工程热物理学报

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崔梦迪, 王宝龙, 韦发林

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1883-1889.

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构建高效制冷循环是发展高效制冷系统、实现制冷行业节能减排的核心内容。传统制冷循环构建往往基于专家经验，构建的制冷循环性能因人而异，且难以获取全局最优结构。基于图论和换热器分离的方法，本文提出了含引射器的制冷循环自动构建方法，确定了引射器结构和引射式循环构型的数学化描述，建立了引射式循环的构建算法，并应用所提方法构建了适用于冷冻温区的引射式两相回热循环。结果表明：相比于经典的引射器回收膨胀功循环，能效比提升23%。

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开式布雷顿循环构型对比及优化设计

王鹤兴, 钱奕然, 代晏冰, 韩小渠, 陈伟雄, 严俊杰

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1890-1896.

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布雷顿循环具有高效、紧凑的特点，适合作为核反应堆热电转换系统。本文基于EBSILON 软件建立了简单循环、简单回热循环、再热回热循环和间冷回热循环四种开式布雷顿循环构型的系统仿真模型，对循环关键参数进行热力学分析，以循环效率、功率密度为性能指标进行了循环参数优化，并与闭式布雷顿循环进行了对比分析。结果表明，四种开式循环构型中再热回热循环效率最高，可达25.44%；简单回热循环功率密度最高，可达171.13 kW·m⁻³；将开式循环改进为空冷闭式空气布雷顿循环，最高循环效率提高12.56 个百分点，最高功率密度增加11.87 kW·m⁻³。

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竖直表面氦的膜状冷凝过程传热传质机理

韦涛, 陈鑫, 朱少龙, 植晓琴, 邱利民

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1897-1907.

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液氦作为沸点最低(4.21 K) 的重要低温流体，被应用于各种低温系统及低温实验室等。氦的膜状冷凝效率是当前使用低温制冷机的小型氦液化及再冷凝回收系统实现性能提升的关键因素，但目前尚缺乏针对性的理论和实验研究。本文基于现有的实验研究，搭建低温竖直表面氦的膜状冷凝CFD 模型，模拟不同冷凝温差下氦在竖直表面的膜状冷凝过程，揭示其液膜分布与传热特性，本研究旨在为小型氦液化系统中氦冷凝器的设计及优化方向提供理论指导。

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圆柱发热体内圆截面液冷通道的构形优化

李云峰, 谢志辉, 陈林根, 冯辉君

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1908-1916.

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建立了一类在均匀产热的圆柱发热体中嵌入圆截面等温液冷通道的热源–热沉集成模型，基于构形理论，给定圆柱发热体截面积和通道截面积占比为约束条件，以液冷通道数及其半径为设计变量，研究了液冷通道分布对集成模型散热能力的影响，获得了不同液冷通道截面积占比下的最优构形。当通道截面积占比和通道数给定时，均存在最优的圆心距使得热源–热沉整体的散热性能最优，但对应两个指标的最优圆心距不同。给定通道截面积占比时，无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道数的增加而降低；给定通道数时，无量纲最高温度和无量纲当量热阻均随通道截面积占比的增加而降低。本文所得研究结果可对圆柱器件高效冷却的热设计提供理论指导。

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翅片型中置式光伏Trombe 墙性能的数值模拟

肖兰, 张雨晴, 吴双应, 徐世杰

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1917-1923.

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提出一种带有竖直翅片的中置式光伏Trombe 墙，基于热力学第一和第二定律，数值研究翅片间距和高度对其性能的影响，并与无翅片的中置式光伏Trombe 墙进行性能对比。结果表明：在一定的翅片间距和翅片高度范围内，热效率可以得到有效提高；减小翅片间距和增大翅片高度能够提升电效率。引入综合效率计算发现，相比于热能，获得的电能在整体能效中占主导地位。在较大的翅片高度下，存在最佳翅片间距使综合效率最大化，且翅片高度的增大提升了系统的综合效率。翅片型中置式光伏Trombe 墙在翅片间距和高度分别为15.625 mm 和45 mm 时的综合效率达到了12.74%，相对于无翅片的系统提高了11.29%，具有很大的应用潜力。

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微型高比功率热声斯特林发电机实验研究

肖望, 余国瑶, 马英, 马壮, 成阳斌, 罗二仓

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1924-1931.

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高比功率百瓦级便携电源在户外运动、应急救灾等场景有着重要需求。热声斯特林发电机因其外燃属性而燃料选择性广泛，同时兼具高效、紧凑、可靠和静音等特点，是构建便携式电源系统的重要发电技术。本文首次提出采用螺旋管束式热端换热器来提升燃烧–交变流动换热性能和比功率。首先基于热声学的阻抗匹配和燃烧传热耦合，设计并研制了一套百瓦级热声斯特林发电系统；然后实验考察了不同工作压力、负载、燃烧功率下的输出特性；最后开展了损失分析。初步实验结果表明，该发电系统在管壁侧烟气温度为765°C 时的最大输出电功为415 W，以柴油热值计算的对应热电效率为13.9%。受益于135 Hz 的超高工作频率和轻量化设计，发电机本体的比功率达到112 W/kg，展现出突出的应用潜力。

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计及源荷不确定性的光/氢/储建筑能源系统高效热电协同智能调度

孙立, 王显连, 苏志刚, 施娟

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1932-1940.

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光伏耦合燃料电池热电联产技术在低碳建筑能源系统中具有广泛的应用前景。然而，该系统的热电协同调度面临多能流、强耦合及源荷不确定性的问题。为解决该问题，本文建立了新型建筑能源系统的多能耦合模型，构造了以日内综合能耗最优为目标、以电热供需平衡及储能容量边界为约束条件的优化问题。通过在多组随机光伏出力及电热负荷下训练神经网络，本文提出一种改进的深度强化学习(深度确定性策略梯度, DDPG) 算法，实现电/热储能设备可充放区间的快速评价及热电协同调度的快速决策。仿真结果表明，本文提出的改进DDPG 算法在典型日场景下的训练收敛速度显著提升，并使热电协同调度综合能耗降低10.36 %。基于60 组具有10%-30% 不确定区间的随机源荷场景仿真结果表明，相比于传统DDPG、基于规则的方法和动态规划方法，本文提出的改进DDPG 算法可实现近似理论极限的调度结果，提高了系统对不确定性的鲁棒性和适应性。

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2 MW 风热机组载荷特性仿真分析

徐飞, 孙香宇, 李彬晔, 曾嘉俊, 刘茜, 钟晓晖, 石可重, 李庆安

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1941-1948.

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风热机组是风能热利用的主要形式之一，压缩机特性和控制策略的改变会造成其载荷有别于风电机组，为了探究两者载荷特性的异同，本文以2 MW 风电机组为基本模型，在GH Bladed 中通过修改模型中电机参数和控制策略，得到实际运行的风热机组的模型。通过与风电机组对比，得出风热机组在叶片y 方向、轮毂和塔架y 以及z 方向的力矩都有所减小的结论，为风热机组叶片等部件的强度校核提供了参考。

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基于叶片载荷分布的离心风机多目标优化设计

崔文豪, 冯建军, 朱国俊, 刘博星, 戈振国, 罗兴锜

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1949-1959.

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为实现离心风机气动性能的综合提升，将叶轮的叶片载荷分布作为设计参数，以风机全压效率、静压效率及全压作为优化目标建立优化设计体系。采用Morris 方法分析设计变量与目标函数间的敏感性关系，综合计算流体力学和径向基神经网络建立设计变量与优化目标间的响应关系，结合遗传算法对离心叶轮进行优化。结果表明：叶片轮盖侧的前缘载荷是风机全压效率的主要影响参数；风机全压对于叶片载荷中间直线段斜率的敏感性较强；风机静压效率主要受到轮盘侧叶片载荷分布中间直线段斜率的影响。优化后风机全压效率、静压效率、全压分别提升了2%、1.4%、34 Pa；优化后叶片载荷分布呈后加载形式，叶片吸力面靠近轮盖侧的流动分离现象明显改善，尾缘二次泄漏流得到抑制。

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透平级小翼–凹槽叶顶耦合传热性能研究

吴琛琦, 李浩玉, 何坤, 晏鑫

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1960-1969.

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采用耦合传热方法研究了透平级小翼–凹槽叶顶的冷却传热性能，分析了耦合传热对两种凹槽叶顶(传统凹槽叶顶和带压力侧小翼凹槽叶顶) 和动叶表面的传热系数、净热量减小量和气膜冷却效率分布的影响。结果表明：耦合传热对凹槽叶顶和动叶表面的冷却传热性能有显著影响。与纯流动区域计算结果相比：考虑耦合传热时传统凹槽叶顶面积平均传热系数增大了6.26%、带压力侧小翼凹槽叶顶面积平均传热系数减小了1.67%；考虑耦合传热时带压力侧小翼凹槽叶顶的动叶压力面平均传热系数增大了23.73%、吸力面平均传热系数增大了2.18%。叶顶结构对叶片表面的冷却传热性能影响较小。

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空间微泵气液溶解与析出流动及传质研究

任志鹏, 李德友, 王洪杰, 刘锦涛, 李永

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1970-1976.

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在轨加注技术利用空间微型泵输送气液混合流体，这种高速旋转的流体机械影响气液传质过程。结合Singhal 全空化模型、Henry 定律和已发表的实验，创新地开发出气液溶解与析出计算模型，并将其应用于空间微型泵。洞塞流验证表明，基于新的计算模型和实验的之间的溶解氧浓度差异小于2.0%；空间微泵的计算和实验外特性的平均误差小于8.1%。结果表明，在叶轮流域，长叶片吸力面附近出现了气体聚集，这与气体的析出相关。气体析出的位置靠近靠近叶片吸力面，这与旋转机械空化发生位置一致。当溶液浓度较大时，气体的析出现象使得气液之间的传质方向快速变化，加剧了转轮非稳定脉动。本文为在轨加油气液混合输送状态提供了指导。

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轴向超音速来流下超音通流风扇叶型气动特性研究

孙士珺, 李晓龙, 王松涛

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1977-1983.

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为研究轴向超音通流风扇(STFF) 叶栅的变工况性能，开展了轴向超音速来流对稠度为3.32 的STFF 典型叶型气动性能影响的数值研究。结果表明：整体上，相较于攻角，来流马赫数对总压损失系数、静压比、负荷系数以及出口气流角的影响较小。当来流马赫数从1.58 增大至2.36 时，叶型总载荷略有减小，总损失则逐渐增加，且总损失变化主要源于通道损失的变化。另外，相比于激波损失与钝损失，黏性损失受马赫数的影响较小，其变化约占总损失变化的20%。叶片吸力面附面层分离尺度随着来流马赫数的增加而减弱，这是因为前缘激波压力侧分支与相邻叶片吸力面的交点随着马赫数的增加逐渐向下游移动，导致激波角减小、波前马赫数增加，但在两者的综合作用下激波强度降低。

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具有近壁效应的超疏水表面上液滴聚并自弹跳特性的数值模拟研究

王宇航, 李奇林, 王文辉, 明平剑

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1984-1989.

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超疏水表面上微尺度液滴在聚并后可以自发跳起，这一特性在工程领域具有巨大的应用价值。液滴聚并时膨胀的液桥撞击超疏水表面，表面可以提供一个反向作用力促使液滴跳离表面。但液滴聚并后的自发跳起具有一定程度的不可控性。因此，本文采用改进的VOF 方法研究了具有近壁效应的超疏水表面上液滴的自弹跳特性，该特殊结构可以改变液滴的液桥动力学特性以及加强液桥和表面的碰撞，从而提高其自弹跳速度。利用近壁结构和水平面基底之间不同的润湿性还能进一步调控液滴的自弹跳方向。

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颗粒脱离壁面时湍流诱导的随机振荡现象研究

尤志凯, 张易阳, 廖亚琴, 方筑, 李水清, 孙立斌, 吴莘馨

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1990-1993.

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颗粒再悬浮是很多自然现象和工业过程中广泛存在的现象。颗粒脱离壁面的过程包含了颗粒–壁面黏附，湍流–颗粒相互作用等物理机制，研究颗粒再悬浮过程对预测颗粒再悬浮率，开发颗粒清除技术有着重要意义，但至今仍然没有一个统一的理论能够描述颗粒脱离壁面准确过程。本文对球形单颗粒再悬浮过程进行了高速显微摄像实验，发现了颗粒脱离壁面时湍流诱导的颗粒随机振荡现象；研究了颗粒振荡频率与颗粒粒径的关系，颗粒粒径越小，振荡频率越大。

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非均匀交变电场下液滴破碎与分散行为实验研究

王道睿, 王军锋, 王东保, 吴天一, 李步发

工程热物理学报. 2024, 45(7): 1994-2000.

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本文基于显微高速摄像技术以及PIV 技术实验研究了非均匀交变电场下液滴在不相溶介电液体中的变形、破碎和分散等复杂电流体动力学行为，精确捕捉了不同电场条件下荷电液滴动态行为过程的显微形貌特征以及流动特性，获得了荷电液滴特殊破碎形态，发现了液滴破碎过程中微尺度液滴的形成途径，归纳得到了莲状、冠状两种液滴破碎模式，分析了电参数对不相溶液–液多相分散过程的影响规律。

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液滴碰撞不同浸润性倾斜平板实验研究

邢雷, 李金煜, 蒋明虎, 赵立新

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2001-2011.

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采用高速摄像技术对液滴碰撞不同浸润性倾斜平板的动力学行为开展研究。系统分析了不同基板倾斜角度、浸润性及碰撞韦伯数对液滴撞击不同浸润性壁面动力学行为的影响规律，通过分析液滴撞击过程中的形态演化规律，阐述了不同分析变量对液滴撞击过程动力学行为的影响机制。结合沿斜面的切向力与垂直于基板的法向力作用关系，揭示了液滴与基板接触时间的变化规律，完成了液滴碰撞过程中的子液滴形成条件的定量划分。系统分析了韦伯数、接触角及基板倾斜角对液滴最大铺展直径与射流高度的影响规律，确立了各个分析变量对最大铺展直径及射流高度影响的定量关系。研究结果对揭示复杂工况下的液滴碰撞动力学行为机制，指导通过壁面改性实现液滴规律运移及定向调控具有一定理论及工程意义。

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流动与传热数值计算中任意网格基架点下导数差分通式研究

宇波, 苏越, 孙树瑜, 焦开拓, 陈宇杰, 李敬法

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2012-2018.

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在流动与传热数值计算中，导数离散一般是通过泰勒公式展开后应用待定系数法求解代数方程组得到。对于复杂网格基架，推导过程比较繁琐。为了解决这一问题，本文通过观察多组网格基架下节点上一二阶导数及截差的表达式，首先对通式形式进行了猜想，之后对节点上的导数及截差的通式给出了证明。对于任意网格基架下界面上一阶导数及截差的表达式，通过对拉格朗日插值求导化简得到。相比于传统方法，导数的差分通式的优点包括：1) 避免了方程组的人工求解，节约计算时间；2) 容易得到高精度的差分表达式；3) 易于编制通用程序，基架点变化后无需对方程进行重新离散。本文推导的导数及截差的差分通式对于快速获取高精度的导数差分表达式具有一定的意义。

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浮升力效应对超临界水传热特性影响的研究

杜晓成, 周妍君, 宋园园, 杨冬

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2019-2025.

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为了探究浮升力效应对超临界水传热性能的影响，本文建立了一个预测垂直上升光管内超临界水传热的3-D 数值模型。利用该数值模型预测了系统压力为25 MPa，质量流速为600∼800 kg·m⁻²·s⁻¹，内壁热负荷为400∼500 kW·m⁻² 条件下超临界水的传热。分析了热负荷和质量流速对浮升力效应的影响，同时分析了浮升力效应对传热性能的影响规律。结果表明，当质量流速为800 kg·m⁻²·s⁻¹ 时，浮升力效应导致了局部传热恶化，传热恶化发生后，传热系数迅速回升；而质量流速为600 kg·m⁻²·s⁻¹ 时，浮升力效应对传热性能的影响与热负荷有关。当质量流速为600 kg·m⁻²·s⁻¹，热负荷为400 kW·m⁻² 时，超临界水传热表现为传热强化；当质量流速为600 kg·m⁻²·s⁻¹，热负荷为500 kW·m⁻² 时，浮升力效应导致了局部传热恶化，传热恶化发生后，传热系数没有回升。

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变曲率螺旋管内两相流型变迁模拟研究

张艳婷, 庄乃亮, 李阳阳, 赵浠君, 赵行斌, 汤晓斌

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2026-2032.

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为进一步提升蒸汽发生器螺旋换热管的传热传质性能，本文提出了一种盘管曲率周期性变化的变曲率螺旋管改进方案。并对变曲率螺旋管内气液两相流动特性开展了数值模拟研究。基于有限元方法，建立了单根变曲率螺旋管内流体六面体结构化网格，采用VOF 模型捕捉相界面，分析管内液相流场分布特性。研究发现，在同一根变曲率螺旋管内不同位置管段的两相分布与流型并不相同，部分管段出现了分层流–波状流–塞状流的间歇性流型变迁现象。这是由于盘管曲率的周期性改变，使得管内液相所受离心力不断改变，两相分布在空间位置及时间分布上均不断变化，产生了两相流型变迁的现象。

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提升管高度对循环流化床内气固流动及燃烧特性影响的CPFD 模拟研究

韩诚良, 张扬, 杨海瑞, 张海

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2033-2039.

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本文利用计算颗粒流体力学(CPFD) 方法建立提升管高度(H_riser) 为10 m、20 m、30 m 的循环流化床(CFB) 模型，在低固体循环流率(G_s) 条件下开展Hriser 对床内气固流动及燃烧特性的影响作用研究。结果表明，H_riser 对颗粒浓度及气体分布具有直接影响。随着轴向床高的增加，颗粒浓度逐渐降低。H_riser 较大时，轴向床高超过15 m 后，颗粒浓度和气体组分浓度基本保持稳定，说明超过15 m 的提升管为燃料提供充足的停留时间，保证燃料燃尽。模拟也发现Hriser 越高，床内下部床温与上部床温更加趋于一致，温度分布更加均匀，但是轴向床高达到15 m 之后H_riser对于炉膛温度均匀性作用影响较少。在20 m 和30 m 提升管内气体组分浓度整体分布趋势接近。综合而言，设计CFB 燃烧试验系统时，提升管最低高度应保持在15 m 以上，以保证实验台中的燃烧与实际锅炉的相一致。

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基于DNS 方法的湿颗粒间静态液桥形态模拟研究

宋志超, 唐天琪, 何玉荣

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2040-2046.

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湿颗粒被广泛应用在能源、化工、石油以及制药等工业过程中，由于湿颗粒间的液桥结构存在，在很大程度上影响湿颗粒的机械性能，并导致湿颗粒的迁移、聚集与黏附，然而该过程的物理机制并不清晰。因此，本研究以静态液桥为研究对象，采用直接数值模拟方法，应用VOF-IBM-DEM 模型，将模拟结果与他人计算结果相比较，验证模型的正确性。探究不同湿颗粒表面润湿性与液体含量对毛细力以及静态液桥结构的影响，结果表明较小接触角以及较大的液体含量使得液桥具有较大的颈部半径；毛细力的大小与三相接触线所包围的面积成正比，随着接触角的增加、液体含量的减小而减小，本研究旨在为工业应用提供理论指导。

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基于相场方法和自适应正交网格的核态沸腾数值模拟

夏琰宸, 汪楷, 李增耀

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2047-2053.

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针对饱和核态池沸腾传热的数值模拟，本文发展了一种基于守恒型Allen-Cahn 方程和自适应正交网格的相场格子Boltzmann 模型，通过相变源项的引入处理气液相变问题，自适应正交网格可保证相界面的捕捉精度且提高计算效率。首先通过模拟一维气液两相Stefan 问题验证了该模型的可靠性，接着模拟了单气泡核态沸腾，并与经验关联式的结果做了对比，最后探究了加热面润湿性对饱和核态池沸腾传热的影响。

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保温瓶真空失效快速检验方法及实现

丁思淇, 王宇君, 彭嘉乐, 蓝威, 邓超, 魏福龙, 罗小兵

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2054-2060.

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测井仪用于探测地底油气资源，面临高达200°C 的井下环境，为防止内部电子器件超温失效，采用保温瓶对其进行隔热。然而，由于井下高温高压、腐蚀振动等恶劣环境，且保温瓶真空层内部结构复杂、焊接强度有限，存在真空失效的风险，因而下井作业前需要对保温瓶进行检验。针对这一问题，本文首先设计了一套保温瓶真空失效快速检验装置，确定了判断指标P值，用数值仿真验证了P 值的稳定性，并计算得到了判断保温瓶正常和真空失效的临界值Pe 为0.351。随后搭建测试台架进行了实验验证，结果表明，真空失效前后的P 值误差均不超过10%，稳定性良好。最后，对该装置的控制系统进行了集成设计，实现了对保温瓶真空失效与否的快速精准判断。

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反应物化学计量比对阶梯流道URFC 性能影响

乔佳楠, 郭航, 叶芳, 陈浩

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2061-2067.

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本文基于一个两相、非等温模型，探究了燃料电池模式的化学计量比对一体式再生燃料电池性能的影响。结果表明，在燃料电池模式下提高反应物的化学计量比有利于促进传质与排水，但消耗的泵功会持续增加，因此电池性能的提升率随化学计量比的增加呈先上升后下降的趋势。在本文的运行工况下，当化学计量比为1.5 时，燃料电池模式的净输出功最高；此外，在电池饥饿程度较高时，将化学计量比设置为1.5 对充放电循环效率的提升率最高。

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PEM 电解池氧气分布及压缩条件下性能研究

傅建林, 张国宾, 屈治国, 张剑飞

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2068-2076.

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质子交换膜电解池(PEMEC) 被广泛认为是耦合可再生能源制取绿氢的理想装置。然而电解池内局部氧气分布特征和装配压力对电解池性能规律尚不明确，给电解池结构优化和性能提升带来巨大挑战。本文首先结合ANSYS Fluent 编写用户自定义代码实现了电解池的三维多相多物理场仿真，探究了孔隙率和接触角对多孔电极内氧气分布的影响。然后采用VOF(Volume of Fluid) 方法和图像识别，与全电池模型耦合迭代的方法明确了氧气在流道中的聚集特征。最后提出了接触电阻模型，对不同压缩工况下电解池的性能进行分析。结果表明，增大孔隙率和降低接触角可加强脊下传质，氧气倾向于在流道近脊处生成，进而向中间聚集，最终形成段塞流；当电流密度为0.8 A/cm² 时，忽略接触电阻将会低估0.17 V 的电压。

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具有多孔光热蒸发层的微流控浓缩装置

谢松江, 谭颜斯阳, 李向帅, 何雪丰, 陈蓉, 廖强, 朱恂

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2077-2084.

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样品浓缩影响着微流控芯片的反应效率和反应时间。蒸发浓缩操作简单、普适性强，但存在蒸汽传输阻力大、蒸发界面不稳定等问题。本文设计了一种具有多孔层的微流控光热蒸发浓缩装置，利用商用碳纸构建多孔光热蒸发层，提高蒸汽传输效，并有效抑制了蒸发界面不稳定性。结合实验与模拟研究浓缩性能，结果表明，改变光照强度、溶液流量可调节浓缩效果。本文设计的装置结构简单、操作灵活，可与其他微流控系统相集成，应用前景广阔。

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竖直肋柱通道氟碳工质过冷沸腾实验研究

王爽, 齐迪, 林梅

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2085-2093.

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为改进大功率电子设备冷却系统，对竖直五边形肋柱通道进行了氟碳工质过冷沸腾实验，热流密度、进口流速、过冷度分别为50∼400 kW·m⁻²、0.1∼0.9 m·s⁻¹、14∼29°C。研究发现：随着热流密度的增大，平均传热系数和压降总体上增大，传热因子在进口流速大于0.5 m·s⁻¹ 时增大；随着进口流速的增大，平均传热系数在中高热流密度下先减小后增大，传热因子均减小；随着过冷度的增大，加热壁面均温总体上降低，平均传热系数均减小，传热因子在进口流速大于0.5 m·s⁻¹ 时减小。

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基于深度学习的多波段红外隐身超表面设计

王磊, 董健, 郑崇, 谢博伟, 张文杰, 翟载腾, 刘林华

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2094-2102.

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现代战争中，军事目标的红外隐身对于提高其生存和突防能力具有重要作用。本文面向多目标波段的红外隐身，即近红外激光主动探测波长下(1.54 μm) 具高吸收特性、两个大气窗口波段具有低发射并兼顾非大气窗口波段的辐射散热需求，结合严格耦合波分析法和深度学习方法逆向设计Ge/Ag/Ge 多层膜圆孔超表面结构，针对优化得到的结构参数，通过分析潜在的物理机制和不同角度下的发射、吸收特性，达到了多波段协同隐身的目的。

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圆柱绕流对W/O 型乳状液电聚并特性影响的研究

孙启杰, 安贵明, 徐腾, 张岩, 王鸿雁, 陈海龙, 李涛

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2103-2110.

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为探究圆柱绕流形成的尾涡对液滴聚并的影响，本文采用水平集方法，建立了W/O 型乳状液在圆柱绕流场中的流动模型。通过分析圆柱直径、流速、电场强度变化而引起的分散相体积分数变化，研究了绕流场对水滴聚并的作用。对不同圆柱直径下的不同流速进行了研究，结果表明当流速为1 m/s 时聚并效果最理想。在1 m/s 速度下叠加不同的电场强度，当电场强度为6 kV/cm 时液滴聚并效率最高。对比流场、静电场& 流场、圆柱绕流、绕流场& 静电场四种物理场下的最优工况，聚并效率从大到小的顺序为：联合场> 圆柱绕流场> 静电场> 流场。

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一种铜基逆流连通微通道的沸腾实验研究

王东玉, 洪芳军, 张朝阳

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2111-2117.

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两相微通道热沉具有极高的传热性能，是解决小空间、高功率电子器件高热流散热问题的有效解决方案之一。本文设计验证了一种铜基逆流连通微通道，通过建立泵流体两相流体回路系统进行验证两相微通道热沉的和换热均温性能，考察不同流量、过冷度下的影响规律。实验发现逆流连通微通道在传热性能上的优异表现是主要是因为其能促进相邻通道不同干度流体的掺混，提高流量会提高均温性，而提高过冷度会导致热沉的均温性变差。

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灰尘沉积对辐射制冷影响的模拟与实验研究

樊帆, 徐琪皓, 汤华杰, 顾斌, 赵东亮

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2118-2124.

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为了研究灰尘沉积对辐射制冷材料性能的影响，本文以积灰的辐射制冷材料表面为研究对象，采用模拟分析和实验验证相结合的方法，建立积灰表面辐射制冷性能计算的模拟模型，设计积灰表面辐射制冷性能测试实验，分析灰尘覆盖比对材料辐射制冷性能的影响。结果表明：在南京，夜间灰尘沉积不会对材料的辐射制冷性能产生明显的影响，而日间灰尘沉积则会明显导致材料辐射制冷性能的降低，当灰尘覆盖比达到0.09 时，表面无辐射制冷效果。

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基于SBDART 模型的中国台北地区气溶胶辐射强迫数值表征研究

黄春林, 张跃, 章林琪, 陈奇祥, 袁远, 谈和平

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2125-2130.

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气溶胶辐射强迫(DARF) 是用于表征其辐射与气候效应的重要物理量，获取的有效途径是将气溶胶光学特性代入辐射传输模型，对DARF 进行数值模拟。本文利用天基类型识别模型，对台北地区的气溶胶种类及占比进行了分析，同时结合该地区的AERONET 站点数据，基于SBDART 模型，研究了该地区不同时间维度下DARF 的变化以及不同大气背景条件对DARF 的影响。本文研究结果表明：研究期间台北地区的DARF 具备显著的季节性变化规律，即夏季高、冬季低；DARF 值一定程度上受其粒子类型支配，城市工业型气溶胶是高DARF 的主要贡献者。

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气凝胶复合材料各向异性导热系数实验研究

纪风, 张虎, 杨斌, 唐桂华, 高庆福

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2131-2137.

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气凝胶复合材料具有孔隙率高、比表面积大和导热系数低等特点，为增强其力学性能，常在材料面内方向掺杂增强纤维，然而受测量方式和材料制备工艺的限制，目前研究多关注其厚度方向导热系数，对面内方向导热系数关注较少。本文采用基于稳态方法的“三明治” 结构测试气凝胶复合材料厚度方向导热系数，采用基于瞬态平面热源法的Hot Disk 热常数分析仪测试材料宏观等效导热系数，两者结合间接获得材料面内方向导热系数，并采用石英灯红外加热考核两类材料的高温隔热性能。测量结果表明其厚度方向和面内方向导热系数随温度上升而迅速增大，等效导热系数在对数坐标下随气压的增加呈现“S” 变化规律，氧化铝气凝胶材料比氧化硅气凝胶材料高温隔热性能更优。

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铁、钙对脯氨酸热解氮演化规律影响机理研究

成珊, 杨婷, 田红, 陈文, 刘磊, 王少硕, 姚可慧, 官昌文

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2138-2146.

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为探明铁、钙对脯氨酸热解中含氮物质转化路径的影响，本研究开展了不同温度(300°C、400°C、500°C、600°C) 下添加铁、钙(Fe₂O₃、CaO 与Fe₂O₃+CaO) 的脯氨酸快速热解实验，结合原位红外光谱分析，发现脯氨酸前期通过双分子脱水缩合反应生成27.6% 的DKP；铁、钙均促进吡嗪、吡咯、吡啶等单环含氮产物生成，且铁将吡咯的生成主要路径转变为脱水后脱羰基；同时添加铁、钙时，铁可延长钙促进嘌呤生成的温度区间延长至500°C，且二者协同使吡啶产量高达21.3%。

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火焰燃料电池技术研究进展

王雨晴, 史翊翔, 蔡宁生

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2147-2156.

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火焰燃料电池(Flame Fuel Cell, FFC) 是一种新型固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)，将富燃火焰与SOFC 直接耦合，具有装置简单、燃料适应性广、启动快速等特点，在小型天然气分布式供能以及动力系统中极具应用前景。本文首先介绍了FFC 的发电原理与研究概况，随后分别从燃料富燃特性、富燃火焰中电池性能特性以及FFC 电堆集成与系统分析三个方面介绍了火焰燃料电池的相关研究进展，并展望了超高温燃料电池研发、衰减机制研究以及规模化放大等发展方向。

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氨/柴油分层A-D-A 喷射模式对船用低速机燃烧过程的影响

吴杰, 刘龙, 王洋, 吴越

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2157-2165.

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鉴于发展高热效率零碳船用低速机的必要性，本研究提出了氨/柴油分层喷射A-D-A (氨–柴油–氨) 模式，采用数值模拟对其进行燃烧过程研究。研究结果表明：A-D-A 模式是一种有效提高指示热效率(ITE) 的方法，其允许的最小引燃柴油能量分数大概在3%；合理匹配预喷氨能量分数和预主喷喷射间隔能保持ITE 在较高水平的同时使NO_x、NH₃ 以及温室气体(GHG) 排放尽可能少；30% 预喷氨能量分数下，−4°CA ATDC 柴油喷射正时耦合5°CA 预主喷喷射间隔能保持较高ITE 的同时极大减少NH₃ 和N₂O 排放，但NO_x排放高于原柴油机。

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不同低气压环境下走廊火灾顶棚射流温度分布特征研究

刘紫玮, 唐飞, 胡隆华, 孙协鹏, 张晓磊

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2166-2174.

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顶棚射流火灾蔓延是建筑火灾动力学经典科学问题之一。本文主要开展了不同低气压情况下建筑走廊顶棚射流温度分布特征研究，分析了不同低气压环境条件对走廊内贴壁受限火羽流温度演化特征的影响，发现随着环境气压的降低，走廊顶棚火焰扩展结构逐渐由半椭圆形变为“U” 形；揭示了不同低气压环境对走廊火灾顶棚射流最高温升和纵向温度衰减的影响机制，建立了考虑不同低气压环境影响的走廊内顶棚下方中心和两侧温度分布的表征关系式。

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V 型火焰稳定器流动及燃烧的自适应湍流模拟

吴文昌, 陈涛, 韩省思, 杨小平

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2175-2185.

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在自适应湍流模拟方法(SATES) 框架下，本文基于sigma 亚格子应力模型发展了一种新的SATES-sigma 湍流模型。对V 型火焰稳定器流动及燃烧状态开展了高精度数值研究工作，结合试验数据，对比分析了新发展的SATES-sigma 模型与早期的SATES-Smagorinsky 模型在冷态及燃烧计算中的计算可靠性及性能差异。结果表明本文提出的SATES-sigma 模型能够准确地预测出复杂湍流尾迹流动结构。而且，结合有限速率/涡耗散燃烧模型，SATES-sigma 模型在燃烧场预测上要明显优于SATES-Smagorinsky 模型，在湍流燃烧问题上展现出较高的应用潜力。

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切圆锅炉不同负荷掺烧黑颗粒的数值模拟研究

马达夫, 何翔, 张守玉, 周义

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2186-2197.

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生物质储量丰富、环境友好、碳排放强度低，经处理后可获得能量密度较高、燃烧性能较好的黑颗粒，适用于燃煤锅炉的掺烧，可促使“双碳” 目标的早日实现。本文采取数值模拟手段，研究了100% 负荷及20% 负荷下350 MW 四角切圆锅炉掺烧黑颗粒的燃烧状况，得到掺烧黑颗粒对锅炉温度场、烟气组分场、着火距离及NO_x 排放的影响规律。结果表明：100% 负荷下掺烧黑颗粒，炉内主燃烧区域温度上升2∼27°C；O₂ 浓度下降约0.5%∼1%；CO 的体积分数增量约为2450×10⁻⁶ ∼3780×10⁻⁶且CO 增量与黑颗粒掺烧量正相关；NO_x 浓度减少量在160∼207 mg/m³ 之间，单只燃烧器黑颗粒掺烧量越多，NO_x 浓度减少量越多；可降低着火距离最大约0.43 m。相比100% 负荷，20% 负荷下黑颗粒的掺烧可使燃烧器喷口截面温度增加7∼105°C左右；O₂ 浓度下降约0.4%∼1.8%；CO 的体积分数增量约为−150×10⁻⁶∼547×10⁻⁶；各燃烧器喷口截面处NO_x 浓度减少量在141∼164 mg/m³ 之间；可降低着火距离最大约1 m。黑颗粒的掺烧可提升炉膛烟气温度，提高炉内CO 浓度、降低炉内O₂ 浓度、降低NO_x 浓度、降低燃料射流的着火距离，有利于锅炉燃烧稳定性。

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基于快压机的双燃料燃烧过程数值研究

熊仟, 邓楠楠, 王璐江, 宛张义

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2198-2205.

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利用CONVERGE 软件构建并验证了基于快速压缩膨胀机的仿真模型，探究了柴油喷雾微引燃高压天然气射流的基础燃烧特征，分析了引燃油量和天然气喷孔直径对双燃料燃烧过程的影响。结果表明，燃烧火焰沿射流两侧扩散发展，燃气动量的减小对射流前端当量比分布影响较大；引燃油量影响了缸内引燃火焰持续时间，从而影响了燃气着火时刻和燃烧量；天然气喷孔直径影响了射流喷射量和动量，涡流条件下，燃烧着火区域的分布影响燃气的着火和稳定燃烧。

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生物质锅炉受热面飞灰黏性沉积模拟研究

朱轶铭, 宿海宁, 郑钰, 邱桐禹, 谢俊, 杨天华, 王学斌

工程热物理学报. 2024, 45(7): 2206-2213.

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针对生物质锅炉高温受热面熔融结渣问题，结合灰熔融特性数据，分区拟合求取黏附特征温度，基于临界沉积速度判据建立飞灰黏性沉积综合模型，模拟研究生物质锅炉高温受热面积灰特性。结果表明，粒径20∼50 μm 小颗粒平均温度高，更易熔融产生黏性沉积，粒径50 μm 的飞灰沉积量最大；炉膛高温区域积灰由黏性沉积机制主导，高温过热器区域飞灰黏性沉积速率仅为实测值的10.5%，表明该区域存在其它沉积形式，黏性沉积不再主导。模型可用于预测高温受热面的生物质灰熔融结渣。

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