工程热物理学报

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石小祥, 廉天佑, 李伟, 李玉阳

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1550-1569.

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燃气轮机广泛应用于能源领域，在未来综合能源系统中作为多能互补灵活调峰手段将发挥关键作用。在“双碳” 目标牵引下，燃气轮机燃烧室未来继续向高效、清洁、低碳和燃料灵活方向发展，先进低污染燃烧技术及低碳燃烧技术研发需求更加紧。为此，需要深入认识复杂流动与化学反应相互耦合的湍流燃烧过程，并针对氢气、氨气等低碳燃料发展激光诊断和燃烧调控方法。本文在综述燃气轮机燃烧技术的发展趋势、研究挑战及需求的基础上，从燃气轮机燃烧激光诊断和反应调控两个方面详细回顾了国内外研究现状和进展，最后展望了燃气轮机燃烧激光诊断和反应调控的未来研究方向。本综述对未来先进燃气轮机低碳燃烧技术研发和基础研究工作具有指导意义。

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甲烷掺氢旋流预混燃烧回火特性研究

储旭, 丁思宇, 李嘉斌, 杨阳, 赵洪亮, 朱民, 王兴建

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1570-1578.

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在节能减排与碳中和大背景下，燃气轮机燃烧室燃料逐渐向富氢方向发展。燃料掺氢后，燃烧过程更容易发生回火现象，需要对掺氢燃烧回火规律进行探究。本文选取了带钝体旋流预混燃烧室开展甲烷掺氢–空气的预混燃烧数值模拟研究，湍流模型采用SST k-ω 模型，湍流燃烧模型采用火焰面生成模型(FGM)；准确地计算湍流火焰速度对回火现象的预测非常重要，因此对进度变量输运方程中源项的封闭考虑了掺氢对层流火焰传播速度的影响。数值模型与方法得到了实验验证，并进一步探究了当量比、入口平均轴向速度、钝体壁面热边界条件对回火现象的影响。结果表明降低当量比、提高入口平均轴向速度以及增强壁面换热对回火现象具有抑制作用。本文所总结的回火规律对于掺氢燃烧室设计具有指导意义。

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LPP 燃烧室振荡燃烧火焰和流场相互作用的实验和数值研究

孙培锋, 刘炳池, 陆启亮, 陈培, 蒋信, 白鹏, 葛冰, 臧述升

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1579-1588.

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本文开展了贫预混预蒸发(LPP) 燃烧室振荡燃烧时火焰–流场相互作用的实验和数值研究。利用数值模拟研究了稳定燃烧时的热态流场和火焰结构，以及振荡燃烧时的燃烧室压力波动及主频，与实验中用PIV、OH-PLIF 和压力传感器测得的热态流场、火焰结构和压力波动及主频吻合得较好。对振荡燃烧工况的大涡模拟研究发现：在一个振荡燃烧周期内，燃烧室内压力波动导致了预混预蒸发段前后压差波动，进而引起了预混预蒸发段出口处轴向速度波动和流场扭曲，并伴随着剪切层附近的旋涡形成、发展和脱落。旋涡改变了火焰形状和位置，导致放热率的周期性波动，进而引起流场的周期性波动。周期性波动的放热率和流场耦合，形成火焰–流场的相互作用，使得振荡燃烧持续下去。

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轴向分级燃烧室低压模化燃烧特性试验研究

张宇明, 臧鹏, 贾玉良, 谢健, 王杰, 朱涛

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1589-1597.

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为了获得低压模化对燃烧室燃烧特性的影响，提供燃气轮机燃烧室设计研发节约成本、缩短试验周期的可靠性方法，选用某型F 级燃气轮机轴向分级燃烧室，开展了低压模化试验研究。试验结果表明：压力对燃烧室总压损失系数分布和数值高低无明显影响。压力升高会降低燃烧室火焰筒壁面温度，却对出口温度分布无明显影响。此外，压力的升高会导致NO_x 和NO 排放的增高以及NO₂ 排放的降低；采用压力指数表征压力和NO_x 排放关系时发现，不同模化压力下的压力指数n 在0.264∼0.269内波动；随着压力的变化，CO 和未燃碳氢(UHC) 排放均维持在极低水平。

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湍流旋流氨气–甲烷预混火焰燃烧特性研究

刘文锋, 帅瑞洋, 王平, 钱伟佳, 王永倩, 杨证淳, 张泽雨, Antonio Ferrante

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1598-1604.

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为了研究NH₃-CH₄ 掺混燃气的燃烧特性，设计了一个可视化的旋流湍流燃烧装置，通过实验对当量比(ϕ)、氨气掺混比(X_NH3) 和入口空气流量对燃烧特性的影响进行分析。结果表明：随着当量比增加，燃烧室出口NO 排放先增加后减小，在ϕ = 0.9 时达到峰值, 对其反应速率和燃烧光谱进行分析，发现NO₂ 和HNO 浓度协同影响了NO 的反应速率，NO 排放和OH 基强度呈正相关，NH₂α 基和H₂O 蒸气产生的链式反应促进了NO 的还原。随着X_NH3 升高，火焰由蓝色逐渐转变为橙黄色，NO 排放先增加后减少，在X_NH3 =0.4 附近出现峰值。另外，随着入口空气流量的增加，气流速度增大导致湍流强度增大，贫燃状态下NO 排放增加，而在富燃状态下排放减少，文中对其中机理进行了分析。

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甲烷/空气预混旋流火焰回火实验与模拟研究

王云程, 王金华, 夏昊, 张玮杰, 黄佐华

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1605-1614.

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回火是贫燃预混低污染燃烧室中重要的燃烧不稳定问题之一。本文通过实验结合大涡模拟对钝体旋流燃烧器甲烷/空气预混旋流火焰回火过程进行研究。结果表明，在低湍流(雷诺数Re = 4000) 和高旋流(旋流数S = 1.3) 条件下，上游火焰传播由火舌引导的回火模式主导，火舌围绕中心钝体壁面以几乎恒定的回火速度向上游传播，在此过程中火焰–流动相互作用主要发生在火舌前侧。在火焰参考系下，火舌上游的流动偏转主要受径向压力梯度、科氏力以及离心力的影响。

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速度扰动对自激振荡火焰流–热–声动态特性影响试验研究

金明, 李原森, 陆羽笛, 柳伟杰, 葛冰, 臧述升

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1615-1624.

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为分析燃烧器入口速度扰动频率对自激振荡燃烧的影响，掌握速度扰动抑制自激振荡燃烧的方法。通过试验研究了速度扰动频率对自激振荡燃烧条件下流–热–声动态特性的影响规律。试验在常温常压下进行，燃烧器入口平均速度¯u = 10.1 m/s，速度扰动幅值u′/¯u = 10%，速度扰动频率范围55∼235 Hz。利用光电倍增管和脉动压力传感器测量全局火焰热释放率和脉动压力动态特性，采样率为20 kHz；采用高频PIV 测量流场动态特性，采样率为1 kHz。结果表明在自激振荡燃烧条件下，流–热–声不稳定模态频率相同，多物理场耦合驱动自激振荡燃烧；在速度扰动与自激振荡燃烧耦合时，速度扰动频率近似等于自激振荡频率或倍频时，自激振荡燃烧受到抑制，而在其他速度扰动频率下，自激振荡仍占据主导。当受迫燃烧斯特劳哈尔数St_f 远小于自激振荡燃烧斯特劳哈尔数St 时，主燃级射流外剪切层大尺度旋涡仍存在，且旋涡脱落频率仍等于自激振荡频率；而St_f 近似等于或大于St 时，大尺度旋涡随着St_f 增大而逐渐减少，且旋涡脱落频率等于速度扰动频率。

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轴向分级燃烧室热声稳定性的试验研究

隋永枫, 张宇明, 臧鹏, 傅燕妮, 詹长庚, 朱涛, 邵卫卫

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1625-1633.

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为了探究次级燃料比例对热声特性的影响，对某型轴向分级燃烧室在高温高压条件下进行了热声稳定性试验。基于试验中在不同运行工况和不同次级燃料比例下获得的压力脉动信号，利用时频域分析方法和相空间重构分析法研究了燃烧室内热声特性的变化趋势。研究结果显示：燃烧室内存在30 Hz、90 Hz 的低频振荡和1500 Hz 的高频振荡；随着次级燃料比例的增加，主燃区空燃比增加，低频幅值在一定比例后突升，高频幅值整体呈降低趋势。相空间重构结果显示，在高温高压的条件下，燃烧噪声影响严重，虽能观察到极限环结构，但轨迹不平滑。随着负荷的推进，次级燃料比例增加以维持主燃区空燃比的稳定范围基本不变，从而保证了热声状态稳定。

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功率对空气分级NH₃、NH₃/CH₄ 火焰排放的影响

咸国礼, 孔雨晗, 姜磊, 胡宏斌, 张永生

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1634-1642.

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NH₃作为氢能载体，可实现氢能远距离输运。针对NH₃ 燃烧的反应性低、稳定性差、高燃料型NO_x 排放问题，设计旋流燃烧器和空气分级燃烧室，实验研究功率为5∼23 kW 的NH₃、NH₃/CH₄ 扩散火焰NO_x 排放特性。并采用化学反应器网络(CRN) 进行化学动力学模拟，分析排放变化的原因。结果表明：5 kW、ϕ_pri = 1.05 的条件下，NH₃火焰NO_x 测量排放最低为114.4×10⁻⁶@15%O₂；随着功率升高，NO_x 排放增加，且导致燃烧不充分、火焰延长，此时最佳ϕ_pri 提前、燃烧范围减少、NO_x 进一步增加；本文的CRN 更适合模拟预混燃烧的NO_x 排放，而不是扩散燃烧；功率升高不会改变反应路径，但生成NO 的基元反应速率的升高幅度略大于消耗NO 的基元反应速率，从而导致NO 排放升高

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流型转化对CO₂ 流动沸腾换热的影响研究

黄永方, 徐肖肖, 孙云龙, 刘朝

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1643-1649.

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本文开展了CO₂ 在内径5 mm 水平光滑管内的流动沸腾换热及流型可视化实验，结合非绝热流型可视化数据对其流动沸腾换热特性开展研究。结果表明，受重力的影响，换热管顶部在低干度下发生间歇性干涸，导致其换热系数远低于底部换热系数。饱和温度的减小促进了流型的转换，有效减小间歇性干涸引起的管周向局部换热性能的差异，提高了截面的平均换热系数。饱和温度从15°C 降至9°C 时，截面平均换热系数提高约50%。

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活塞调相脉管制冷技术及应用

刘少帅, 吴亦农, 蒋珍华, 惠贺军, 丁磊, 黄政

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1650-1655.

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脉管制冷机的微振动、高可靠、轻量化等特点，已经在航天红外探测器冷却方面取得广泛应用。作为新发展的调相方式，活塞调相技术在实现更高能效、更低温度、更低振动输出等方面具有独特优势。基于活塞调相的基本特性，针对主动活塞调相、气动功回收活塞调相和主动功回收活塞调相三种主要的活塞调相方式进行气动力分析。分别将不同活塞调相方式应用于10∼80 K 脉管制冷机研制，验证活塞调相对多种形式下脉管制冷机能效提升应用效果。从应用视角出发，探讨活塞调相后续研究及改进方向。

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面向深度调峰的汽轮机超音速喷嘴设计

甘益明, 黄畅, 彭世亮, 陈思远, 王卫良

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1656-1662.

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“双碳” 愿景下可再生能源电力快速增长，其随机波动性迫使火电机组深度调峰以实现电力平衡。然而常规火电机组调节级渐缩式喷嘴难以高效利用临界压比以下的大压差对应的理想焓降，是机组在低负荷工况采用滑压运行致使机组能耗急剧攀升的内在原因之一。本文以320 MW 汽轮机常规调节级喷嘴为研究对象，开展面向深度调峰需求(20%∼40% 低负荷区间) 的高效超音速喷嘴设计研究，并通过CFD 模拟分析超音速喷嘴的低负荷区热力性能。研究表明，相比于常规喷嘴，设计的超音速喷嘴满足20%∼40% 负荷区间效率净增1.08%∼8.40%；但受超音速喷嘴斜切结构影响，超音速喷嘴I 的最优运行压力与设计值偏离了0.7 MPa。本文的研究成果可为火电机组深度调峰深度节能技术研发提供理论支撑。

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基于间苯三酚的电池热失效自毁机制研究

侯博文, 彭勇, 冯旭宁

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1663-1670.

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高比能锂离子电池的热失控问题是限制其大规模应用的关键原因。本文从自毁电池的角度出发，以间苯三酚为自毁剂，阻断负极和电解液的反应，避免大量还原性气体的产生，减少气体串扰的反应热释放，最终降低热失控灾害程度。结果表明，间苯三酚的引入使热失控反应提前至120°C，且消除了200°C 时的剧烈放热，实现了热失控反应时序的调控和热失控反应焓值的降低，提高了电池的安全性。本文为高安全电池设计提供了新的思路，具有一定的指导意义。

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小型建筑太阳能跨季节蓄热系统设计与优化

许波, 王思茗, 陈振乾, 徐志国, 陈翔燕,

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1671-1678.

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采用太阳能跨季节蓄热系统实现夏储冬用，为住宅建筑供暖和供应生活热水能够有效解决太阳能的季节性供需不匹配的问题。目前大多数跨季节蓄热工程都是针对社区规模的系统，事实上单栋住宅的分布式蓄热系统由于减少了长距离输送的热损而独具优势。本研究基于夏热冬冷气候特点为建筑面积约150 m² 的民用建筑设计了一种长短期蓄热相结合的跨季节蓄热采暖-热水两联供系统，并进行了能量平衡分析和系统全年仿真模拟，分析了系统能效影响因素。研究结果表明，通过系统的合理配置可以实现90% 以上的太阳能保证率，根据优化结果，选择35 m² 的集热面积和50 m³ 的季节蓄热水箱体积，预计将实现92.3% 的太阳能保证率，为在建筑节能及暖通空调蓄热等领域的工程应用提供了参考。

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碳纳米管吸附CHF₃ 的分子模拟研究

刘浏, 刘朝, 刘浪, 李期斌

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1679-1689.

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有机朗肯循环中工质可能发生热分解，分解产物对循环性能产生较大影响。本文提出采用多孔材料对热解气体产物进行吸附的方法，以减小工质热解对系统性能的负面影响。采用巨正则蒙特卡洛模拟研究了工质HFO-1234yf 主要分解产物CHF₃气体在碳纳米管(CNT) 中的吸附特性，探究了CNT 直径、温度及电荷对吸附的影响。结果表明，(6,6)CNT 有着较高CHF₃饱和吸附量(2.06 mol·kg⁻¹) 以及极高的选择系数，但直径较大的CNT 更偏向吸附工质HFO-1234yf；温度的升高导致(6，6)CNT 对CHF₃ 的吸附量以及选择系数下降；同时带0.05e 正电荷的CNT 对CHF₃ 吸附量增加近50%，选择系数也有极大提升。

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基于GCMC 的ZIF-8(Zn) 对二氧化碳的吸附过程研究

张舵咏, 苏亭宇, 张宸, 张鑫琦, 田永强, 吴承刚, 蔡传琦, 朱金庆, 王丽伟

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1690-1695.

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采用固体吸附材料实现二氧化碳的物理吸附过程，对于二氧化碳捕集与降低能耗–有着十分积极的作用。ZIF-8(Zn) 作为一种稳定性强、孔隙率大的金属有机框架材料，有着较好的利用前景。本文基于巨正则蒙特卡洛(GCMC) 对ZIF-8(Zn) 吸附CO₂ 的过程进行模拟，同时通过体积法测得ZIF-8(Zn) 的CO₂ 吸附等温线，证明仿真结果相对可靠。在此基础上，计算得到不同温度压力下的吸附量与吸附热，发现温度的增加使得吸附量呈现下降的趋势；同时，吸附量随着压力的增加而增长，增长趋势呈现先快速上升后趋于平缓的趋势。ZIF-8(Zn) 与CO₂ 的吸附热相较于CO₂ 之间的吸附热而言较大，CO₂ 分子间吸附热随压力增加或温度的降低而增加。本文为ZIF-8(Zn) 吸附二氧化碳过程提供了理论支撑。

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四级低反力度压气机初步设计及流动分析

罗樵, 罗磊, 杜巍, 王松涛, 周逊

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1696-1702.

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本文将两种单级低反力度压气机的设计思想应用于多级低反力度压气机设计，初步设计了一台四级低反力度高负荷压气机。在一维设计中初步确定四级低反力度压气机的各级参数，使用三维数值模拟计算对一维设计结果进行评估，同时对四级低反力度压气机三维数值模拟结果的整体性能和内部流动进行初步分析。结果显示，四级总压比能达到6 以上，设计点附近效率不低于88%，末级静子中的流动分离也在可控制的范围内。

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基于正交试验的压气机流动特性对转子叶尖关键几何参数敏感性研究

崔伟伟, 王兴鲁, 王晓楠, 孙清典, 刘玉峰, 常国璋, 王翠苹, 岳光溪

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1703-1712.

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本文选取NASA Rotor37 叶尖基元级的沿程曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、尾缘半径三个关键几何参数，采用正交试验方法设计了9 组方案，详细分析各几何参数对压气机性能的影响程度和作用机制。结果表明，三种几何因素对转子等熵效率和总压比的影响不大，但对工作裕度的影响较为显著，且按照影响程度排序依次为：叶尖曲率分布特征、吸力面最大厚度点相对位置、叶尖尾缘半径。其中转子叶尖曲率分布特征的变化通过改变其叶尖流向载荷分布规律进而显著影响叶尖流场特性和工作裕度。结合叶尖基元级曲率分布和吸力面最大厚度点相对位置的变化带来的气动收益，形成了相对较优的叶型优化方案，实现了跨音转子工作裕度和等熵效率5.9% 和0.32% 的提升。

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大型风力机预弯预扭叶片气动性能研究

陈威, 姚叶宸, 刘风云, 黄典贵

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1713-1721.

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为解决目前大型风力机叶片在大功率的气动载荷条件下，易产生叶片形变而导致风力机运行效率降低的问题，提出一种预弯预扭的叶片设计思想。本文对NREL 5 MW 风力机叶片进行三维流场模拟和单向流固耦合，研究叶片在不同工况下的气动性能与形变情况，并基于叶片在额定工况下的形变量对其进行预弯预扭设计，通过不断的迭代得到叶片最佳预变形参数，使得最终叶片在额定工况的气动载荷作用下弹性变形后的几何形状与原始设计的几何形状一致。结果表明，预弯预扭后的5 MW风力机叶片能够有效消除气动载荷引起的叶片弯曲扭转所导致风力机效率降低的问题，风能利用率提升2%。

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基于Deeplab v3+ 的PIV 误矢量修复

陈建豪, 林梅

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1722-1729.

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在PIV 图像后处理过程中，修正其误矢量对获取准确速度矢量场起到关键作用。本研究在模拟和实验矢量图数据库中人为添加误矢量，通过标注添加误矢量图像，用Deeplab v3+ 算法来识别分割误矢量，并同时生成用于修正的掩膜(mask)，其识别分割的损失控制在0.001。对于修复，使用了DeepFill v2 算法，用正确矢量图像训练网络，将损失稳定于0.05。将识别生成的mask 和原始待修正的PIV 图像，放入修正图像，靠输入指令即可实现PIV 矢量图像中的误矢量自动识别与修正。结果表明，此方法，可批量处理PIV 矢量图像，简单方便且自动化，具有较高的识别分割与修正精度。

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海水淡化反渗透浓差极化数值研究

李清玉, 范宝鑫, 陈颂英, 朱祖超, 林培峰

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1730-1734.

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为研究海水淡化反渗透中的浓差极化问题，本文构建了新的反渗透LBM 模型，能更方便地解决扩散系数较小时的计算不稳定，并与已有文献数据进行对比，验证了模型的准确性。基于该模型，本文进一步模拟分析了不同雷诺数及不同跨膜压差下的反渗透浓差极化现象。结果表明：增加雷诺数可以减小浓差极化现象，增加膜的渗透通量；而增加跨膜压差不仅增加浓差极化，也增加了渗透通量，同时也极大的增加了能耗，最终导致海水淡化的成本激增。因此，在实际应用中，需要综合考虑雷诺数及跨膜压差的大小，设置合理参数以实现海水淡化设备低成本高效率运行。

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Co-Ni/MgO 催化剂上低温甲烷二氧化碳干重整研究

杨桐, 冉景煜, 黄鑫, 欧志良, 邱华禹

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1735-1742.

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采用溶胶凝胶法制备Ni/MgO 和Co-Ni/MgO 催化剂，考察了催化剂在甲烷二氧化碳低温干重整反应中的性能。结果表明1%Co-10%Ni/MgO 催化剂拥有较高的CH₄、CO₂ 转化率以及最高的H₂/CO，且在450°C 下反应20 h 后该催化剂的CH₄、CO₂ 转化率以及H₂/CO 仍高于Ni/MgO 催化剂，且积碳量比Ni/MgO 催化剂少4.3%。通过XRD、H₂-TPR、TEM、SEM、TG、RAMAN 等表征分析发现适量Co 的添加有利于提升催化剂表面活性组分的分散度和粒径，减少催化剂颗粒的团簇，且能抑制积碳的形成。通过对干重整反应过程中反应物表观活化能的计算，发现适量Co 的添加能降低反应物的表观活化能，有利于提升Ni/MgO 催化剂的低温甲烷干重整反应性能。

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局部热点射流式微通道流动沸腾实验研究

汤凯, 黄岩培, 郭元东, 林贵平, 杨琦, 苗建印, 黄金印

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1743-1748.

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本文提出了一种射流式微通道热沉用以解决高热流密度热点散热问题。以氨为工质，开展流动沸腾实验，研究对比了微通道与驻点区结构对热沉性能的影响。优化所得的“四周针肋+ 中心多圆锥” 热沉在1 mm×6 mm 热点区域752 W·cm⁻² 的热负载下，可维持热源加热面温度低于57.1°C，对应热阻0.69 K·W⁻¹，压损5.1 kPa。针对优选热沉开展的串联实验研究表明，上游热沉热负载的改变会导致下游热沉入口干度变化，进而影响其流动换热性能。

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变截面耦合通道PCHE 内超临界CO₂ 热工水力性能研究

朱兵国, 何吉祥

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1749-1756.

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本文采用数值模拟方法，以超临界CO₂(S-CO₂) 作为印刷电路板式换热器(Printed Circuit Heat Exchanger，PCHE)冷、热两侧耦合换热的流体，对圆形等截面耦合通道、圆形渐扩截面耦合通道以及圆形渐缩截面耦合通道的热工水力性能进行了对比研究。研究结果表明，在相同换热面积下，相较于传统等截面通道PCHE，S-CO₂ 在冷热两侧均为渐缩通道的PEC 均大于1，最大达到了2.16，最小则为1.38，其综合性能最优。然而，S-CO₂在两侧均为渐扩通道的PEC 均小于，综合性能较差。降低冷侧运行压力有利于提高渐缩通道的综合性能。研究结果为PCHE 的设计提供了新的思路和理论指导。

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壁面边界层附近高温圆柱绕流的直接数值模拟

王凯越, 王海鸥, 罗坤, 樊建人

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1757-1762.

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本文使用直接数值模拟对等温和非等温条件下壁面附近的二维圆柱绕流进了研究。在层流条件下，讨论了间隙比G/D(G为圆柱下表面和壁面的距离，D 为圆柱直径) 以及传热对圆柱周围流场和圆柱受力的影响。当G/D = 0.5 时，圆柱下表面的涡脱落会受到壁面边界层抑制，在壁上形成一个较大的回流区。当G/D = 1.0 时，壁面回流区减小，圆柱下表面出现了涡脱落。当G/D = 3.0 时，流动与无壁面约束条件下的圆柱绕流相似。当圆柱温度高于流体温度时，平均升力系数减小，而曳力的振荡幅度有所增加。

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复杂管网中推进剂充填过程气液两相流动特性研究

郑学波, 吕宇超, 彭佳庆, 骆政园, 白博峰

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1763-1766.

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充填条件不同，充填稳定后供应管网中空气-推进剂相分布状态不同，造成供应过程不同分支流量差异。本文基于Fluent，采用VOF 模型研究了充填过程气液两相流动特性，得到如下主要结论：1) 环管中两股射流对撞时，管内空气体积最小，压力达到峰值；随后管内流体来回震荡，空气体积、压力和入口N₂O₄ 流量产生波动；充填稳定后，管内空气体积基本不变，压力与入口压力相等，入口N₂O₄ 流量为0；2) 射流与入口T 形管壁面撞击、两股射流对撞过程会产生大量微小气泡，最小气泡尺寸约为17 μm；3) 初始压力越低或入口压力越高，峰值压力越高，达到稳定所需时间越短，稳定时管内空气体积越小。

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缺陷对石墨烯热传导性质影响的模拟研究

陈斌, 马维刚

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1767-1772.

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石墨烯作为新型高导热材料，在微器件散热领域具有极大的应用潜力。本文通过第一性原理计算分别研究了N、O 修饰及N 掺杂等三种类型缺陷对石墨烯热传导性质的影响。结果表明，添加缺陷后石墨烯热导率降低程度为N 修饰>O 修饰>N掺杂，三种缺陷下室温热导率分别为60.7 W/(m·K)、81.2 W/(m·K) 和2180 W/(m·K)。添加缺陷后低频声子弛豫时间显著降低，石墨烯晶体的严格周期性排列被破坏而造成的声子散射率增加是热导率大幅下降的主要原因。

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多孔通道内CO₂ 水合物生成特性实验研究

李香璇, 崔卫, 马挺, 吕琳, 王秋旺

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1773-1779.

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CO₂ 水合物因在常低温条件下可以达到500 kJ/kg 的高潜热值被认为是未来最具有前景的蓄冷材料之一，然而其生成的平衡压力较高，形成动力学缓慢且导热系数较低而限制了其应用。本文通过引入热力学促进剂四氢呋喃(THF) 发现其对降低CO₂ 水合物的生成压力有着显著作用，当THF 质量分数为0.32 时可以实现CO₂ 水合物在环境温度为−3°C，压力0.6 MPa 以下合成。通过将高导热支撑型多孔介质骨架与CO₂ 水合物进行复合，研究发现，与无泡沫铜的情况相比，泡沫铜孔密度为20 PPI、50 PPI 和90 PPI 时的平均耗气量分别提升了17.7%、28.7% 和111.08%。提升泡沫铜孔密度一方面可以增加CO₂ 水合物的生成量，提升材料蓄冷能力；另一方面会延长合成时间，增加蓄冷循环的准备时间，间接增大系统空间体积和重量。

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温盐分层环境中航行体运动尾迹与浮力射流耦合效应实验研究

杜永成, 骆飞洋, 帅长庚, 高程哲, 李戈洋, 杨立

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1780-1787.

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基于分层流试验水池，采用移动多通道热电阻传感器阵对水下温度场进行测量，采用红外热像仪同步获取水面温度场，开展了温盐双分层环境下航行体运动尾迹与浮力射流耦合效应的实验研究。实验结果证明，航行体尾流的水面效应主要依赖于运动尾迹强度，而浮力射流的扩散浮升受到温盐分层的抑制，只在初始阶段及排放口附近位置影响背景水体温度分布；航速增大，强化了运动尾迹对背景分层的扰动，而弱化了浮力射流的影响；航行体尾流水面热特征依赖于航行体深度，对于浮力射流初始速度不敏感。

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材料VOC/SVOC 散发解析模型及参数测定方法研究

张宣凯, 熊建银

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1788-1792.

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室内建材和家具散发的挥发性有机物(VOC) 及半挥发性有机物(SVOC) 对人类健康的影响不容忽视。本文首先建立了材料中VOC 及SVOC 散发过程的统一解析模型，其有助于实现源/汇特性的统一表征及对污染物的综合控制。并利用混合优化方法来获得模型中的散发关键参数，包括初始可散发浓度C₀、扩散系数D_m、材料/空气分配系数K_m 及环境舱表面/空气分配系数K_s。基于实木家具中VOC 散发的实验数据，以及文献中一种阻燃剂SVOC 散发的数据，验证了模型及方法的有效性。此外，还分析了不同温度下SVOC 长期散发对材料表面气相浓度(y₀) 的影响规律。结果表明，温度较高或散发时间较长时，用C₀ 代替传统研究中的y₀ 作为散发关键参数更为合适。

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塔式聚光集热系统镜场优化及其光–热综合性能对比分析

冷亚坤, 杨思远, 程泽东, 张嘉琦, 何雅玲

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1793-1799.

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本文提出了一种新型塔式定日镜场的生成方式，并将其用于改进Solar Two 塔式电站镜场布局。首先以年加权光学效率为目标函数，采用遗传算法对新型镜场布局参数进行优化，随后对比分析了优化后的新型定日镜场与Solar Two 塔式电站初始镜场下的聚光集热系统光–热综合性能指标。结果表明，优化后新型定日镜场的光学效率和能流均匀性等指标相较Solar Two塔式电站初始镜场均表现出优势；对比吸热器的热性能，发现新型定日镜场有效提升了吸热器热效率，新型定日镜场作用下吸热器的年平均热效率提高了1.65%。本文所提出的新型镜场生成方式与镜场布局可有效提升塔式电站光–热综合性能，为塔式聚光集热系统的设计提供参考。

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多孔基体开放结构微通道流动沸腾特性研究

银了飞, 杨钟琳, 孙明美, 贾力

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1800-1807.

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电子技术和储能技术的快速发展导致电子设备或储能装置的产热量和热流密度不断增加，将热量高效移除是保证系统运行可靠性的关键，微通道流动沸腾作为极具应用潜力的散热方式之一，进一步提升两相微通道热沉换热性能具有重要意义。本文利用45 μm 直径球形铜粉颗粒烧结多孔材料基体并制作开放型微通道热沉，以去离子水为工质，研究多孔基体开放结构微通道流动沸腾特性，发现在本文研究工况范围内出现泡状流、气弹–气塞流和周期性分层流三种流型。低质量流速时多孔基体表现出对流动沸腾换热的强化作用，而高质量流速则相反，体现了多孔基体对相变传热、单相对流传热和固体导热等多种传热机理影响的耦合竞争关系。尽管多孔基体对于开放结构微通道流动沸腾换热性能的影响具有多重复杂性，但对于流动沸腾传热的优势会随着热流密度提升和壁面过热度的增加开始凸显。

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横向气流作用的水平管降膜厚度分布研究

徐震, 祝豪杰, 赵亚磊

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1808-1817.

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液膜厚度是反映水平管外液膜流动特性的重要参数之一。本文采用空气–水体系和电导探针法实验研究了管间柱状流条件下轴向和周向液膜厚度分布，分析了横向气流对液膜厚度分布的影响机理。结果表明，无气流作用时，波峰处周向液膜厚度随周向角增大先减小后增大，最小值在100°∼120° 区间，相邻波峰间轴向液膜厚度先增大后减少；横向气流作用时，迎风面液膜厚度在周向角30°∼90° 内增大、90°∼150° 内减小，背风面液膜厚度增大，而轴向迎风面液膜厚度波峰范围和铺展面积增加，背风面变化不显著。

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热光伏系统中滤光器的优化设计研究

余士律, 席望, 胡润

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1818-1824.

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热光伏系统能够突破传统太阳能光伏系统的效率极限并有望成为新的太阳能和废热收集利用方式。滤光器作为其中的关键部件，对于提高系统的能量转化效率至关重要，其透射高能光子，并将低能光子反射以再利用。已有的研究大多是人工设计优化的一维光子晶体结构，其设计过程繁琐，效率低下，性能也有待进一步提高。本文基于材料信息学，采用蒙特卡洛树搜索算法对一维光子晶体滤光器进行优化设计，在大优化空间下快速地获得了最优结构，对应的热光伏系统能量转化效率高达44.3%。探究了辐射器温度和辐射入射角对系统性能的影响，结果展现了优化所得滤光器性能的优越性。

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国内VOCs 来源、排放标准及脱除技术分析

于丹, 田振玉, 杜利军, 邝九杰, 陈劲涛, 苏冠宇

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1825-1837.

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作为一种典型的大气污染物，VOCs 对大气环境及人体健康危害极大。VOCs 的高效清洁脱除是我国生态环境保护的重大需求，也是国家十四五规划的重要内容。本文基于我国经济发展的现状，总结了国内VOCs 的来源特征，国家、地方及行业的排放标准，分析了回收法和销毁法两大类VOCs 脱除技术的发展现状，提出了多方法结合的技术特征，并预测了未来VOCs脱除技术的优势发展方向。

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还原区焦炭黏附在线测量及黏附模型

李丹, 陈登高, 王邑维, 李振山

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1838-1844.

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采用焦炭黏附重量在线测量实验平台，对分级燃烧还原区中含有不同比例未燃尽碳的焦炭黏附进行了研究。实验结果表明，黏附速率取决于未燃尽碳含量，可分为三个区域。I 区未燃尽碳含量低于下临界值(UBC_L)，黏附特性可由灰分性质计算；III 区未燃尽碳含量高于上临界值(UBC_U)，黏附受炭骨架控制，黏附速率很小。II 区介于UBC_L∼UBC_U，黏附特性受炭骨架和灰分性质共同控制。提出了一种焦炭黏附模型并应用于CFD 模拟，预测结果与实验数据吻合良好。

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SiO₂对MnCe/Ti 催化剂脱硝抗硫性能调控机理研究

张林林, 卿梦霞, 刘亮, 陈亚鑫, 赵斌, 向军

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1845-1856.

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燃煤电厂深度调峰对脱硝催化剂的宽温区脱硝抗硫性能提出更高要求，而现有的V-W/Ti 系催化剂普遍存在低温脱硝抗硫性能差等问题。本文以MnCe/Ti 催化剂为研究对象，探究了SiO₂ 对MnCe/Ti 催化剂宽温区脱硝抗硫性能的调控机理。研究表明，SiO₂ 提高了MnCe/Ti 催化剂的高温脱硝活性，在250∼350°C 温区内，脱硝效率可稳定控制在90% 以上。SiO₂通过促进低温NH⁺₄ 的生成、提高吸附态NO 的反应活性、抑制SO₂ 在催化剂表面的吸附与块状硫酸盐的生成，来增强催化剂的脱硝性能与抗硫性能。

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粒径影响改性凹凸棒土抑制甲烷爆炸实验研究

陈凯峰, 杨克, 纪虹, 邢志祥, 蒋军成

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1857-1862.

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自主搭建小尺寸半封闭可视化爆炸实验平台，探究不同粒径改性凹凸棒土粉体对甲烷爆炸的影响。研究结果表明：小粒径粉体的抑爆效果最好，使最大爆炸超压下降了36.05%，最大爆炸超压出现的时间延迟了17.5 ms，火焰传播速度峰值同比下降了24.50%。同时，借助高速摄影系统记录下爆炸全过程的视频图像，对火焰结构、锋面形状等进行分析。

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煤粉流等离子体光谱诊断及定量分析研究

覃淮青, 姚顺春, 喻子彧, 马维喆, 卢志民, 董美蓉, 陆继东

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1863-1871.

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激光诱导击穿煤粉流等离子体光谱技术具有系统简洁、制样简单、多元素快速分析、检测代表性好等优点，在煤质在线检测领域具有广阔的应用前景。本文简要介绍了激光诱导击穿光谱技术原理及煤粉流等离子体光谱测量装置，阐述了对煤粉流测量的影响因素及优化方法，介绍了基于煤粉流等离子体光谱的煤质定量分析和煤质快速分析仪发展现状，展望了煤粉流等离子体光谱技术的发展趋势，为该技术的发展与应用提供参考。

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物理信息神经网络代理求解燃烧反应动力学

张世红, 张弛, 王柏森

工程热物理学报. 2024, 45(6): 1872-1881.

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现阶段基于神经网络构建化学反应动力学的代理模型被认为是加速燃烧数值计算的重要方法。纯数据驱动神经网络长期存在过于依赖数据采样、鲁棒性和泛化性难以保证等问题。为此，本文在训练化学反应动力学代理模型时引入了质量作用定律、质量守恒、能量守恒、元素守恒等物理信息的约束。在零维自燃和二维本生灯火焰的数值计算中，物理信息神经网络在保证2.0∼4.7 倍加速比的同时，抑制了神经网络代理模型的预测偏差，并且根据输运方程源项误差的理论估计给出了降低代理模型误差、提高模型鲁棒性的相关建议。

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