工程热物理学报

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张凯, 许云婷, 王天浩, 戴晓业, 史琳

工程热物理学报. 2024, 45(4): 935-941.

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2021 年9 月《蒙特利尔议定书》基加利修正案对我国正式生效，我国在未来三十年左右将面临严峻的HFCs 淘汰任务，因此实现淘汰HFCs 的高效率、低能耗降解至关重要。传统的高温焚烧工艺存在能耗高、成本高的特点，因此本研究关注于制冷剂热催化降解方法，选取主要的HFCs 类制冷剂HFC-134a 为研究对象，通过实验手段和量子化学计算方法探究HFCs制冷剂的热催化方案可行性，并分析了催化剂种类、温度和氧气比例等关键因素对制冷剂降解效果的影响。

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拉伸变焦线性菲涅尔聚光器集热特性研究#br#

梁深, 马兴龙, 何谦, 唐艺, 郑宏飞

工程热物理学报. 2024, 45(4): 942-948.

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轻薄、光学效率高的线性菲涅尔透镜有望被广泛应用于太阳能聚光领域。然而，线性菲涅尔透镜在光线倾斜入射时焦距会变短，导致其全天有效集热时间短、集热效率低，严重阻碍了其规模化应用进程。为此，本文提出一种由超弹性透明材料制作的拉伸变焦线性菲涅尔聚光器。当光线倾斜入射时，通过力学拉伸改变透镜的棱镜结构，以此调整棱镜对光线的偏折角度，实现变焦。通过力学和光学仿真，揭示了该菲涅尔透镜在拉伸变形中的聚光特性。实际制作了开口宽度为200 mm、焦距为360 mm的菲涅尔透镜，并对其进行了实验研究。结果表明，拉伸变焦策略可将线性菲涅尔聚光集热系统的有效工作时长提高2 h 以上，其全天高效聚光集热时长达6.5 h，期间的平均集热效率约为0.6。

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多通道平行流扁管梯级相变蓄热系统传热性能

刘宇彤, 刁彦华, 赵耀华, 陈传奇, 王泽宇, 韩义发, 房东冉

工程热物理学报. 2024, 45(4): 949-954.

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针对多通道平行流扁管单级蓄热装置在蓄取热过程中温差逐渐减小，传热不均匀的问题，本文提出了多通道平行流扁管梯级相变蓄热系统，系统包括两级蓄热装置，装置里分别填充52# 石蜡和月桂酸作为蓄热材料。以水作为载热流体，实验研究了不同进口温度、不同流量下换热流体对梯级蓄热系统蓄取热特性的影响。实验结果显示，与流量相比，换热流体进口温度对梯级蓄热系统传热性能有更大的影响。当换热流体进口温度增加(减少) 或换热流体流量增加(减小)，梯级蓄热装置的蓄(取)热时间减少，蓄(取) 热功率增加。

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SGTR 事故工况下射流行为模拟实验研究

陈松徽, 程辉, 成松柏

工程热物理学报. 2024, 45(4): 955-961.

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蒸汽发生器传热管破口(SGTR) 事故属于铅冷快堆(LFR) 中一类较为严重的事故。在SGTR 事故工况下，二回路冷却剂水会与一回路中的高温熔融铅铋合金直接接触，从而发生强烈的相互作用。为了进一步研究水射流在熔融铅铋中的注入行为，本研究设计和搭建了液体射流两相流动可视化实验平台，并进行了一系列模拟实验。研究中首先探讨了沸腾(包含闪蒸)和非沸腾工况下的射流流型演化过程及规律，并定量分析了射流注入速率对最大注入深度的影响规律，最后基于实验数据运用Froude 数理论对非沸腾工况下注入速度与最大注入深度进行了分析，并获得了无量纲半经验关系式。

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基于窄槽式集热器的日光温室昼夜双循环热湿调控研究

陈辛格, 伍纲, 冯朝卿, 姬亚宁, 马前磊, 程瑞锋

工程热物理学报. 2024, 45(4): 962-969.

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位于中高纬度地区的温室，都难以避免冬季夜间相对湿度过高、温度较低的问题。本研究以中国日光温室为研究对象，提出了一种将窄槽式集热器与固体除湿剂相结合的温室热湿调控系统。通过光学模拟和几何计算，当窄槽式集热器的放置倾角为30° 时，能够在北纬40° 的北京冬季，为窄槽式集热器提供80% 以上的光线接收率。该系统在冬季夜间，将温室内相对湿度从94.2% 的高湿区间降低到81.3% 的作物正常生长区间，室内平均温度上升1.2°C。白天脱附阶段，窄槽式集热器的最高出口温度为136°C，平均集热效率为0.62。该系统结合太阳能中温集热技术与可再生的固体除湿剂，将冬季日光温室内的空气环境调整到了作物生长的适宜区间。

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超高参数碳捕集燃煤发电机组变工况㶲分析

符悦, 刘明, 王立元, 严俊杰

工程热物理学报. 2024, 45(4): 970-977.

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二氧化碳捕集与封存是在保证能源安全的基础上实现气候变化应对目标的重要技术路径，是电力以及工业部门实现碳减排的重要战略选择。但是，高能耗及伴生问题是制约碳捕集与封存规模化发展的关键因素。本文研究了超高参数燃煤发电机组耦合全烟气碳捕集系统的变工况㶲损分布规律，比较了两种汽轮机构型的低碳排放燃煤机组的变工况性能。结果表明：全烟气碳捕集时，碳捕集系统的能耗为3.9 GJ·t⁻¹CO₂，吸收过程和解吸过程的不可逆性导致吸收塔和解吸塔㶲效率低。将碳捕集系统集成到燃煤电站后，采用回热汽轮机排汽系统构型的效率较采用中压缸排汽的效率高1.5%，并且在变负荷运行时采用回热汽轮机排汽系统构型效率较采用中压缸排汽的机组效率也有明显提升。

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透平叶片内外冷却耦合的流体网络分析方法

张思远, 李雪英, 任静

工程热物理学报. 2024, 45(4): 978-987.

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流体网络分析方法在燃机透平叶片冷却方案设计中具有重要意义，透平入口温度的不断提高对流体网络方法的计算速度和精度提出了挑战。本文在传统流体网络方法的基础上考虑叶片内外冷却的耦合作用，发展了内外冷却耦合的流体网络分析方法，并搭建了预测平台。本文选用典型航空高温涡轮叶片进行精度验证，结果表明，相比于传统流体网络方法，本方法的预测误差由6.54% 降低到4.91%。本方法有助于提高设计精度，为下一代高性能燃机设计提供支撑。

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基于格子Boltzmann 法的粒子拓扑结构对风力机涡流演变影响研究

薛飞飞, 许昌, 韩星星, 贺宇杭, 沈文忠邓智文

工程热物理学报. 2024, 45(4): 988-1000.

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格子Boltzmann 方法(LBM) 具有无网格的特性，但空间离散过程中粒子拓扑结构应同流场结构相匹配，拓扑结构由远场粒子尺度、近壁粒子尺度、涡结动态粒子加密阈值尺度、粒子细化的过渡长度等构成。本文结合叶尖涡涡核尺度，开展LBM法粒子分布的拓扑关系寻优研究，对比分析MEXICO 风力机尾流预测精度，以形成兼顾计算效率和精度的风力机尾流模拟最佳粒子拓扑结构。研究发现，近壁粒子尺度及粒子细化的过渡长度对尾流影响较大，涡结动态粒子分布尺度影响次之；叶片近壁粒子尺度不应低于叶尖涡模拟涡核尺度的1/6，首层过渡层长度是涡核尺度两倍左右；涡结粒子加密尺度取涡核尺度1/3 时，风力机尾流模拟精度能够兼顾计算效率与精度。

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涡轮叶片冷气掺混损失计算模型简化方法研究

王宇林, 李志刚, 李军

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1001-1006.

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本文采用CFD 软件ANSYS CFX 对某带冷气射流的燃气涡轮高热负荷叶片进行了数值模拟，提出了2 种适用于不同情况的单排孔冷却叶片的计算模型简化方法，有效地简化了模型结构、节约了计算成本。该简化思路适用于带叶身气膜冷却直叶片的数值计算，另外，本文还提供了一种分块结构化网格生成方法。

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基于椭圆基神经网络模型的排汽缸优化设计

彭姝璇, 付经伦

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1007-1014.

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本文以最优拉丁超立方试验设计方法构建样本库，采用椭圆基神经网络构建近似模型，结合多岛遗传算法搭建全自动优化设计系统。以排汽缸静压恢复系数最大化作为优化目标，采用此系统对某型号汽轮机机组排汽缸导流环型线进行气动优化设计。结果表明：各设计变量中导流环起始角度对排汽缸性能影响最显著。优化后排汽缸扩压器、排汽蜗壳性能均有改善，排汽缸静压恢复系数提高7.91%，总压损失系数下降5.98%。在其他运行工况，优化结构性能仍优于原型，且在THA 工况下性能改善显著，排汽缸静压恢复系数提高13.45%，总压损失系数下降10.44%，表明该优化系统对汽轮机低压排汽缸气动设计有效可行。

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近壁面柔性水翼流致弯曲扭转振动特性

刘东, 丁林, 冒祥熙, 孙悦

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1015-1021.

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本文针对不同翼壁距离下柔性水翼的流致弯曲扭转振动特性进行研究，讨论了翼壁距离对柔性水翼的弯扭振动响应、频率响应、水动力特性以及尾涡结构的影响。研究发现，在低折减速度时(3⩽ U^∗ ⩽6)，水翼弯曲扭转幅值很小，升阻力特性的趋势与弯曲振幅类似；在8⩽ U^∗ ⩽12 范围内，由于存在弯曲和扭转的频率“锁定” 现象，弯扭振动、时均升阻力系数和升阻比发生剧烈变化，翼壁距离越大，柔性水翼锁定区间越宽。折减速度和翼壁距离越大，柔性水翼的弯曲位移和扭转角度都会增大。

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高压比离心压气机参数化造型与分流叶片位置优化

顾云开, 刘艳, 张闯, 张傲, 刘思琪

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1022-1030.

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为寻求分流叶片的最佳位置，本文以某跨声速高压比离心叶轮为研究对象，基于自开发带分流叶片离心叶轮参数化造型程序、CFD 数值计算、拉丁超立方采样，结合多目标遗传算法进行优化设计。优化结果表明，对于所研究的叶轮，当分流叶片前缘盘侧向主叶片压力面偏置，盖侧以近似相等的偏置量向主叶片吸力面偏置；尾缘略向压力面偏置；并且前缘出现后掠角时为分流叶片的最佳位置。该方案的设计点效率提升1.1%，压比提升0.72%。

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压裂过程射孔孔眼冲蚀动态演化过程数值模拟

王治国, 阳光, 翁定为, 高跃宾, 李帅, 张锋, 苏晓辉

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1031-1037.

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在套管加砂压裂阶段，由于支撑剂对射孔孔眼的冲蚀，导致孔眼摩阻骤降，同时伴随着严重的扩径与变形。为此，基于Rocky DEM 方法探究孔眼的冲蚀动态演化过程和孔眼摩阻衰减规律。结果表明，孔眼的冲蚀变形包括孔肩冲蚀和扩径冲蚀两个阶段。在排量20 m³/min、砂含量150 kg/m³、100 目石英砂的模拟条件下，孔眼摩阻的衰减主要发生在孔肩冲蚀阶段。在0∼500 s 之间，孔眼摩阻由冲蚀前的15.88 MPa 降低至4.41 MPa。

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锥形空心液膜雾化特性预测模型研究

朱苏宇, 张海滨, 白博峰

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1038-1048.

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本文采用可视化测试方法对空心锥形液膜的破碎雾化特性开展了实验研究，结合高速相机与长距显微镜头，获得了喷嘴出口液膜的初始状态参数，并对喷雾液膜结构形态及瞬态破碎过程进行了捕捉，根据实验结果分析了空心锥形液膜的破碎特征；进而基于实验数据分析讨论了已有液膜破碎长度、喷雾锥角预测模型的准确性以及误差产生的原因，发现模型简化误差、经验常数的不合理选取等是模型预测误差产生的关键；随后结合多种喷嘴结构形式实验数据，以液膜出口状态参数为基础，建立了新的空心锥形喷雾初次破碎长度预测模型与喷雾锥角预测模型；发展的新模型具有更好的普适性与准确性，为空心锥形喷雾的雾化特性分析以及发展空心锥形喷雾掺混相关过程的数值模拟方法提供了参考。

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柱坐标系强守恒型动量方程离散方法研究

石国赟, 陈宇杰, 朱剑琴, 李海旺, 宇波

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1049-1054.

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柱坐标系中，为了便于统一形式和编程实施方便，学者们对动量方程形式进行了多种变换，导致其守恒性质不明或有待进一步定量验证。针对这一问题，本文根据柱坐标系基向量关系推导了张量形式强守恒型方程的分量形式，并基于AUSM 格式给出了对应的离散过程和离散结果。通过激波和均匀流动问题求解验证表明，本文所推导的动量方程在任意网格下均可严格满足守恒性，而将部分项放入源项处理则导致守恒性无法满足，需要大量网格才能保证计算结果的可靠性。本文研究内容可为强守恒型动量方程的应用提供参考。

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Ra 数对停输管道原油相变特征的影响研究

刘晓燕, 周正, 李从, 范玉泽, 张楠迪, 徐颖, 李晓庆

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1055-1061.

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本文探究了Ra 数对停输原油相变特征的影响，为管道停输时间控制提供参考依据。建立了基于焓法的原油相变传热数学模型，将固液模糊区处理为两相流区，利用格子Boltzmann 方法求解原油相变传热控制方程组。将原油相变传热过程分为三个不同阶段。发现Ra 数对流场的影响会随时间不断减弱，对于凝油层的影响不断增强导致液相率场产生明显的形态变化。在换热第一阶段提高Ra 数会使原油下沉速度的增长幅度远大于原油上升速度的增长幅度。

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分光型激光诱导磷光系统标定及气体温度场测量

陈满福, 张彪, 李健, 许传龙

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1062-1068.

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受光学系统和图像传感器的影响，分光型激光诱导磷光成像系统存在明显的空间响应不均匀性，导致磷光光谱强度比法无法获得准确的温度分布。针对此问题，基于最小二乘线性拟合原理，本文提出一种分光型激光诱导磷光成像系统响应空间不均匀的校正方法，获得了系统的校正矩阵。进一步开展了磷光光谱强度比标定实验，建立了磷光光谱强度比与温度的关系。在此基础上，在室温环境下(热电偶参考温度26.34°C) 开展了冷态气体射流的二维温度场测量实验研究。结果表明：系统校正前，平均温度测量结果为46.58°C，标准方差为15.18°C，相对误差为76.84%；系统校正后，平均温度测量结果为26.06°C，标准方差为1.83°C，相对误差为1.07%。证明了基于最小二乘线性拟合的空间不均匀校正方法，可显著改善分光型激光诱导磷光成像系统的空间响应不均匀性，提高温度测量准确度。

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基于热管堆的超临界二氧化碳核动力系统参数设计与优化研究

戴春辉, 郭斯茂, 宋苹, 赵振兴, 柯志武

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1069-1075.

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为获得超临界二氧化碳动力系统最优设计参数，本文建立了热力分析模型和主要设备模型，开展热管式反应堆为热源、简单回热架构的超临界二氧化碳发电装置系统参数性能分析和多目标参数优化设计。形成1 MW(e) 输出功率的发电装置系统参数最优解集，并开展系统敏感性分析。研究结果表明提升系统参数可达到提升系统循环效率的目的，但同时也增加了设备尺寸规模，对提升紧凑性不利，各主要热力参数对系统效率和体积的敏感性相差较大。最终优化解的选择可从本文最优解集中，按可布置空间大小选取，从而获得兼顾效率和紧凑性的最优设计参数。

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TPMS 空气热沉结构流动传热特性研究

王佳选, 钱琛怿, 俞彬彬, 钟豪章, 施骏业, 陈江平

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1076-1082.

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采用CFD 流固耦合数值模拟，以TPMS(三重周期性最小表面) 结构为核心构建直流空间内芯片散热热沉。对比了同种条件下的Diamond，Gyroid，I-WP，Fischer-Koch 和F-RD 五种TPMS 结构和同等孔隙率的传统翅片结构的温度场和流体的速度和压力场。构建无量纲局部性能评价指标对六种结构的冷却效果进行综合比较后表明，TPMS 结构比常规翅片结构有16.6%∼50.6% 的性能提升，其中Fischer-Koch 的散热能力最为突出，其在受限空间下有更大的散热潜力，内部流动换热比翅片结构的优势最高可达12 倍。

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Zigzag PCHE 内熔盐/S-CO₂ 流动与换热特性研究

姚业成, 张媛媛, 纪峰, 王维龙, 陆建峰, 丁静

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1083-1089.

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印刷电路热交换器(PCHE) 是一种高效紧凑型换热器，是高温光热发电技术的理想换热部件。本文构建了Zigzag PCHE 数理模型，研究了熔盐/超临界CO₂(S-CO₂) 在流道内流动和换热特性。采用SST k-ω 湍流模型，分析了流道结构和流体流速对熔盐与S-CO₂ 对流换热特性的影响。结果表明，在流道结构的作用下，流动和换热特性呈周期性变化。传热阻力主要在气体侧，总换热系数随着S-CO₂ 入口流量的增大而提高，压降也随之增大。并基于Zigzag 型结构进行了通道优化，压降降低了约50 %，提高了换热器性能。

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临边观测下火箭喷焰红外辐射可探测性分析

孙一强, 牛青林, 贺志宏, 董士奎

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1090-1096.

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本文针对空基平台大气层内、天基平台水平、短路径和长路径四种临边观测体制下，分析不同高度上火箭喷焰的点源红外信号在MWIR (3.70∼4.80 μm) 和LWIR (7.70∼9.50 μm) 波段大气窗口区的可探测性。采用视在光线法(LOS) 求解火箭喷焰点源本征辐射，并考虑大气透过率、背景计算在不同平台下目标与背景的辐射对比度C_R。在以探测器瞬时视场为1 km×1 km，最低的辐射对比度C_R=0.02 为界限以分析点源目标的可探测性。结果表明四种探测方式在MWIR 波段的辐射对比度基本上大于0.02；在LWIR 波段，空基平台和天基平台短路径探测在的辐射对比度在<70 km 大于0.02，长路径探测在<40 km 的高度范围内大于0.02，天基平台水平探测在各个高度上均大于0.02；MWIR 波段的可探测性能要优于LWIR 波段。

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基于3D-IC 的不完全填充肋片微通道热管理研究

黄秉欢, 米创, 巩亮, 朱传勇, 徐明海

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1097-1105.

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本文构建了一种新型不完全填充微通道结构。通过开展数值研究，结果表明：以PEC 评价时，Re 数为800∼1200 时不完全填充顺排肋片的微通道综合性能最优；以场协同数Fc 评价时，完全填充错排肋片的微通道最优，完全填充错排肋片的微通道不可逆程度最小。两种评价标准中换热能力和流阻所占权重的不同造成评价结果有所差异。此外，研究了肋片高度对不完全填充顺排肋片微通道流动与传热特性的影响，以PEC 评价时Re 数为400∼600 时最优高度为0.325 mm，Re 数为800∼1200时最优高度为0.225 mm；以Fc 评价时所研究的各Re 数下肋高为0.45 mm 的微通道最优。

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KNO₃ 熔盐复合相变材料储热性能调控机理研究

余银生, 陶于兵, 周俊杰, 汤松臻

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1106-1113.

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本文将热物理性能优异的SWCNT 掺杂到KNO₃ 熔盐相变材料中，构建KNO₃-SWCNT 熔盐复合相变材料的微观物理模型，对KNO₃-SWCNT 熔盐复合相变材料的储热性能进行分子动力学模拟研究，计算得到了熔盐复合相变材料的微观结构参数和储热性能参数，并采用SWCNT 表面电荷修饰的方法调控熔盐复合相变材料的储热性能，并揭示了储热性能调控的微观机理。研究发现，随着SWCNT 质量分数f_m 的增加，熔盐复合相变材料的导热系数增大，而黏度、熔化焓、熔点均降低；随温度的升高，导热系数与黏度均降低；当f_m 从0 增加到4.43% 和8.48% 时，平均导热系数增强了2.26% 和28.01%，熔化焓分别降低32.31% 和45.19%，SWCNT 表面正电修饰可以改变熔盐复合相变材料的微观结构，增强原子之间的相互作用势能，可对熔盐相变材料的储热性能有效地进行调控，熔盐复合相变材料的导热系数平均增加了21.21%。

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飞行器环形热电器件冷却性能数值研究

穆林, 张虎, 崔佳乐, 浦航, 东明, 尚妍

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1114-1124.

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为了研究环形热电制冷器件(ATEC) 瞬态特性的影响，基于热-电-力多物理场耦合效应，建立ATEC 三维模型。P/N级采用Bi₂Te₃ 半导体材料，分析不同工况下关键参数对环形热电制冷器件瞬态特性影响，得到性能参数冷端温度T_c 和von Mises 应力的变化规律。通过改变ATEC 热端换热系数(h)、输入电流(I) 和冷端负载(Q_c)，研究分析不同工况下的冷端过冷温度、稳定温度和von Mises 应力分布变化，得到ATEC 工作的瞬态特性。对ATEC 热电臂尺寸(La 和Φ) 结构进行优化分析，结果表明，当ATEC 热电臂长度La = 2 mm，热电臂角度Φ = 7° 时，ATEC 冷端最低温度为277.92 K，稳定温度为284.09 K，其最大von Mises 应力为67.99 MPa。满足屈服强度并能够增强机载器件散热能力，为实际工程应用和热电冷却研究提供了理论指导。

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附着水滴光学窗口偏振成像特性研究

杨佳辰, 王新新, 朱克勇, 黄勇

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1125-1131.

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偏振成像技术作为一种前沿的成像技术，在近些年来发展迅速。相比于传统的成像技术，偏振成像技术在提供二维空间光强分布的基础上，增加了偏振维度的信息，提高了成像的准确度。本文对附着水滴光学窗口模型开展偏振成像特性的研究，用蒙特卡洛光线追踪法完成了数值模拟，用Stokes 矢量记录偏振维的信息，分析了光源类型、水滴直径和水滴接触角对成像效果的影响规律，对提高成像质量具有重要意义。

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半导体异质结的界面热阻模型研究

杨光, 曹炳阳

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1132-1138.

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本研究提出了一种考虑声子界面透射与散射、过渡层内部声子散射，以及过渡层残余应力耦合作用的异质结等效界面热阻模型。基于该模型计算了两种典型GaN/AlN/Si 半导体异质结样品的等效界面热阻，在所研究的温度下模型预测值与实验结果符合良好。根据模型预测结果，分析了不同过渡层厚度与温度下，主导等效界面热阻的声子散射机制。结果表明，过渡层内部的声子–晶界散射起主导作用，同时过渡层内的残余应力也会对等效界面热阻产生显著影响。

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异质表面的薄膜沸腾过程

高山, 杨俊杰, 刘志春, 刘伟, 屈健

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1139-1143.

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本文利用非平衡态分子动力学模拟，对薄膜沸腾过程中三相界面和气泡成核的细节进行了捕捉和可视化，并记录了其内部流动和热特性。结果表明不同于宏观尺度的沸腾过程，抑制气泡成核生长使得薄膜沸腾具有非常优异的传热传质性能。总的来说，粗糙结构缩短了沸腾过程达到稳定状态所需的时间并且提高了过程效率且展现出了在高热流密度散热方面的巨大潜力。表面物理化学性质对沸腾性能的影响本质上归因于对界面热阻的调控机制，增加表面粗糙度、增强表面润湿性和增加亲水区域面积占比均会降低界面热阻进而提高表面的传热传质效率。该工作可为实现快速高效的薄膜沸腾过程提供参考，也可指导设计和优化基于气液相变过程进行传热的固体表面。

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二元硝酸复配盐与AlN 陶瓷之间界面导热的分子动力学研究

张桐, 孙方远, 冯妍卉

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1144-1149.

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陶瓷基复合相变材料相较于传统相变材料具有蓄热能力大、导热性能好等优点，因而在储热领域具有巨大的应用前景。本研究对二元硝酸复配盐与AlN 陶瓷之间界面处的热输运进行了分子动力学模拟，研究了复配比例对界面导热的影响规律。通过声子态密度、声子重叠能以及声子参与率等手段分析，结果发现随着硝酸钠质量分数与界面热导呈正相关，纯硝酸钠/AlN 相比纯硝酸钾/AlN 界面热导高出约8.6%，主要由于硝酸钠与硝酸钾相比其和AlN 的界面处声子振动匹配程度更好且声子参与率更高。

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流速对含高浓度不凝气的蒸汽冷凝特性的影响

刁红梅, 闫向阳, 葛明慧, 王世学, 赵玉龙

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1150-1155.

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为探究流速对含高浓度不凝气的蒸汽冷凝性能的影响，搭建了可视化水–空气混合蒸汽实验系统，实验研究了不同流速下混合蒸汽在竖直表面上的凝结特性。研究表明，添加肋片与增大流速均可强化混合蒸汽凝结换热特性，且随着不凝气浓度增大，两者增强换热的效果越显著，在两者共同作用下，换热系数可提高239%。实际换热器设计中，应考虑阻力压降选择合适的流速与强化肋片。

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氢气在颗粒床内流动不稳定性分析

吉宇, 毛晨瑞, 孙俊, 郎明刚, 石磊

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1156-1161.

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基于颗粒床反应堆的核热推进技术在深空探测等场景有巨大的优势，氢气在颗粒床内被加热可能会发生流动不稳定现象。理解流动不稳定性发生机理并准确判断不稳定边界对颗粒床反应堆的安全运行有重要的意义。本文对一维颗粒床内的流动过程进行了理论分析，推导了流动稳定性判据和阻力特性指数表达，并得到了流动稳定性边界。采用计算流体力学的方法对颗粒床内的流动换热过程进行了模拟，依据压降–流量特性曲线同样得到了流动稳定性边界，两者预测在趋势上相似，对颗粒床反应堆核热推进系统的设计提供了重要的参考。

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一种散热器的性能衰减实验研究

纳鑫, 郭鈺乾, 侯博, 卢鑫, 王良璧

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1162-1168.

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内燃机车散热器是内燃机车冷却系统的核心组成部分，随着运行里程增加，翅片表面表面积灰，散热器管内沉积污垢，或由于腐蚀冲蚀等，部分管子破损后堵管。如此一系列的累计作用，导致散热热阻增大，空气侧、水侧流动阻力增加，严重降低散热器的性能，最终不能满足内燃机车柴油机的工作要求。为了给运用管理部门提供做出多长时间大修或更换散热器决策依据，需要散热器性能衰减规律。为此，论文通过对运行里程达到90、180 万公里HXN5 型内燃机车上拆检的散热器进行传热性能实验，获得该部件经90、180 万公里后的实际性能状态。在额定运行工况(额定水流量及空气质量流速为10.3 kg·m⁻²·s⁻¹ 时)，相较于全新HXN5 型内燃机车散热器，运行90 万公里后主散热器传热系数下降了22.96%，运行180 万公里后主散热器传热系数下降27.93%。另外，根据不同堵管率的实验结果表明堵管为散热器性能衰减的次要因素，主要因素是翅片表面及管内壁的污垢热阻。

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疏水水平管滴状冷凝研究：液滴脱落分区特征

刘渊博, 李世成, 李启迅, 张帅帅, 兰忠, 温荣福, 马学虎

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1169-1178.

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在电力系统中，滴状冷凝能够有效提升凝汽器传热性能，其中液滴动态行为与其传热过程息息相关，明确液滴动态行为对凝汽器的设计具有指导意义。本文利用PFA 疏水涂层改性紫铜圆管，在空气中的接触角为142.6° 能实现稳定的滴状冷凝。与竖壁冷凝中液滴脱落过程不同，水平管上液滴受到的重力分量与水平管周向角有关，造成液滴延水平管周向的脱落尺寸的差异，以此为基础将水平管表面进行分区，并提出“局部冲刷” 和“完整冲刷” 两种液滴冲刷模式；脱离液滴的位置和时序性差异形成下部较高的表面更新率，在液滴尺寸r<400 μm 的范围内，下部分的液滴数密度高于上部分；局部冲刷可限制下部分区域液滴尺寸，降低液滴覆盖面积。

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微型瑞士卷燃烧器中甲烷/空气非预混火焰的实验和模拟

李佳鑫, 羊光耀, 王世轩, 范爱武

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1179-1186.

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对微型瑞士卷燃烧器内甲烷/空气的非预混火焰进行实验研究和数值模拟。实验中总共观察到6 种火焰模式，即：单个火焰、较对称的双子火焰、振荡火焰、明显不对称的双子火焰、熄火和吹熄。燃烧能够维持的最小名义当量比(ϕ) 和甲烷入口流量(F_M) 分别为0.4 和0.02 L·min⁻¹。数值模拟较好地复现了火焰结构，并且揭示了火焰结构在垂直方向的不对称性。通过对比有/无考虑重力的模拟结果，发现浮升力对流场和火焰结构有重要影响。综上所述，本研究加深了对微型瑞士卷燃烧器中非预混火焰特征的了解。

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椭圆转子发动机缸内流场及燃烧过程分析

么大锁, 裴毅强, 秦静, 王膺博, 张岩, 王振彪, 付雪青

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1187-1196.

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对以汽油为燃料的椭圆转子发动机换气及燃烧过程进行了研究，明确了缸内流场变化及火焰传播过程，分析了不同当量比混合气下燃烧及污染物生成特性。研究结果表明，椭圆转子发动机进气过程中，燃烧室两侧形成了较大涡团；进气末期时，在球形燃烧室和缸内分别形成两个涡团；燃烧末期，顶点密封位置附近存在未燃区域；排气阶段，气口重叠期内的进气扫气加速了排气过程；随着当量比的增加，缸内压力和温度升高更快，峰值更大，当量比为1.1 时，压力、温度均达到最大值；随着当量比的增加，缸内温度升高，造成CO 和NO_x 生成量显著增加；但是当量比过大会造成不完全燃烧，CO 生成量显著增高，反而使得缸内压力和温度降低，造成NO_x 生成量减少。

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天然气同轴分级低排放燃烧室点火特性研究

丁文豪, 冉军辉, 刘世铮, 项鹏, 刘潇

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1197-1204.

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针对某型同轴分级燃烧室点火工况下不同因素的点火特性问题，采用数值模拟的方法，研究点火工况下不同的点火位置、热射流速度、热射流持续时间等因素对点火性能的影响，确定点火工况下最佳点火方案并模拟点火过程。研究发现：点火位置靠近燃烧室出口时拥有较好的点火性能，但火核发展速度较慢。热射流火焰速度越高，受流场轴向速度的影响越小点火性能越好。热射流持续时间的增长使得壁面生成的火核体积增大，点火成功率增高。

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新型丙烯-SCR 催化剂开发及脱硝性能研究

杨丽, 杨衡, 刘星雨, 刘清, 余波, 刘方

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1205-1211.

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本文采用Mn、Fe、Cu 为活性组分，以γAl₂O₃ 为载体，通过浸渍法制备了一系列金属氧化物催化剂，对其C₃H₆-SCR(选择性催化还原) 反应活性进行了评价，发现Mn₅/γAl₂O₃ 催化剂的催化活性最好，在275°C 时NO 转化率达到60%。采用Ce 元素为助剂对Mn₅/γAl₂O₃ 催化剂进行改性处理，研究了不同负载量的Ce 对催化剂性能影响，并采用XRD、BET、C₃H₆-TPD 等表征手段对催化剂的物理化学性质进行了表征。结果表明：Ce 掺杂改性Mn₅/γAl₂O₃ 催化剂在C₃H₆-SCR 反应中表现出较为优异的催化活性，优化配比的Mn₅/Ce₁₀-γAl₂O₃ 催化剂在225°C、8000 h⁻¹ 的空速下，催化剂的最大脱硝效率达到80%。

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氨煤混燃过程中氮元素迁移转化机理的分子动力学研究

杨子怡, 雷可, 严智, 黄庠永, 顾明言

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1212-1223.

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本文采用分子动力学模拟研究了温度，过量空气系数和氨气混燃比对氨煤混燃过程中典型含氮组分及氮元素迁移转化机理的影响。结果表明：温度升高，加快了反应速率，最终产生的NO₂ 个数随之降低，NO 个数先降低后升高最后又降低，其中温度为3000 K 时产生的N₂ 最少，NO 和NO₂ 总量最多。过量空气系数的增加，使得最终NO 和NO₂ 个数均增加，N₂个数减少。N₂，NO 和NO₂ 的最终个数均随氨气混燃比的增加而增加，但对含N 产物占比分析后发现随着氨气混燃比的增加，整体上最终体系内生成的N₂ 个数占比随之增加，NO 和NO₂ 个数占比则随之降低。此外过量空气系数为0.8 时，随着氨气混燃比的增加，煤焦氮生成N₂ 的前驱体越多。最终探究了煤焦氮和所有氮原子的反应路径及重要中间体。

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雾化空燃比对精甘油旋流喷雾燃烧与污染物的影响

张振东, 谢天, 田波

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1224-1232.

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在生物燃料制备工艺中，甘油是重要的副产物之一，具有产量大、价格低、同时热值尚可的特点，精炼过后的产品可作为工业中的补充燃料。本文设计了一个可控的旋流喷雾燃烧平台，通过分析不同雾化空燃比(ALR) 下精甘油的实际火焰、OH^∗荧光信号以及燃烧室流场信息，以探究ALR 变化对于精甘油喷雾燃烧的影响。此外，对精甘油喷雾燃烧后烟气中的NO、CO和CO₂ 含量随ALR 变化的趋势进行分析。结果表明，随着ALR 的升高，旋流喷雾火焰的回流区域扩大，甘油火焰中心的OH^∗ 信号强度和范围增加，甘油的雾化质量提高。排放方面，NO 浓度大体随ALR 增加而提升，随当量比增加先升高后下降；CO 则是随ALR 升高而降低，随当量比增加先降低，后有一定程度升高。提升ALR 有利于降低喷雾液滴粒径，促进液滴蒸发及混合，在一定工况范围内能实现低NO_x 和CO 的甘油高效稳定燃烧。

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高压环境下水滴碰撞动力学研究

张宸玮, 章振宇

工程热物理学报. 2024, 45(4): 1233-1239.

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考虑到发动机燃烧室内的真实环境，搭建了高压环境下液滴碰撞试验系统。通过高速相机与长焦显微镜头的组合首次实现了较高环境压力下液滴碰撞过程的拍摄并得到高清水滴碰撞图像。基于拍摄得到的图像，开发了一套数据处理方法，完成了液滴碰撞过程中碰撞韦伯数We 与碰撞参数B 的量化，并得到了用于分析液滴碰撞结果的We-B 诺谟图。发现当水滴碰撞的环境压力较小时，碰撞结果有融合、拉伸分离与反向分离；但当碰撞的环境压力逐渐升高，水滴碰撞后出现了“弹开” 的现象。随后参考Estrade 等对液滴碰撞结果的分析，将液滴碰撞后的形状因子进行修正，并将环境压力的影响考虑在内，得到了不同环境压力下液滴碰撞后融合与弹开的分界线，实现了与试验数据的高度吻合。

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