进了水合物分解，提高了水合物平均分解速率。此外，下伏气有助于缓解压降速率，从而有效减轻有效应力对水合物沉积层的破坏。下伏气作为开采产气的重要供气源，能提高气体回收率。本文研究结论将为今后降压开采含下伏气的水合物提供一定的理论指导。

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基于多相流模型的燃料电池辅助加热冷启动研究

屈同舟, 杨代军, 苏国卿, 张存满, 明平文, 李冰

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1601-1611.

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辅助加热能有效提升质子交换膜燃料电池冷启动成功率，缩短冷启动时间。本文主要考虑电堆夹紧应力在MEA 上分布不均引起的性能不一致，以及辅助加热对这一问题的改善作用。在实堆试验的基础上，通过引入水的传质、相变平衡模型和电堆封装性能差异理论，建立三维、瞬态、多物理场多相流模型。在此基础上，研究无辅助冷启动的脊槽特性差异和辅助加热方案对阴极气体扩散层中冰体积分数和性能的影响。研究结果表明，在近端板单池流道中间法向截面，加热方案使得脊下瞬时电流密度最大提升44.4%，而电流密度的最大标准偏差减小了27.3%。加热有助于抑制冷启动初始阶段低电流密度下流道下方的生成水结冰；在电流拉载过程中，脊下冰分布减少，低性能区对总电流密度的跟随性改善，单池性能一致性明显提高。

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微通道内流动沸腾气泡生长特性数值研究

卢伟, 杨震, 段远源

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1612-1616.

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利用FLUENT 软件，采用VOF 多相流模型对水在矩形微通道内流动沸腾过程中气泡的生长进行了数值模拟，分析了壁面热流密度、入口质量通量和接触角对气泡生长速率的影响，并得到了气泡周围的温度和压力分布。结果表明，壁面热流密度和质量通量的增大导致气泡生长速度的增加，而最小的接触角有最大的气泡生长速度，气泡边界上的温度梯度和压力梯度都较大。

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基于近场辐射的热读写理论研究

刘鸣宇, 陈勇, 夏学鹰

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1617-1621.

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电致变色器件的无色和着色两种物理状态代表二进制信号0 和1，其物理状态能够以近场辐射热流强弱确定。本文基于WO₃ 电致变色器件近场辐射规律，提出一种二进制热读写理论模型，阐述了其实现热读写功能的机理。定义开关系数表征两种物理状态之间近场辐射传热能力的差别。开关系数越大则两种物理状态对应的近场辐射传热能力差距越大，信号读取精度就越高。本文基于电磁场理论研究开关系数与真空间距的关系，提出热读写的最优结构。本文可以为数据读写提供不同的研究思路。

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涡发生器对质子交换膜燃料电池性能影响

施鲁浩, 崔熠, 王震, 杨来顺, 崔伟伟, 王翠苹, 岳光溪, 蒋东方

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1622-1630.

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通过数值模拟，研究了涡发生器的形状、间距、攻角和组数对于质子交换膜燃料电池性能的影响。结果表明，在燃料电池阴极流道中安装5 组、12 mm 间距、攻角为45^◦的矩形小翼涡流发生器，对于燃料电池性能的提升最为明显，电流密度最高提升了33.3%；电流密度随着涡发生器间距、攻角和组数的增加而增大；涡发生器改善了燃料电池内部的温度、水含量和氧含量分布，有利于积水的排出，且可以明显的观察到涡量大小与电流密度呈正相关。

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含内热源多孔介质–自由流通道内非达西强制对流

李琪, 郭蕊, 王柳淇, 胡鹏飞

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1631-1641.

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基于多孔介质局部非热平衡模型，对考虑内热源条件下的多孔介质–自由流耦合通道内非达西对流换热特性进行研究。多孔介质区内流体运动方程采用Darcy-Brinkman-Forchheimer 模型，利用有限差分法获得通道内各区域流体运动速度、流固相温度分布及努塞尔数，并进一步分析了相关参数对流体流动传热的影响。结果表明：在文中研究参数下，惯性参数F_f 对通道内各区域流体速度及温度分布的影响仅在达西数Da 大于10⁻³ 时需要考虑；增加F_f 或降低固相内热源W_s 绝对值会使流固两相温差减小，且改变固相内热源换热方向会使多孔介质区内流固相发生温度分岔现象；固相内热源对通道换热效果影响较大且更为复杂，不同惯性参数F_f 下，考虑W_s 时可能会使Nu 出现奇异点。

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FAPO-5 干燥剂涂层等温除湿传质特性的实验与理论研究

刘林, 李军, 白羽, 窪田光宏黄宏宇, 小林敬幸

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1642-1652.

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FAPO-5 磷酸铝分子筛干燥剂在低再生温度下仍具有高效吸湿能力，但其“S” 形吸附等温线存在明显温度依赖性以及陡峭的平衡吸湿量变化区间，因而吸湿能力易受热影响制约。为了揭示消除热影响条件下FAPO-5 干燥剂涂层的吸附传质能力，该文开展了等温除湿传质特性实验与理论研究。结果表明，吸附温度、空气湿度和流速以及干燥剂层厚度对传质特性均具有重要影响。不同实验条件下，瞬时质量传递速率j_m 和总传质系数K_tot 存在不同变化趋势，但吸附动力学特性均可被LDF 模型良好描述。空气湿度和流速的增加可增大吸附速率系数k_LDF，减小平均总传质系数

，而吸附温度和干燥剂层厚度的增加可减小k_LDF，相应

随吸附温度增加而减小，随厚度增加而增加。特别地，

与k_LDF可拟合为指数方程，

随k_LDF增大整体成下降趋势。

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乙醇蒸汽氛围中水滴蒸发热动力学特性实验研究

林园青, 吴春梅, 李友荣

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1653-1658.

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为了探究异质蒸气氛围对附壁液滴蒸发过程的影响，采用实验观测的方式分析了低压乙醇蒸气氛围中水滴蒸发热动力学特性。实验结果表明，液滴蒸发冷却效应诱导产生气液界面处的切向温度梯度及液滴内部的法向温度梯度。液滴蒸发初期，切向温度梯度诱导产生的Marangoni 流动占据主导地位，自由界面近三相线处温度分布呈齿轮状。随着蒸发的进行，齿轮状热流型逐渐演变为多流胞状结构，并逐渐脱离三相线朝自由界面中心处移动。随着液滴高度的降低，法向温度梯度逐渐占据主导地位，浮力效应诱导产生Bérnard-Marangoni 流胞。在低压乙醇蒸气氛围中，乙醇在液滴界面生成溶解热，使得界面热质传递过程更为复杂，观察到多类不稳定流型演化过程。随着初始时刻乙醇蒸气压力的降低，液滴蒸发速率增加，流动不稳定性增强。

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低电压对纯水/盐溶液过冷液滴冻结的影响

宋振宇, 周宇思, 艾立强, 李润道, 陈民

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1659-1662.

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本文通过实验研究了低电压下纯水/盐溶液过冷液滴的冻结现象，测量了在1 V 电压下液滴在金表面的冻结温度。实验结果表明外加低电压对纯水液滴冻结的影响较小，而对0.1 mol·L⁻¹ 的KCl 溶液液滴的冻结影响较明显。当金表面电势高时，盐溶液滴平均冻结温度上升，反之平均冻结温度下降。基于双电层假设，认为在低电压下纯水中双电层内电场强度低，对形核率的影响相对较小。盐溶液中的离子与电极表面形成的双电层内电场强度比纯水更高，对形核有更明显的影响；当外加电压削弱了双电层内的电场强度时，形核率下降，反之形核率上升。

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井下恶劣环境冲击波发生器热管理的实验研究

何峻杰, 陈典浩, 吴坚, 张永民, 王秋旺, 褚雯霄

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1663-1668.

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页岩油开采系统面临井下恶劣环境，为了保证设备的长期稳定性，本文提出了一种外部热防护配合内部储热的井下冲击波发生器热管理系统。构建石蜡与泡沫铜的复合相变材料储热装置，并对多种热防护措施进行评估。结果表明，在100^◦C 井下热环境中，外环境对于系统内部电子元件的影响较大；在仅使用空气作为隔热层的情况下，热辐射占比大于30%，而使用酚醛树脂可以有效提升热防护层的等效热阻；然而随着外部环境温度的提升，热防护层的效果逐渐降低。采用热防护结合内部相变储热的热管理方法，可将电子元件持续工作1.5 h 时的节点温度控制在90^◦C 以下。

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基于遗传算法的光伏–热电耦合系统多目标优化研究

殷二帅, 李强

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1669-1674.

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多因素共同作用下的系统优化设计是光伏–热电耦合系统研究的难点之一。本文建立了光伏–热电耦合系统与单一光伏系统的理论模型，以最高耦合效率与相对于单一光伏系统的最大效率差值为优化目标，采用多目标遗传算法，开展了耦合系统优化设计研究。结果表明，最高耦合效率与最大效率差值两个优化目标是负相关的，且其负相关性是由光伏参考效率所导致，需综合考虑系统经济性，确定最高耦合效率和最大效率差值的折中方案，从而获得耦合系统最佳设计。

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电加热式平板微热管阵列相变蓄热器蓄放热性能研究

张玉斌, 刁彦华, 赵耀华, 王泽宇, 梁林, 陈传奇

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1675-1680.

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本文提出了一种基于相变蓄热技术和平板微热管阵列技术的电加热式蓄热器，阐明了该装置的结构形式和工作原理，并对其单独蓄/放热与同时蓄/放热过程的热特性进行了研究。该新型电蓄热器采用12 支带有百叶窗翅片的平板微热管阵列作为传热元件，蓄热器内填充18 kg 的67# 工业石蜡。蓄热工况采用不同加热功率(0.2∼2.0 kW) 对该电蓄热器进行加热，放热时控制放热流体体积流量(20∼120 m³/h) 和放热流体温度(15∼27^◦C) 进行放热。实验结果表明：在不同的运行模式下，该新型电蓄热器运行高效稳定，在单独蓄放模式下，测试结果显示装置的蓄、放热效率可达到99% 和89%。

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热流密度对航天蒸发器流动传热影响的研究

叶一琳, 马瑞

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1681-1689.

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借助计算流体力学分别研究了常重力和失重环境下，热流密度对蒸发器内R134a 制冷剂的流动换热特性以及R134a换热系数的影响。研究结果表明，常重力情况下，蒸发器出口的气体体积分数为0.9∼1；失重情况下，蒸发器换热特性变差，出口的气体体积分数只能达到0.7∼0.8；在常重力情况下，随着热流密度从10000 W·m⁻² 增大至150000 W·m⁻² 时，R134a 的换热系数从3.8352 W·m⁻²·K⁻¹ 增大至29.2092 W·m⁻²·K⁻¹；在失重情况下R134a 的换热系数没有体现出规律性的变化，在热流密度为90000 W·m⁻² 时，换热系数达到最大值1.6036 W·m⁻²·K⁻¹。

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纳米通道内界面温度阶跃与能量输运特性研究

王兵兵, 于超越, 于旭亮, 王俊尧, 徐志明

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1690-1697.

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纳米尺度固–液相传热过程中界面处存在温度阶跃现象。本文采用分子动力学方法分析宽度为3.44∼14.69 nm 通道内固–液界面温度阶跃变化规律与水能量输运特性。模拟结果表明，随纳米通道宽度的增加，固–液界面处的温度阶跃与界面热阻降低。此外，纳米通道内水液膜的能量输运具有尺度效应，随着纳米通道宽度增加，液相水分子间作用势能降低，水分子均方位移与扩散系数增加，水液膜的导热系数升高。

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脉冲激光探测水下目标回波特性分析研究

高鹏, 李斌, 董士奎, 袁远

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1698-1703.

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海洋表层是水下生物以及水下目标的主要活动区域，对海洋表层中的目标进行高精度的探测是一个十分重要的课题。本文建立了半解析蒙特卡洛激光辐射传输仿真模型，能够对机载海洋雷达回波信号过程进行全链路仿真，并且讨论了不同形状(包括：平面形、圆锥形、球形和类球形) 目标的最大回波辐射强度随着水下深度分布。基于此，本文分析了脉冲激光雷达回波过程中不同目标在相同场景下考虑的截止散射阶次对回波信号的能量占比贡献。最后，分别从脉冲激光回波半峰全宽(FHWM) 以及海水后向散射信噪比(SNR) 两个方面分析了不同形状的水下目标识别过程中海水的后向散射对脉冲激光回波的回波半宽增宽效应以及不同深度下的海水后向散射信噪比。

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基于机器学习方法的微通道热沉性能预测研究

杨敏, 刘源斌, 于新刚, 苗建印, 车邦祥, 马静, 曹炳阳

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1704-1708.

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本文提出使用机器学习方法快速准确地预测歧管–二次流混合结构微通道热沉的泵功率和总热阻。将混合结构微通道热沉的结构特征参数进行了无量纲化，利用计算流体动力学的方法获得数据集。测试了不同机器学习算法在混合结构热沉性能预测任务上的表现。结果表明在数据集有限的情况下，随机森林算法能准确地学习到无量纲结构参数与泵功率和总热阻之间的映射关系。本文研究结果将有助于微通道热沉的优化设计。

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考虑循环水–能源桩换热的单U 型埋管能源桩变热流传热模型

席省麟, 时刚, 魏子贺

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1709-1719.

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基于有限长度线热源模型和叠加原理，提出了一种变热流条件下有限长度线热源模型的近似解答；在此基础上，将单U 型换热器划分为多个节段，采用热响应的分段叠加思路，最终建立了考虑循环水与能源桩换热的单桩变热源传热模型。通过与Comsol 三维数值模型和无限长线热源模型出水口温度的比较以及与试验中出水口温度和土体温度的比较，验证了该模型的准确性。同时通过该传热模型进行了U 形管能源桩不同桩长、不同质量流率、不同桩土导热系数的换热分析。此模型可以帮助我们获得随时间变化的热流密度和更为精确的出水口温度，便于能源桩换热量的快速评估。

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基于遗传编程的吸附床传热状态预测

张元英, 冯黛丽, 冯妍卉, 张欣欣

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1720-1725.

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脱硝吸附塔是烟气处理系统中的重要环节。塔内的热交换受到多方因素的非线性影响，给准确快速的评估吸附剂换热状态带来巨大挑战。为解决此问题，使用数值模拟与均一介质方法，对一种插管式吸附塔换热进行了模拟与多元遗传编程回归，获得了白盒表达式并验证模型准确性。分析了因变量、遗传编程参数等设定对回归的影响。最终结果表明使用遗传编程的回归效果优异，在工业生产与探究变量物理关系中，具有强大的应用潜力。

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基于欧拉喷雾与火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型的PRF 燃料喷雾燃烧模拟研究

商伟伟, 何志霞, 玄铁民, García-Oliver J M

工程热物理学报. 2023, 44(6): 1726-1735.

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在开源计算流体软件OpenFOAM 环境下，将基于欧拉方法的Σ-Y 喷雾模型与非稳态火焰面/反应进度变量湍流燃烧模型相耦合，发展用于高温高压环境中液体燃料喷雾湍流燃烧高精度计算模型，分别对非燃烧和燃烧工况下的五种典型参比燃料(Primary Reference Fuel，PRF) 的燃油喷射雾化与湍流燃烧过程开展数值研究。结果表明：该新型耦合模型能够准确的预测PRF 燃料的喷雾和着火燃烧特性；所开发的重构数值喷雾纹影图像和燃烧OH* 图像处理方法能够很好地捕捉到试验的滞燃期、火焰浮起长度及喷雾火焰结构；研究揭示了不同比例的PRF 燃料对喷雾及着火燃烧过程的影响特性，为替代燃料在发动机上的高效应用提供了理论指导。

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