工程热物理学报

Select

张武杰, 许安易, 蒋文兵, 孙培杰, 李鹏, 苗蕊娇, 黄永华

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2215-2222.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

共底贮箱是低温推进剂贮箱的理想形式之一，其两侧低温推进剂的无损贮存是亟待解决的关键技术。本文结合已搭建的液氧/液甲烷零蒸发共底贮存实验装置，建立了零蒸发共底贮存系统冷屏仿真模型。针对非稳态流动传热过程中温度的位变与时变特性，提出了温度离散系数，其相比不均匀系数更适用于评价非稳态流动传热过程中冷屏的热均匀特性。结果表明，采用蛇形盘管的冷屏在非稳态过程中具有良好的热均匀性，冷屏最大温度离散系数为3.85%。

Select

赤藓糖醇相变材料的热稳定性评估

库尔班江· 乌丝曼, 王天浩, 戴晓业, 史琳

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2223-2229.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

糖醇作为具有性能优异的中温相变储热材料备受关注，其热稳定性是制约材料实际使用的重要物性参数。本文以赤藓糖醇为研究对象，从质量损失、熔点变化、熔化焓衰减这三个指标综合评价了其热稳定性，并建立了其热稳定性评估的动力学模型。结果表明，赤藓糖醇加热后的主要气态产物包括多种小分子气体，固态产物主要体现在C=O 键的生成。对质量损失、熔点和熔化焓等热稳定性表征参数变化进行了对比，发现赤藓糖醇熔化焓在空气氛围、145°C、48 h 下降了10.2%，变化幅度明显高于其他两个指标，因此选择熔化焓衰减作为赤藓糖醇热稳定性评价指标。在氮气(N2) 氛围下熔化焓衰减模型的活化能为80.0 kJ·mol⁻¹，对数指前因子为15.14 h⁻¹。基于模型进一步分析，在120∼140°C 下赤藓糖醇熔化焓半衰期为2401∼7851 h。

Select

直接空气碳捕集–综合能源系统配置优化方法

杨礼华, 吴啸, 沈炯

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2230-2238.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

将直接空气碳捕集(Direct air carbon capture, DAC) 与可再生综合能源系统(Integrated energy system, IES) 结合，是实现区域碳中和的有效途径。合理的配置方法是系统稳定、灵活、经济与零碳的前提。常规配置方法无法反映DAC 吸附、解吸的动态CO₂ 传质特性以及能耗特征差异，导致非最优或不可行的配置方案。为此，本文构建了面向配置的DAC 模型以反映其动态运行特性，在此基础上以包含投资成本、运维成本、可再生能源削减惩罚以及负碳排环境效益的年总成本为目标函数，建立DAC-IES 配置模型，获得各设备的最佳容量与协同运行策略，揭示间歇波动供能背景下DAC 的灵活运行机制。案例分析验证了所提出的配置方法的有效性与优越性。结果同时表明，DAC 系统灵活运行能够实现与可再生能源更好地协调与更经济地碳捕集。

Select

纳米流体分频折平板聚光CPVT 系统设计与分析

王刚, 张震, 林建清

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2239-2244.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文提出了一种基于折平板聚光器和水基Ag/CoSO₄ 纳米流体分频器的新型聚光光伏/光热(CPVT) 系统。制备了水基Ag/CoSO₄ 纳米流体并进行了测试。结果表明，全光谱范围内选定的水基Ag/CoSO₄ 纳米流体的透射率和吸收率分别为57.7% 和42.3%。对CPVT 系统的光学分析结果表明，CPVT 系统的光学效率约为96.34%。对CPVT 系统进行的热力学性能分析结果表明，光伏组件的光电转换效率和CPVT 系统的总光伏效率分别为28.9% 和16.7%，CPVT 系统的热效率和㶲效率分别为40.9% 和22.3%。当入口纳米流体流速从0.004 m/s 增至0.008 m/s，CPVT 系统㶲效率从24% 减小至21%；随着入口纳米流体温度从278 K 升高到298 K，CPVT 系统的㶲效率从22% 增加到23.2%。

Select

新型空气储能式化学链联产系统热力性能研究

张泰恒, 赵洪滨, 杜辉成, 卢瑞豪

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2245-2250.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于传统压缩空气储能模式，本文提出一种新型压缩空气储能式甲醇化学链循环热电联产系统。与传统化学链燃烧循环系统相比，该系统通过利用多余的电压缩空气，消除释能过程化学链空气压缩机耗功。与带有燃烧室的传统压缩空气储能系统相比，释能过程可实现CO₂ 的无能耗分离。同时，对储能过程低温压缩热进行储存，并将储存的热量用于释能过程甲醇参与的低温还原反应，提高低温热能品位。本文通过Aspen plus 软件对系统进行模拟，研究了氧化器反应温度、压力及空气流速对系统热力性能的影响。并以常规化学链循环作为参考，进行了性能对比研究。结果表明：该系统热效率、电效率和㶲效率分别比常规化学链循环系统高出16.53%、5.82% 和9.20%。

Select

集成太阳能热化学过程的混合动力系统

李艺敏, 韩东江, 隋军

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2251-2261.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

提出太阳能热驱动甲醇裂解反应制取合成气，联合高温固体氧化物燃料电池–均质压燃内燃机的清洁高效低碳热力系统。结果表明，在设计工况下，热化学效率63%，混合动力发电效率48.7%，太阳能净发电效率30.7%，系统的㶲效率为40.25%。不可逆损失分布由大到小依次为内燃机，燃料电池空气预热器，太阳能热化学过程，排烟损失，高温固体氧化物燃料电池，甲醇预热器和内燃机空气预热器。相较于传统混合动力系统，太阳能热化学过程转移了固体氧化物燃料电池的部分不可逆损失。太阳能辐照强度从300 W/m² 增加至800 W/m²，热化学效率从52% 升高至63%，太阳能净发电效率由25.3% 增长至30.7%。燃料利用率从0.5 增加至0.85 时，内燃机功率输出占比不断减小至15.6%, 混合动力单元的发电效率从45% 增加至50%。

Select

基于LCA 的有机朗肯循环技术环保性能研究综述

葛众, 熊肖, 李健, 解通, 谢建斌, 徐坚

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2262-2276.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

有机朗肯循环(organic Rankine cycle，ORC) 技术可用于低品位热能发电，在可再生能源开发和余热回收中应用前景广阔。随着“双碳” 目标提出，能源电力系统低碳化已成为必然趋势，因此，ORC 系统的环保性能指标越发重要。本文综述了ORC 系统全生命周期环保性能的研究现状，总结了ORC 全生命周期评价(life cycle assessment，LCA) 的分析流程，根据热源类型对相关研究进行了分类并总结了其环境影响特点，评价了常见工质的环保性能，最后探讨了ORC 系统全生命周期研究的发展趋势。研究发现，生命周期清单分析中的现有清单数据多为二次数据，Recipe 方法是应用最多的评价方法，ORC 系统的设备生产和工质泄漏是影响其环保性能的重要因素。

Select

物性变化对超临界CO₂光热系统动态特性影响

吴珍珍, 史琳, 魏名山, 宋盼盼, 田冉

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2277-2289.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

超临界CO₂ 布雷顿循环是太阳能光热利用最具潜力的技术之一，清晰认识系统性能的动态变化特性是机组高效平稳运行的必要条件，超临界CO₂ 在临界点附近的物性变化对系统动态特性分析提出了新要求。本文搭建了系统的动态模型，并对不同输入扰动下系统的动态响应特性进行分析，重点讨论了物性剧烈变化对系统动态性能的影响。结果表明，热源输入增加和冷却水质量流量减少会使系统整体运行温度升高，但低压侧参数对动态扰动的敏感性较低，有利于机组维持稳定；反之，系统整体温度下降，压缩机入口工质处于两相区，影响系统性能。透平转速对系统性能影响较小，相比于主压缩机转速的影响可以忽略。本文所获得的动态响应分析结果可为控制策略建立提供基础。

Select

基于螺旋度改进的DDES-SA 模型预测叶尖泄漏流动

汪光宇, 柳阳威, 唐雨萌, 高雁飞, 刘旭亮

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2290-2298.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于Spalart-Allmaras(SA) 湍流模型的延迟脱体涡模拟(Delayed Detached Eddy Simulation, DDES) 方法作为一种经典的混合雷诺平均(RANS)–大涡模拟(LES) 方法，已被广泛应用。然而，DDES-SA 模型虽结合了RANS 及LES 方法的优点，但在叶轮机领域的实际应用中仍存在局限性，难以达到期望的预测精度。本研究引入螺旋度对传统的DDES-SA 模型进行修正，通过螺旋度精准识别流向涡核，减弱涡核处过高的湍流黏性，从而显著提升DDES-SA 模型对叶尖泄漏流动的预测能力。本文采用改进前后DDES-SA 对简化的叶轮机转子叶尖泄漏流动进行了数值模拟，以大涡模拟结果为基准，评估了改进前后的DDES-SA 方法对泄漏流动的预测性能。结果表明，基于螺旋度改进的DDES-SA 方法预测值和LES 结果更接近，并能提供更准确的涡核强度及非定常特性，显著提升了其对叶尖泄漏流的预测能力。

Select

封严泄漏流对端壁换热特性的影响机制

董逸飞, 李雪英, 任静

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2299-2305.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

燃气轮机封严泄漏流对端壁处的流动换热具有显著影响。本文采用经实验验证的三维RANS 数值方法，分析了不同泄漏流流量、旋流角和射流角与主流交互作用对端壁换热的影响机制。结果表明，泄漏流质量流量比增大强化了马蹄涡并增强了换热；旋流角增大强化了马蹄涡压力侧分支与马蹄涡吸力侧分支的掺混，导致前缘处的换热增强；射流角增大降低了泄漏流的流向穿透力，增强了叶栅前部换热。该结果有助于封严结构设计及端壁热防护。

Select

燃气涡轮高负荷叶片冷却掺混损失研究

郭粲, 孙添一, 陈欣楠, 李志刚, 李军

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2306-2311.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文整理了近几年涡轮叶片气膜冷却掺混损失模型的发展历程和趋势，通过数值模拟的方法研究了吹风比以及孔排位置对于燃气涡轮高负荷叶片冷却掺混损失的影响，分析各部分气动损失的变化规律，结果表明，气膜冷却引起的掺混损失随吹风比迅速增加，前缘区域更为明显，高吹风比时不可忽略；吸力面的掺混损失要整体高于压力面，且越靠近前缘位置气膜冷却造成的损失就越大，为后续各个影响因素的整合，损失模型的深入研究提供了数据支持。

Select

不同封严冷气流量下高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性研究

史旭阳, 吴艳辉, 李紫良, 周小兵

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2312-2320.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

高压涡轮轮缘密封特性会直接影响高压涡轮性能。本文采用经过实验数据验证的高精度数值方法研究了封严冷气流量对高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性的影响。研究表明：盘腔封严效率随着封严冷气流量的增大呈现增加的趋势，但其提升率随封严冷气量进一步增加而减小；封严冷气出流会影响涡轮端壁处流场的不均匀性，其对封严间隙处涡轮周向静压力分布的不均匀性影响很大；转子的旋转使得导叶尾缘与动叶前缘的相对位置出现“脱离–交互” 现象，从而导致燃气入侵区域发生对应的“分离–融合”。在封严间隙内，入侵燃气与封严冷气相互作用会形成燃气入侵涡(GIV) 以及混合诱导涡(MIV)，其径向位置、大小、强度和周向分布规律会直接影响高压涡轮轴向轮缘密封非定常封严特性影响。封严冷气流量通过影响MIV 的径向位置和大小会影响封严间隙内的封严效率；封严冷气流量通过影响GIV 在周向上的分布规律和强度从而影响封严间隙处端壁流场的周向不均匀性和燃气入侵的非定常过程。

Select

电磁阀开度对电控单体泵内部流动特性的影响

梁玉秀, 黎一锴

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2321-2332.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

采用可视化实验验证了三维数值计算模型的有效性，基于验证的仿真模型对不同电磁阀开度电控单体泵的内部空化特性和流通特性进行了计算研究。结果显示，随着压差增大，空化首先出现在节流处，然后出现在下游；流动分离导致节流处产生空化，射流的卷吸作用导致下游发生空化；在所有进口压力下，电磁阀开度越大临界空化数越大。节流处的总蒸汽体积分数达到2% 时会导致阻塞流动，流量系数减小；在阻塞流动发生前，流量系数随压差变化很小；阻塞流动发生后，节流处空化随压差增强导致速度系数增加，但是面积系数减小更多，从而使流量系数越小；节流处的蒸汽体积达到最大值后，电磁阀开度越大流量系数越小，当开度大于0.10 mm 时，流量系数随开度的变化很小。

Select

高性能透平叶片弯扭掠改型对流场影响

曹培愉, 王乃安, 黄典贵

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2333-2346.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

为了探究在高负荷透平中叶片弯扭掠改型的适用性和差异性，本文以300 MW F 级重型燃气轮机的透平末级为研究对象，采用正交优化和敏感性分析的方法，通过数值模拟的手段探究了弯、扭、掠单独变化对流场的影响。由于透平静叶改型对动静叶气动匹配有影响，因此本文对于每一种静叶改型都进行了与之气动最匹配的动叶扭转改型。研究得到了最佳静叶弯曲形式为两端反弯中部正弯，这种弯曲形式可以改善静叶端部的通流情况，削弱叶栅通道内的二次流强度，透平的轮周效率提升了0.86%。静叶扭转改型对透平影响较大，透平轮周效率提升了2%，但是透平流量系数下降较多，在使用扭转改型提升透平性能时需要关注扭角过大对透平性能带来的负面影响。相比于弯曲和扭转改型，静叶掠改型对透平的气动性能影响相对较弱。研究结果为高性能透平叶片设计提供了指导。

Select

考虑非稳定大气边界层的风力机输出特性研究

张振凯, 陈银鹏, 杨英健, 贾彦

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2347-2353.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文基于CFD 方法，从不同性质大气边界层中风力机的输出特性进行研究，对中性和非中性大气边界层环境下风力机的输出特性如功率、尾流速度等进行分析。针对所预选风力机的基本参数，在保证轮毂处风速为额定风速的基础上，通过改变速度分布及温度来构建入口边界函数，而后进行风力机CFD 分析。结果表明中性大气边界层条件下在距风力机下游15D 处恢复到了来流速度的89%，而不稳定大气边界层条件下的尾流速度已完全恢复。此外，不同性质大气边界层的整体尾流恢复有所差异，在近尾流区及过渡区尾流恢复程度基本相同，在远尾流区非中性大气边界层条件下的速度分布高于中性大气边界层。

Select

风电机组非定常数值模拟方法研究

娄刻强, 王晓东, 赵庆旭, 汪涛

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2354-2362.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

风电机组非定常数值模拟中模拟叶片运动所需的动态网格是CFD 方法使用中最具挑战性的方面之一。为了探究滑移网格和重叠网格在风电机组非定常模拟中的应用差异，本文分别采用两种方法进行固定式和漂浮式风电机组非定常气动模拟。采用snappyHexMesh 生成网格，并保证旋转域网格一致，分别对机组的总体性能、展向截面气动特性以及尾流特性三方面进行对比。研究结果表明，对于固定式和漂浮式风电机组，重叠网格方法计算出的功率均略微大于滑移网格方法；沿叶片展向从叶根到叶尖，吸力面低压区范围逐渐增大，压力面压力逐渐升高，重叠网格对于展向截面翼型表面压力差的模拟结果高于滑移网格结果，是风电机组总体性能计算结果偏高的直接原因；滑移网格模拟出的叶根及轮毂中心位置处风速要稍低于重叠网格结果，在叶尖位置处要略大于重叠网格结果。

Select

轴流涡轮等密流通流设计方法

李志, 刘艳, 杨金广

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2363-2368.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

针对轴流涡轮通流设计求解过程复杂和对设计经验依赖多等问题，提出了一种展向等密流通流设计方法。以E3 涡轮为例论证该方法的优势。结果显示，通流设计与三维CFD 模拟的参数展向分布基本一致。新设计方案通过调整密流的展向分布削弱了第一级动叶根部的二次流损失，进而使涡轮效率提升0.5%。提出的通流设计方法在提升计算稳定性、降低时间成本和提高涡轮气动性能等方面体现出一定的优势，能够切实应用于轴流涡轮设计。

Select

贯流式水轮机转轮偏心对尾水管涡带的影响

吴延昭, 朱迪, 陶然, 魏志聪, 肖若富

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2369-2374.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

贯流式水轮机被广泛应用于低水头电站的开发中，由于转轮叶顶间隙的存在，其安装会出现偏心的情况。而转轮对于尾水管涡带的形成与发展具有重要的影响。因此本研究通过数值模拟方法，分析了不同偏心距对涡带涡旋结构和能量耗散的影响。研究结果表明，转轮偏心会对涡带的扩张程度产生明显的影响，但是对涡带的长度影响不大，同时其会破坏尾水管中熵产率高值区的范围和结构，使高值区的中心愈发偏离轴心，造成能量耗散的不稳定。

Select

肋片交错距离影响HFE-7100 沸腾换热研究

吴裕, 王宏, 朱恂, 陈蓉, 丁玉栋, 吴君军, 廖强

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2375-2381.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着电子元器件发热量的持续增加，传统的风冷散热已经无法满足当前数据中心的散热和节能的双重需求，而高效的沸腾换热技术是解决目前数据中心散热瓶颈的重要手段。为了进一步提升沸腾换热性能，本文设计了交错排列的肋片表面，研究了肋片结构对工质再润湿与气泡聚并脱离行为的影响，分析了沸腾换热时气泡群的行为特征，并测试了肋片结构参数对于沸腾换热的影响。实验结果表明，肋片的交错排布强化了液相的补充能力，延缓了表面的烧干，并将临界热流密度提升至44.45 W/cm²，相对光滑表面提升了100.4%，当肋片间距为0.5 mm 时，能够获得最佳的沸腾换热系数2.50 W/(cm²·K)，相对光滑表面提升了229%，本文研究结果为沸腾相变换热表面结构设计提供了指导。

Select

基于相场--格子Boltzmann 方法的铝液滴碰撞行为数值模拟研究

吴宇晨, 江茂强, 王亚宁, 栗晶, 柳朝晖

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2382-2388.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文采用相场–格子Boltzmann 方法研究了偏心度B = 0.06，韦伯数We = 15 ∼ 190 情况下双铝液滴的碰撞行为。捕获了对撞双铝液滴的大变形融合行为及产生“卫星液滴” 的自反分离行为，发现随着We 增大，自反分离产生的“卫星液滴”数量增加。此外，将LBM 模拟得到的铝液滴发生自反分离行为的临界We 与两类自反分离模型的预测值进行了对比，发现与黏性液滴自反分离模型相比，忽略黏性的自反分离预测模型能够对铝液滴近对心碰撞中出现的大变形融合和自反分离行为的临界We 进行更准确的预测，这与铝液滴低黏度的特点相符。

Select

R141b 在烧结高通量管外流动沸腾换热实验研究

王科, 赵学智, 叶晶, 揭涛

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2389-2395.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

烧结型高通量管是一种新型的强化换热元件，能在较低的壁面过热度条件下产生剧烈的核态沸腾，促进工质的相变换热。为探究烧结多孔层对流动沸腾换热特性的影响规律，本文以制冷剂R141b 为实验工质，对外径为25 mm、涂层厚度为0.3 mm、孔隙度分别为65% 和75% 的外烧结型高通量管开展了实验研究。结果表明，在相同的壁面过热度条件下，高通量管较光管能大幅提高壁面热流密度，且孔隙率更高的高通量管其壁面热流密度更高。增加高通量管的孔隙度能增加汽化核心的数量和汽泡脱离的频率，但当加热壁面温度升高到一定程度时，汽泡无法及时从多孔层中逃逸而形成局部汽膜，导致高通量管的换热系数降低。

Select

离心泵内气液两相流动的数值模拟与实验研究

苏筱斌, 徐强, 杨晨宇, 戴晓宇, 郭烈锦

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2396-2402.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

分叶式叶轮由于其叶片的分离和偏移能够很好地处理气液流动而被广泛应用在石油工业中。本文采用叶轮可视化及数值模拟相结合的方法研究了分叶式叶轮内的气液流动特性。在该叶轮中，气团会率先出现在内叶片入口及外叶片的吸力面。气团在延伸至叶片分离和偏移的位置时，受到来自相邻流道流体的冲击。采用欧拉–欧拉模型时，数值模拟得到的叶轮内气液流动与可视化得到的结果基本一致。在叶轮流道中，被气团占据的区域失去了增压能力，而气团未占据的区域仍保留一定的增压性能。

Select

主流马赫数对气膜冷却效率与掺混损失的影响

康忠, 李国庆, 张深, 王晓东, 张燕峰, 卢新根

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2403-2413.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文采用数值模拟的方法，研究了主流马赫数(Ma_m) 对双射流孔与收缩型双射流孔气膜冷却效率与掺混损失的影响机理。结果表明：随着Ma_m增大，冷气贴壁性能增强，近气膜孔区域横向平均冷却效率增大。两种气膜孔结构的冷却核心主要是由下游气膜孔出流的冷气构成，上游气膜孔出流促使下游气膜孔出流贴近壁面，主射流作用形成的反肾型涡对可以促进冷气横向发展。在掺混损失方面，随着Ma_m 增大，主射流速度、温度差异增大，气膜冷却造成的熵增不断增大，且主射流速度差异引起的熵增主要发生下游气膜孔出口附近，主射流温度差异引起的熵增主要发生在主射流掺混交界面附近。

Select

非凝析气在原油及其孔隙中溶解的分子模拟

何海峰, 贺文媛, 盖平原, 梁伟, 郭省学, 顾泽凯, 巩亮

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2414-2422.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着石油的不断开采，轻质原油储量不断减少，分子量及黏度较大的原油逐渐成为开采的主要对象。本文构建了不同原油孔隙(C6、原油)，采用分子动力学方法，探究了非凝析气体(N₂、CO₂ 及混合气体) 在原油及其孔隙中的溶解微观过程，揭示了非凝析气体在不同原油及其孔隙中的溶解机理，并探究了温度压力的影响。结果表明，大分子沥青质、胶质对气体的溶解具有明显抑制，CO₂ 和N₂ 气体对稠油中轻组分存在萃取作用。同时CO₂ 在原油孔隙中的溶解能力、对壁面处原油的剥离能力强于N₂，N₂易在孔隙中部形成气体通道。另外，提升温度和压力均能提升气体对原油溶胀及孔隙中原油推动效果。

Select

面向光场火焰辐射的积分采样优化方法

单良, 华夏杰, 孔明, 牛玉风, 赵腾飞

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2423-2431.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

光线追迹用于建立传感器像素和火焰的映射关系，是火焰光场成像的重要步骤，服务于温度场重建。但目前常用的蒙特卡洛逆向追迹在承载辐射量计算上，存在精度不稳定、耗时长等问题。本文提出在光线传播方程加入透镜参数，测算投影光斑与透镜的交互关系，表征承载辐射量的积分。该积分追迹方法旨在简化传输模型、确保高精度的辐射量计算。为验证其有效性，使用不同光线密度的逆向追迹与本文方法对温度场采样，生成对应火焰光场图像，将不同采样样本训练的模型在标准数据集下作对比：随采样光线密度提升，重建温度场误差越低，当光线密度达50×50 条/像素时，重建平均相对误差为0.275 %，追迹过程耗时405.53 s；本文方法重建平均相对误差为0.246%，追迹过程耗时0.3 s。

Select

光学交流量热法同时测量低热导材料的热导率和比热容

宋尚智, 张可欣, 杨荣贵, 江普庆

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2432-2436.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

传统的交流量热法采用一束经调制的激光周期性加热悬空的薄膜样品，通过热电偶测量样品表面距离加热点不同位置处的交流温升信号，由其幅值随距离的衰减(幅值法) 或者相位随距离的滞后(相位法) 来提取薄膜样品的面内热扩散率。本文提出新的基于光学的交流量热法可用于同时测定低导热块体材料的热导率及比热容。该方法的可行性通过测量无定形二氧化硅材料的热导率和比热容得到了验证，同时分析了测量误差，还讨论了实验测量应当使用的最佳光斑尺寸和调制频率的选择方法。

Select

辐射诱导纳米气泡的分子动力学模拟

赵畅, 安巍, 张一帆

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2437-3440.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

辐射诱导下产生的纳米气泡在很多新兴产业中具有重要的应用价值；然而，在连续入射光照射下，小尺寸粒子表面气泡成核阈值高、产生气泡困难等问题限制了其在光流控、生物医学等领域中的应用。因此，本文提出将小尺寸纳米粒子组装成聚集阵列的方式，明显促进了其表面气泡的成核过程。不仅如此，当激发局域等离子共振效应时，发现局域增强电场能够进一步显著加快气泡生成。本文能够为促进纳米粒子表面气泡的成核过程提供新思路，为将小尺寸粒子应用于诸多新兴领域提供有力的理论指导。

Select

过冷沸腾近壁面温度和速度分布特性研究

徐铃淼, 李晓, 刘洪涛, 唐继国

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2441-2445.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文对25∼40 K 过冷度下核态沸腾和气泡微细化沸腾时近壁面液体温度和速度分布进行了实验研究。结果表明：在核态沸腾区域，加热面附近液体热量通过气泡生长、脱离和浮升带离；高温区主要集中在加热面上方。在MEB 区域，无气泡脱离发生，近壁面液体热量通过气膜剧烈振荡引入的对流过程向远端传递，以维持局部过冷度；此时加热面上方和边缘区域液体平均温度比远端液体温度约高4 K，且随时间剧烈波动。上述结果表明，核态沸腾和MEB 时近壁面热量输运过程存在显著差异。

Select

板间颗粒流动换热特性实验与数值分析研究

潘龙飞, 魏高升, 黄平瑞, 崔柳, 杜小泽

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2446-2452.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文基于垂直结构的板壳式移动填料床太阳能颗粒换热器，实验研究了颗粒与不同板型壁面间的换热特性，并采用离散单元模型对颗粒在板内的流动轨迹和流动状态进行了三维模拟，分析了不同壁面形状对换热过程的影响机理。研究结果表明，与普通光滑铜板相比，波浪板对整体换热产生明显削弱，而粗糙板在高流量下(25∼54 g·s⁻¹) 也是削弱换热的。波纹板虽在低流量下(6∼25 g·s⁻¹) 削弱换热，但在高流量下(26∼54 g·s⁻¹) 可实现换热强化。进一步的数值分析表明，虽然波浪板、波纹板和粗糙板都会增强颗粒的波动，但也会延长颗粒的下落时间，当增强波动所引起的换热强化程度大于增长下落时间所引起的换热削弱程度时，整体换热过程便呈现强化效果，反之则出现削弱效果。

Select

锯齿形振动风扇对热壁面对流换热效果的影响

张震, 闵春华, 张铭凯, 王坤, 解立垚, 范元鸿

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2453-2459.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

建立电磁振动风扇热壁面散热模型，研究电磁振动风扇对恒热流壁面的对流换热效果。以矩形扇叶为基础，构造9 种锯齿形扇叶，采用实验和数值模拟研究方法，研究不同扇叶的散热效果。结果表明，在研究范围内，锯齿数最多时的三边锯齿扇叶对恒热流壁面的散热效果最佳，与矩形扇叶相比，该锯齿型扇叶使壁面平均温度和最高温度分别下降3.3°C 和5.2°C。数值模拟结果与实验结果吻合较好。流场分析结果表明，在锯齿的作用下，扇叶诱导产生的大尺度旋涡被打碎成小尺度旋涡，因此对流传热得到增强。

Select

高温多组分混合气体热导率理论预测

缐磊, 曹涛锋, 陈磊, 陶文铨

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2460-2465.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

准确获取高温燃气的热学性质是开展火箭发动机喷管数值仿真的基础。由于采用实验方法获取高温下气体热导率极其困难，基于理论计算手段预测高温下气体热导率成为更好的选择。本研究中，使用考虑高温电子激发态的Istomin 修正计算了H₂、CO 以及N₂ 气体在300∼4000 K 温度范围内的热导率。结合Wassiljewa 方程构建了高温下多组分混合气体导热性质理论预测模型，预测了两种燃烧气体在300∼4000 K 温度范围的混合气体热导率，为喷管精细化仿真提供燃气热学性质参考数据。

Select

液滴撞击振动壁面传热特性影响的数值研究

胡定华, 朱劭恺, 于坤洋, 李强

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2466-2474.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

随着车载、机载等交通输运系统电子设备散热需求的不断提高，喷雾冷却的应用领域逐渐增加、应用环境逐渐复杂，确定振动对喷雾冷却传热过程的影响有重要意义。基于VOF 方法和动网格模型，建立了液滴撞击垂直振动壁面的数值模型，研究了壁面振动速度变化形式和振动参数变化对传热过程的影响。结果表明：对于方波、余弦波和三角波三种不同振动速度变化形式，在相同最大速度和周期下，壁面速度余弦波变化在最大速度较小时液滴有最高的传热能力；随着振幅和频率的增加，壁面振动先后通过改变接触面积和接触时间影响传热；振幅和频率较小时，壁面振动对传热有抑制作用，随振幅和频率的增大传热逐渐增强，频率过大时，虽然撞击点处温度降低但总传热能力减小。

Select

GaSb 电池热控温度与辐射源温度的匹配性分析

柳秀丽, 李潇磊, 陈学, 孙创, 夏新林

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2475-2482.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

能量转换效率低是制约热光伏发电进一步开发与应用的重要原因。为了突破这一壁垒，提升能量转换效率，本文以GaSb电池为研究对象，利用半导体物理和普朗克热辐射理论，探究以黑体为辐射源，温度分别设置为1000 K，1500 K，2000 K，2500 K，3000 K，光谱区间0.4∼2.0 μm，电池温度变化范围0∼200°C 时，GaSb 电池性能参数的变化以及能量转换效率；结合物性参数变化，确定电池在特定的光谱区间内，电池在热控温度下与辐射源的最佳匹配温度。结果表明：电池在不同的热控温度时，电池的能量转换性能不同；当电池热控温度在0∼110°C 时，最佳黑体辐射源温度为2000 K；当电池热控温度在110∼200°C时，辐射源温度应该保持在2500 K。

Select

二元共晶相变材料热物性研究

孙玮, 胡成志, 唐大伟

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2483-2488.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

二元共晶相变材料在储热及控温领域具有重要的应用价值，其过冷度在长期储能方面起到重要作用。本文基于CaCl₂·6H₂O 和CaBr₂·6H₂O 两种水合盐，合成了多组二元共晶相变材料，两种水合盐熔化温度分别为32.41°C 和29.95°C，结晶温度分别为−3.42°C 和12.52°C，对应的相变潜热为191 kJ·kg⁻¹ 和115 kJ·kg⁻¹。通过对合成的二元共晶相变材料进行热物性测试，结果表明二元共晶相变材料的可调节熔化温度为15.5∼28.17°C，最高过冷度为26.02°C，其潜热值随CaCl₂·6H₂O含量的增加而增大。此外，添加增稠剂能够有效改善材料的过冷稳定性。本研究为低温长期储能领域提供了更多可选择的相变材料，也为调节相变材料的相变温度以及通过相变材料实现长期储能目标提供理论支撑。

Select

当量比对不同形状障碍物管道内火焰加速的影响

董吉舟, 晏自鸿, 李晓曦, 肖华华

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2489-2495.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本文采用高速摄像–纹影技术研究了障碍物管道内不同当量比氢/空气预混气体的火焰加速过程。障碍物形状共3 种：三角形、全切半圆形以及半圆形。结果表明，当量比通过影响火焰不稳定性和层流燃烧速度，改变了管道内的火焰演化过程以及传播速度。当量比(φ) 为1.5 时，火焰传播最快。障碍物形状对火焰加速有显著影响。带有尖锐结构的障碍物有利于火焰的拉伸和破碎，促进湍流化。极富燃料工况(φ=3) 下，火焰锋面演化更稳定，尖锐的全切半圆形障碍物对火焰锋面湍流化的作用更明显，加速更快。半圆形障碍物管道内火焰过渡平缓，传播最慢。本研究可为燃爆安全防护和燃烧器设计提供实验支持。

Select

高速热颗粒点燃聚苯乙烯泡沫的实验研究

王凯锋, 张春寅, 王苏盼

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2496-2501.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

热颗粒点燃建筑保温材料是导致城市-森林火灾发生的重要潜在途径，热颗粒从产生位置输运至燃料床通常被赋予一定的初始速度，目前研究尚未关注高速状态下热颗粒冲击点燃建筑保温材料的点燃现象和点火规律。本研究设计了热颗粒的加速点火实验装置，研究了13 m/s 速度下8∼16 mm 粒径热颗粒在不同温度下的点火过程。观察到了嵌入点火和接触闪火等点火现象，发现表面嵌入具有更高的点火危险性，容易引发火焰的加速传播。此外，还发现颗粒的嵌入规律与颗粒温度密切相关，得到不同粒径下高速热颗粒的点火概率分布规律。本项研究对于理解高速热颗粒的点火过程具有重要的科学指导。

Select

木质素对氨基酸热解生物油中含氮产物的影响

黄轩, 田红, 成珊, 陈珣, 刘磊, 危洋岳, 杨扬

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2502-2508.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

本研究采用实验与模拟相结合方法，分析了生物质中木质素与主要含氮成分共热解过程中相互作用及热解油中含氮产物分布。实验结果表明，谷氨酸单独热解时，产物含氮化合物可高达97%；共热解时，产物中含氮化合物降低至10%；高温时，香兰素促进谷氨酸脱羧反应，提升吡咯烷酮产率。模拟结果表明，谷氨酸分别与香兰素热解中间产物愈创木酚、邻亚甲基苯醌之间发生的脱水缩合及美拉德反应为最佳反应路径，且两者存在一定竞争关系。

Select

高碱煤热烟气强化水洗脱碱及其燃烧结渣沾污研究

程小爱, 王祥曦, 马金荣, 程延峰, 胡振中, 马剑飞, 魏博, 李建, 钟梅, 刘景梅, 马凤云, 罗光前, 姚洪

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2509-2516.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

新疆高碱煤强结渣沾污特性是影响其大规模燃烧发电的瓶颈问题。本研究基于CO₂ 溶于水形成的碳酸可有效脱除煤中水不溶碱金属碱土金属的原理，提出以热烟气为CO₂ 来源的高碱煤热烟气强化水洗脱碱方法。通过对多种典型新疆高碱煤的实验研究发现，Na 的脱除率达到90% 以上，Ca 的脱除率达到45%，显著优于普通水洗对Na 和Ca 的脱除效果。洗后煤灰的碱酸比显著降低，灰熔点提高了150°C 左右，大部分煤的结渣沾污倾向从严重结渣变为了中等结渣，或从中等结渣变为了不结渣。所以，热烟气强化水洗对高碱煤脱碱及抑制其燃烧过程的结渣沾污具有明显效果。另外，本方法简单可行，而且为电厂烟气(CO₂) 提供了一条新的资源化利用途径，具有明显的经济价值和社会意义。

Select

跨/超临界射流中湍流和热力学的作用机理研究

马杰, 刘宏升, 解茂昭

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2517-2523.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

基于开发的跨/超临界喷雾模型，本研究对跨/超临界低温液氮射流进行了大涡模拟。首先讨论了不同亚格子模型的影响；其次，不同工况下的射流动力学与热力学相互作用被分析。结果表明：不同亚格子模型对射流动力学的影响主要体现在射流远场区，这与射流热力学方面的差异不同。跨/超临界射流存在两个重要特征：一方面，固有的高密度梯度会阻碍射流的径向波动，延缓射流的分解；另一方面，跨临界射流特有的伪沸腾现象会抑制射流与环境流体的混合。跨临界射流中的隔热层会阻碍射流与环境流体之间的有效热交换；然而，局部的湍流–热力学相互作用会导致隔热层扭曲和弱化，这反过来会促进流体动力学不稳定性，从而加速所谓指状结构的拉伸和溶解。

Select

含硼纳米流体燃料液滴燃烧特性研究

肖思祺, 黄骞, 李水清

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2524-2530.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

含硼纳米流体燃料能量密度高，发展潜力大，但着火延迟、燃烧行为等基础燃烧特性研究的匮乏限制了该燃料在发动机上的实际应用。本文搭建了基于多元扩散平焰燃烧器的“飞滴法” 实验平台，研究含硼(质量分数0∼10%) 乙醇液滴的着火及燃烧特性。发现添加硼颗粒降低了乙醇液滴的着火延迟时间，在1400 K 下降幅可达约30%；添加硼颗粒会导致液滴微爆，且随温度升高，液滴微爆发生的时间更早。建立了包含纳米颗粒辐射吸收机制的单液滴燃烧模型，量化纳米颗粒辐射吸热对液滴初期燃烧速率的增幅，结果表明该机制不是纳米颗粒促进液滴燃烧的唯一主导因素。

Select

被动预燃室喷孔布置对射流与燃烧影响研究

黄林辉, 唐青龙, 孙久岭, 尧命发

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2531-2539.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

预燃室可提高点燃式发动机效率并降低氮氧化物排放，但预燃室喷孔布置对于射流和燃烧的影响尚不明晰。本文基于Converge 三维仿真软件建立并标定了数值模型以进行模拟研究。针对被动式窄喉道预燃室结构，探究了三种预燃室喷孔布置方案：双排孔PC-1、上排孔PC-2 和下排孔PC-3 不同的射流和燃烧特性。结果表明：单排孔结构在当量或稀燃下具有较高的预燃室压差及射流速度，且具有较高的燃烧放热率和更提前的燃烧相位，其中PC-2 结构稍优。双排孔结构则仅过浓条件下有较高射流速度和最提前的燃烧相位。另外，PC-2 自预燃室向外传热比例最低，说明耗散于预燃室内的热量最低，而PC-1 结构的自预燃室向外传热比例最高。综上所述，单排孔预燃室尤其是PC-2 在大部分应用场景下更宜被发动机采用。

Select

甲醇/ICTL 柴油机低负荷燃烧与排放特性的研究

石晋宏, 徐鸣, 吉志勇, 廖文蓉

工程热物理学报. 2024, 45(8): 2540-2549.

摘要 ( ) PDF全文 ( )

可视化

在一台满足国六排放法规的四缸柴油机上采用甲醇/ICTL 双燃料燃烧模式，实验研究了预喷策略耦合EGR 对其在低负荷工况下燃烧稳定性的影响规律。结果表明：在研究工况下，相比于纯ICTL 燃烧模式，甲醇替代率为15.2% 时，SOOT 和NO_x的降幅分别为66.3% 和33.5%，但COV (p) 接近5% 的上限标准，燃烧稳定性变差，限制了甲醇替代率的进一步提高；较早的预喷正时(−19°CA) 有助于改善甲醇混合气活性，降低SOOT 排放，但NO_x排放量会增高，过早的预喷正时(超过−29°CA) 能够进一步降低SOOT 排放，而NO_x 排放量基本保持不变，但COV (p)超过25%；增加预喷油量会降低SOOT排放量，但NO_x 排放量增高，当预喷油量为2.1mg/cyc 时，COV (p) 为15.2%；提高EGR 率，能够有效降低NO_x 排放量，并提高燃烧稳定性，当EGR 率提高至35% 时，COV (p) 为2.99%。

选择文件类型/文献管理软件名称

选择包含的内容