工程热物理学报

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王天浩, 谢大通, 史琳, 戴晓业

工程热物理学报. 2025, 46(3): 693-702.

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部分HFCs 制冷剂具有较高的温室效应值，根据国际环保公约要求，即将迎来大规模的淘汰和销毁工作，因此需要构建低能耗、高效率的降解处理方案。本文基于已有的光热协同分解的技术路线，对比分析了多种催化材料在R134a 光热协同分解中的性能差异，通过催化剂表征深入分析得到了包括形貌、能带结构、光电性能等材料性能对反应速率的影响规律。基于对这一规律的认识，选择锐钛矿TiO₂ 作为基材进行了改性，改性后的催化剂在30 min 内能实现98% 以上的降解率，反应速率较改性前提高了3.8 倍。

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连续转化式低温氢气换热器换热与催化匹配特性研究

魏欣宇, 方松, 滕钧杰, 朱少龙, 王凯, 邱利民

工程热物理学报. 2025, 46(3): 703-713.

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正仲氢连续催化转化是实现氢液化装置低能耗化的关键技术。正仲氢转化热具有温度相关性，且转化热随换热器沿程剧烈变化，影响氢气流动降温过程。本文针对连续转化式低温氢气板翅式换热器，通过理论分析与建立动态仿真模型研究连续转化式低温氢气换热器换热与催化匹配特性。结果显示，在不同温区具有最佳冷流体流量。以氦气为冷流体，在80∼60 K 范围最佳冷热质量流量比为3.5，在60∼40 K 范围最佳冷热质量流量比为4.7。该动态仿真揭示了氢气换热器内正仲转化与冷却流体间传热–催化匹配关系，为实际氢液化流程的设计和优化提供参考，有助于提高工艺效率、降低能源消耗，并推动氢能领域的可持续发展。

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Ti₃CN/TiO₂ 光热协同催化CO₂ 还原特性研究

朱晨萱, 杨仲卿, 李星杭, 王子琪, 郭名女, 冉景煜

工程热物理学报. 2025, 46(3): 714-721.

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Ti₃CN MXene 具有优异的导电性和光热转化能力，是具有较大潜力的光热催化CO₂ 还原助催化剂。本文以二维单/少层结构Ti₃CN MXene 纳米片作为TiO₂ 前驱体，原位构建Ti₃CN/TiO₂ 异质结，经AFM、SEM、TEM、XRD、XPS、UV-vis DRS、i-t 测试表征分析，通过光热催化实验，在不同能量输入条件下研究了各催化剂的反应活性，并结合DFT 模拟计算，探究Ti₃CN/TiO₂ 在光热催化CO₂ 还原中的反应特性。研究表明异质结带隙宽度较TiO₂ 降低至2.94 eV，界面处NC-Ti-O 电子桥能够实现由Ti₃CN 向TiO₂ 方向的高效电子跨界面传输；Ti₃CN/TiO₂ 催化CO₂ 还原反应中有较强的光热协同效应，CO 产率为8.34 μmol·g⁻¹·h⁻¹，较TiO₂ 提升3.83 倍。

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基于脆弱性指标的集中供热系统安全性分析

田兴涛, 林小杰, 钟崴

工程热物理学报. 2025, 46(3): 722-729.

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随着我国集中供热系统规模不断扩大，集中供热系统变量之间的耦合关系变得日益复杂，建立计及变量耦合特性的安全分析方法对于提升集中供热系统安全运行水平具有重要意义。本文提出了基于脆弱性指标的集中供热系统水力和热力状态安全性分析方法，定量分析集中供热系统中水力阻抗、水泵扬程、热源供热温度等控制变量对节点压力、热负荷室内温度等状态变量安全性的影响，并基于脆弱性指标矩阵识别系统中各个控制变量对应的脆弱状态变量和各个状态变量对应的关键控制变量。在集中供热系统算例中，通过能流计算结果和基于脆弱性指标的分析结果的对比，验证了所提方法的有效性。

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热化学循环耦合化学链循环除氧的多能联产系统

陈靖, 孔慧, 郭永鹏

工程热物理学报. 2025, 46(3): 730-736.

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随着对气候变化问题担忧的加剧，如何减少燃料生产过程中碳排放的问题亟待解决。本文提出了热化学循环耦合化学链循环除氧的多能联产系统，系统利用化学链循环吸收热化学循环产生的氧气以提高载氧体的还原程度，并通过冷热电联产系统，梯级利用化学链循环产生的高温热能，输出电能、冷能和低品位热能。计算结果显示，NiO/Ni 较为适合用做化学链循环载氧体。当化学链循环压比为5，热化学循环还原温度为1500°C 时，系统的太阳能利用效率和㶲效率分别达到28.5% 和23.5%，还原温度升高至1600°C 时，太阳能利用效率和㶲效率分别升高至32.2% 和25.5%。利用多能联产系统供能能够节约57.4%的甲烷，从而减少二氧化碳排放。理论计算表明，假设完全依靠多能联产系统供能，满足北京和上海居民年生活能源消耗人均需要12.1 m² 和7.3 m² 的聚光面积。

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搭接式热管真空管太阳能集蓄热装置性能研究

王泽宇, 刁彦华, 张登科, 潘雅雯, 王欣然, 孙孟达, 杜佩袁, 赵耀华

工程热物理学报. 2025, 46(3): 737-743.

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本研究提出了一种应用搭接式微热管阵列配合长直肋片作为换热组件的真空管太阳能空气集热–蓄热一体化装置，其集热投影面积为0.51 m²。蓄热材料采用52 号工业石蜡，质量为9.8 kg。文中详细介绍了装置的设计、工作原理及其在单独蓄热和单独取热的工况下进行实验测试时的热效应情况。为满足集热器的实际应用需求，实验测试工况选在冬季和过渡季两个对热量需求较大的天气条件进行。此外，文中对取热时空气流速和入口温度对装置放热性能的影响也进行了详细描述。研究结果表明，真空管集热–蓄热一体化装置体现出了突出的蓄/放热性能，实验阶段的平均蓄/取热功率可达294.2 W(576.9 W/m² 集热面积) 及1041.2 W，过渡季及冬季总效率可达63.2% 和56.3%。

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双级压缩自复叠热泵的循环特性研究

王林, 郭飞燕, 谈莹莹, 李修真

工程热物理学报. 2025, 46(3): 744-751.

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传统单级压缩自复叠热泵存在压缩机排气温度偏高与制热效率偏低等瓶颈问题。基于此，本文构建以R290/R600 为工质的双级压缩自复叠热泵循环流程，提出了高低沸点组分的分级压缩匹配低沸点组分的分凝提纯的思想，实现富含低沸点组分与富含高沸点组分的分级压缩过程，从而显著地降低压缩机排气温度和功耗，明显地改善复叠热泵的制热性能。建立双级压缩自复叠热泵的热力学数学模型，比较分析了传统单级压缩自复叠热泵和双级压缩自复叠热泵的循环特性。研究表明：存在最优组分配比使得双级压缩自复叠热泵获得最佳制热性能，当低沸点组分R290 质量分数为0.61 时，双级压缩自复叠热泵的制热性能系数(COP) 达到最大值2.44；随着蒸发温度由−24°C 变化到−10°C 时，与单级压缩自复叠热泵相比，双级压缩自复叠热泵的排气温度平均降低了24.09°C，压缩机总耗功平均下降了55.49%；随着冷凝温度从50°C 增加到65°C，双级压缩自复叠热泵的压缩机耗功较单级压缩自复叠热泵降低了52.82%∼56.61%，相应地其制热COP 增加了0.91∼0.95。双级压缩自复叠热泵适合在寒冷地区或严寒地区推广应用。

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跨音速风扇叶片变转速混合相积冰机制研究

任虎虎, 徐强仁, 王立志, 李广超, 赵巍, 赵庆军

工程热物理学报. 2025, 46(3): 752-760.

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为了获得转速对跨音速风扇转子叶片混合相积冰的影响规律，采用FENSAP-ICE 软件对风扇转子叶片表面的积冰进行数值模拟研究。结果表明：风扇叶片在高转速情况下，积冰主要在压力面生成，过冷水滴与冰晶在流道中的速度从前缘至尾缘先增加后减小，收集系数自前缘至尾缘先增加，后减少，转速越高，水膜所受的离心力与气动力增大，水膜在前缘后再结冰，致使叶身的积冰厚度比前缘更厚；此外，表面未融化的冰晶由于过冷水在叶片上形成的水膜也被吸附收集，尾缘处水膜不存在的区域由于温度高于冰点，冰晶融化后吸附于尾缘形成积冰。通过对风扇转子叶片高转速混合相积冰的数值模拟，为飞行器高空飞行时预测风扇转子叶片混合相积冰提供了理论支撑。

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双机组浮式风力发电系统全耦合动态响应特性研究

余洁, 赖踊卿, 杨阳, 李春

工程热物理学报. 2025, 46(3): 761-767.

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双机组浮式风电系统是一种新型海上风力发电装备，两台风力机之间存在显著的相互作用，且与平台和系泊之间的耦合效应明显。本文通过对OpenFAST 进行二次开发，开发了适用于双机组浮式风电系统风–浪联合仿真模型，计算了10MW半潜式双机组浮式风电系统在湍流风与非规则波联合作用下的动态响应，并与单机组模型进行比较。结果表明双机组平台水平及倾角、平台纵摇平均值和最大值及标准差分别比单机组模型低79.62%、61.87% 和48.93%。同时，双机组模型的系泊张力也更低，波动幅度比单机组模型低66.9%。因双机组模型的轮毂高度较低，在同一风况下整机发电功率比单机组模型低15.64%。但双机组模型在降低平台运动方面表现出巨大潜力，在风剪切更大的深远海区域可以减少平台用料而显著降低风能利用成本。

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微型燃气轮机回环形CW 型原表面回热器性能分析

杨燕昭, 陈浮, 俞建阳, 宋彦萍

工程热物理学报. 2025, 46(3): 768-776.

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CW 型原表面回热器以结构紧凑和高效低阻的优势成为微型燃气轮机回热装置的最佳选择。然而，基于换热芯体对CW型原表面回热器进出口结构的研究鲜有公开成果。本文基于换热芯体构建了五个对比模型：考虑CW 型通道结构壁面模型、不考虑CW 型通道结构壁面模型、倾斜角α=60° 模型、倾斜角α=45° 模型和倾斜角α=30° 模型。对进出口结构倾角α 对CW型通道结构的热力学性能的影响进行对比分析，进而对倾角α 进行寻优。结果显示，倾角对CW 型通道结构的温升分布影响较小，对其进出口附近的压降影响显著。从热力学第一和第二定律角度对五种模型进行总体对比分析后可得最佳倾斜角α=45°。

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带可调导叶斜流压缩机变工况性能预测方法研究

张宇鑫, 左志涛, 郭文宾, 李靖鑫, 陈海生, 秦伟

工程热物理学报. 2025, 46(3): 777-789.

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斜流压缩机是大规模压缩空气储能系统组合压缩机的重要型式之一，变工况性能预测在斜流压缩机研发体系中至关重要，其不仅能快速地对初始设计参数进行评估，更针对储能系统压缩机变工况运行的特点进行整体最优参数选择，性能预测模型的准确性至关重要。本文以发展中大规模压缩空气储能系统斜流压缩机为研究对象，自编程建立了斜流压缩机一维性能预测程序，通过设计点参数给出程序对损失模型组合的最优选择结果。然后利用流量系数对非设计点损失模型进行修正，设计结果通过CFD 进行验证。结果表明该方法能够有效地预测斜流压缩机在不同导叶开度下的变工况性能。

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等离子体激励对高温燃气涡轮叶顶间隙泄漏流抑制效果研究

陈博, 王天壹, 宣益民

工程热物理学报. 2025, 46(3): 790-799.

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本文以某高压涡轮转子叶顶间隙泄漏流为研究对象，在构建涡轮环境燃气物性计算方法及变激励条件下等离子体最大电荷密度参数计算方法的基础上，采用数值模拟分析等离子体激励在高温燃气流条件下对涡轮叶顶间隙泄漏流的影响机制，探究不同外加激励条件下机匣激励器及其阵列式布置对泄漏流抑制效果的影响。研究表明，增加激励强度可以提高机匣激励器对泄漏流的抑制效果，单级激励器外加激励从0 增加至200 时，相对泄漏量减少24.78%。多级激励器协同作用可以提升抑制效果，但多激励器阵列式布置会产生级间电势干扰，改变电势和电场分布，产生促进泄漏流流动的因素，导致阵列式激励器对泄漏流的抑制效果相比单级激励器提升较小。

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排气管气腔对离心压缩机喘振的影响

高晓欢, 席光, 赵阳, 赵家毅, 樊宏周, 邹瀚森, 赵天昊

工程热物理学报. 2025, 46(3): 800-806.

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为了深入研究排气管气腔对压缩机喘振过程中，进出口管道内气动参数的变化规律，本文利用高频率的热线探针及压力传感器，获取了有无排气管气腔的离心压缩机系统在喘振过程中的试验数据。通过分析得出，在相同阀门开度情况下：有排气管气腔的压缩机系统喘振频率约为1.168 Hz，进出口管道均能监测到大负流量区(回流)，这表明压缩机已进入深度喘振工况；无排气管气腔的压缩机系统喘振频率约为3.968 Hz，仅在进口监测到大负流量区(回流)，这显示压缩机仍处于轻度喘振工况。

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三级高负荷压气机改型设计与流动分析

邓航文, 罗磊, 牟光远, 李柏, 秦润轩, 周逊

工程热物理学报. 2025, 46(3): 807-814.

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本文基于某重型燃气轮机末三级压气机，以提高压比、效率、拓宽裕度为目的，重新设计一台突破常规负荷的三级高负荷压气机，设计过程引入了三维叶片技术对静叶进行端部处理。对比分析了改型前后各级的效率压比以及静叶的出口总压损失等关键参数的变化，结果表明，与原型相比，在进口气流角和出口马赫数保持一致的前提下，三维叶片技术通过对壁面附面层的迁移有效地控制了压气机静叶角区分离，三级高负荷改型压气机在设计点附近效率达到90.08%，压比1.393，失速裕度25.5%。

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蜗壳仿鹦鹉螺设计及其对离心压缩机性能的影响

张宇航, 刘小民, 谭佳健, 孙永瑞

工程热物理学报. 2025, 46(3): 815-822.

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作为离心压缩机的关键部件之一，蜗壳优化设计对于提高离心压缩机气动性能具有重要的作用。本文以鹦鹉螺外壳螺旋线为仿生原型，采用仿生重构和逆向设计方法对离心压缩机蜗壳进行设计，并通过数值计算对离心压缩机气动性能及其内部流场进行模拟，对比分析原型蜗壳和仿生蜗壳内部流动特性以及对离心压缩机压比和效率的影响。结果表明：仿鹦鹉螺设计能够减小离心压缩机蜗壳内部总压损失，提高蜗壳静压恢复系数，使离心压缩机气动性能得到提升。在设计工况条件下，仿生蜗壳相较于原型蜗壳总压损失系数相对降低12.3%，静压恢复系数相对提升5.4%。当仿生鹦鹉螺设计的蜗壳被采用，离心压缩机的多变效率最大增加了1.42%，同时压比也最大增加了0.84%。

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风浪流耦合作用下单桩浮式平台动态响应

田少晨, 李治国, 薛俊芳, 高志鹰, 汪建文

工程热物理学报. 2025, 46(3): 823-829.

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通过实测风场并结合分型维数构建湍流环境，分析风速、浪高和风浪错位角变化时对单桩式风力机的影响。研究发现，湍流风速变化对风力机影响最大，风速增加导致其纵荡、纵摇均值及幅值增加且波动剧烈。浪高对风力机影响较小，但随浪高增加，两方向变化频率增大，易引起额外疲劳载荷。风浪错位角在0°∼180° 之间变化时，平台运动的变化较缓；风浪同向时，平台受来流频率的影响较大；而风浪交错时，纵荡及纵摇均值略高于风浪错位均值。

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吹风比变化对篦齿通道流动性能和气膜冷却效果的影响

杨少昀, 罗千千, 罗磊, 杜巍, 王松涛

工程热物理学报. 2025, 46(3): 830-836.

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在叶冠上加装篦齿结构能够有效地减少动叶叶顶处的泄漏损失。随着涡轮进口温度提高，需要采用气膜冷却技术保障叶冠结构稳定地工作。本文采用数值模拟的方法研究了吹风比变化对篦齿通道气膜覆盖效果的影响。所有结果都是在主流通道雷诺数为10000 时获得的。结果表明，吹风比增大能够增强篦齿通道的封严效果。齿腔底部的气膜覆盖效果是由冷气流和回流区的相对强度决定的。冷气流相对较强，冷气更容易在腔内扩散，冷却效率更高。冷气流相对较弱，冷气则容易被回流卷吸而耗散掉，冷却效率变低。

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双通道气压驱动无针注射微射流动力学特征研究

曾栋坪, 唐正, 王维, 刘瑞, 刘忠, 喻哲钦

工程热物理学报. 2025, 46(3): 837-845.

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无针注射设备作为一种新型流体机械成为医用水射流技术的研究重点，本研究旨在探究不同驱动压力模式下微射流的动力学特征。通过对比数值仿真与实验测试冲击压力结果，验证数值仿真模型的可靠性。进而通过数值仿真方法，分析不同驱动压力工况下喷嘴内外部流场分布特征，并探究驱动压力对微射流穿透扩散特征的影响规律。研究结果表明，不同驱动压力会影响喷嘴内部液流流态分布，驱动压力大于0.50 MPa 时会出现旋涡，且旋涡出现位置随驱动压力增大逐渐靠近收缩段。同时，两阶段驱动压力差和转换时间直接影响射流液柱形态，且双通道驱动压力模式下微射流在多孔介质中扩散更为均匀。因此，可通过调控双通道气压驱动特性来控制微射流动力学特征。

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CuSO₄/NaOH 催化稠油原位水热改质规律研究

周衍涛, 赵秋阳, 张延龙, 赵珂宇, 柯博文, 金辉, 郭烈锦

工程热物理学报. 2025, 46(3): 846-850.

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稠油虽然具有巨大的资源潜力，但是流动性差、开采难度大。原位改质技术是通过水热裂解反应在地下原位对稠油进行改质降黏，能显著提高稠油的采收率。原位改质技术常用过渡金属类物质作为催化剂，基于对过渡金属催化水热裂解反应的机理的研究，提出了一种由无机盐和碱组成的复合催化剂，解决了无机盐催化效率低下的问题，兼具成本低廉、易于配注的优点，具有广阔的应用前景。本文通过响应曲面法对复合催化剂配比及反应温压的影响展开分析，发现响应曲面法建立的回归模型能较好地预测改质效果，过高或过低的CuSO₄用量和反应温度都不适合提高改质效率，而提高NaOH 用量则不会产生负面影响。

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基于SPH 方法的液滴撞壁蒸发数值模拟研究

马小晶, 肖新朋, 廖海燕, 樊梦瑶, 席虎

工程热物理学报. 2025, 46(3): 851-858.

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为避免液滴蒸发过程中密度变化引起的压力振荡，本文基于光滑粒子流体动力学(SPH) 方法和液相质量分数概念，结合粒子合并技术建立了一种液滴蒸发的数值模型。同时，为提高计算效率和稳定性，引入多分辨率和密度修正技术；并设置无反射边界降低冲击波撞击壁面回弹对速度场的影响。首先，模拟研究了空间液滴蒸发问题，通过比较数值解与理论解，验证了本模型的可靠性；进而利用本文的数值模型研究了液滴撞壁蒸发问题。研究结果表明：当液滴和壁面的导热系数差异较大时，SPH方法中常用的导热系数修正方法已无法适用，采用平均导热系数可获得更贴近实验现象的结果；其次，通过与实验图对比分析，液滴撞击后的铺展流动形态对蒸发过程有较大影响。

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湍流火焰合成TiO₂ 纳米颗粒的大涡模拟

何松, 尚诚, 徐祖伟, 鲁昊, 赵海波

工程热物理学报. 2025, 46(3): 859-865.

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本文发展了适用于湍流火焰合成纳米颗粒过程模拟的LES-单分散模型。其中，开发了非线性大涡模拟–部分搅拌反应器(NLES-PaSR) 模型，对湍流火焰燃烧场进行模拟。此外，建立LES 框架下的单分散颗粒输运方程，实现湍流火焰中纳米颗粒时空演变的准确预测。本文成功将该模型应用到湍流扩散火焰燃烧器中异丙醇钛(TTIP) 合成TiO₂纳米颗粒的模拟与验证过程。结果表明，该模型能够以较小的计算成本实现对湍流火焰合成纳米颗粒复杂过程的精准预测。此外，氧气流量的增加能够明显减小颗粒产物的粒径，而前驱体流量的增加会使得产物颗粒粒径增加，同时会使得颗粒形态由球形颗粒组成的软团聚体向枝簇状结构的硬团聚体转变。

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纳米Janus 颗粒对池沸腾传热影响研究

杨聿昊, 纪献兵, 任纪星, 张喆, 徐进良

工程热物理学报. 2025, 46(3): 866-871.

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为探究纳米Janus 颗粒对沸腾传热的影响，使用Pickering 乳液法制备了Fe₃O₄-SiO₂ 亲水、疏水及Janus 纳米颗粒，并进行了池沸腾实验。研究发现，添加Fe₃O₄-SiO₂ 纳米Janus 颗粒可显著强化沸腾传热，沸腾起始点过热度ΔT_start 仅为2.7 K，相较于光表面的7.7 K，ΔT_start降低了5.0 K，同时临界热流密度CHF 增加54.1%，沸腾传热系数h 最大可增加19%。由于纳米流体存在沉积问题，对沉积层表面进行了沸腾传热研究，发现Janus 颗粒沉积层沸腾传热性能皆优于光表面和亲、疏水性颗粒沉积层，其中相比于光表面，Janus 颗粒沉积层CHF 增加38.5%，h 最大增加11%。

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基于耗散粒子动力学的微通道内高分子运动规律研究

周昊, 李逸飞, 范亮亮, 赵亮

工程热物理学报. 2025, 46(3): 872-878.

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本文选用耗散粒子动力学的方法，构建了微通道内长链高分子运动模型，系统研究了高分子链的受限程度、雷诺数和通道结构对单个高分子链构象变化及运动规律的影响。研究发现，在直通道泊肃叶流动中，高分子链的质心分布呈双峰形状，且双峰的位置、峰值与受限程度和雷诺数紧密相关。另外，本文发现调整T 型通道的狭缝宽度，可控制不同链长的高分子链通过狭缝的周期，利用该机制可实现不同链长高分子的分离，在生物医学等领域具有应用价值。

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低温三效水平管降膜蒸发器传热特性实验研究

杨洛鹏, 李强, 郭峰, 陈宪丙, 邹志强, 王战, 张林华

工程热物理学报. 2025, 46(3): 879-883.

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搭建了低温三效水平管降膜蒸发器实验平台，测试了不同海水喷淋密度、蒸发温度和进料盐度条件下总传热系数、产水量和造水比等。研究结果表明：总传热系数随喷淋密度的增加呈现上升趋势，但随蒸发温度和盐度的升高均呈现下降趋势；实验系统的产水量随着喷淋密度和蒸发温度的增大而增大，对造水比影响较小；产水量和造水比随着盐度的增加而减少。

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GaN 晶体管非傅里叶导热的反射热成像与全带跨尺度仿真对比研究

刘智珂, 李含灵, 沈扬, 曹炳阳

工程热物理学报. 2025, 46(3): 884-889.

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分别采用反射热成像温度场测试技术和全带跨尺度仿真针对GaN 晶体管非傅里叶热输运进行研究。在GaN 外延结构上设计和加工了不同尺寸的加热电极，借助反射热成像方法的高空间分辨率优势，观察到了低至500 nm 尺寸热源的温度场分布，更加直接地测定了样品热点温度。基于全带声子蒙特卡洛及有限元方法的三维跨尺度仿真的模拟结果与实验值具有较好一致性，均表明声子弹道效应导致热点温度显著增加。随着热源尺寸的减小，基于傅里叶定律的预测偏差逐渐增大，表明了高分辨率温度场实验和全带跨尺度热仿真相结合对准确预测器件结温的重要性。

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微小槽道内向列相液晶Stokes 绕流空化实验研究

于佳佳, 蒋璐阳, 黄利, 吴春梅, 李友荣

工程热物理学报. 2025, 46(3): 890-896.

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本文报道了微小槽道内向列相5CB 液晶绕流并联钝体水力空化现象。通过实验研究了并联双圆柱钝体对向列相5CB液晶空化特性的影响规律，探索了流动过程中向错环的变化规律。结果表明在并联双圆柱后出现的向错环的长度以及宽度都会随着雷诺数的增大而减小，并且在雷诺数远远小于1，处于Stokes 流时，并联双圆柱后能够产生空化现象；并联双圆柱钝体后空化域的振荡行为与单圆柱钝体后空化域的振荡规律类似，斯特劳哈尔数随雷诺数的增大而减小；设置有并联双圆柱和单圆柱的微通道进出口压差与雷诺数均成线性关系。

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集装箱式植物工厂节能策略研究

卜坤朗, 宋梦譞, 鲍华

工程热物理学报. 2025, 46(3): 897-901.

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人工光植物工厂因其单位面积产量高等优势成为了粮食安全危机的潜在解决方案。然而人工光植物工厂能耗较高，导致了其高运营成本。本文以植物工厂围护结构及光期设置作为降低能耗的设计参数，选取中国四种不同气候区的代表城市(哈尔滨、太原、上海、广州)，探究改进这些设计参数对四地区植物工厂能耗的影响。计算发现高导热、高反射、低通风的围护结构及将暗期设置在白天有利于降低植物工厂能耗，优化后的植物工厂最大节能率为23.9%。

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纳米氧化铝掺杂肌醇胶囊的性能

李佳璇, 李远红, 莫松平, 肖博, 贾莉斯, 陈颖

工程热物理学报. 2025, 46(3): 902-908.

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针对相变微胶囊存在的导热性能差和过冷大等问题，本研究采用溶胶–凝胶法，通过向芯材肌醇中掺杂高导热纳米氧化铝粒子，制备出改性的二氧化硅包封肌醇相变胶囊，对其形貌结构、相变特性、热稳定性和导热性进行表征。结果表明，成功合成了核壳分明、粒径均一的球形纳米胶囊，纳米氧化铝的存在能促进肌醇的结晶成核，降低过冷，并提高胶囊的热稳定性和热导率，但潜热略有下降。

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地下储气库井筒流动与传热模型研究

薛文第, 王艺, 陈哲

工程热物理学报. 2025, 46(3): 909-917.

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针对以二氧化碳为垫层的地下储气新技术需要，本文提出一种改进的地下储气库井筒流动与传热模型及其求解方法。数学模型上，引入流向因子以适应地下储气库注采的井筒气体流向交替变化特点，建立非稳态井筒导热模型，突破了Ramey 解析模型的稳态假设限制，同时着重考虑二氧化碳在井筒流动中相态转换的影响。求解方法上，提出井筒流动压降非线性模型，采用牛顿迭代法全井筒整体求解，解决了传统逐点迭代法的不稳定问题，计算时间至少缩短了40%。

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Fe₃O₄ 改性生物炭实现高效太阳能界面蒸发

陈磊, 魏林杰, 董传帅, 张立志

工程热物理学报. 2025, 46(3): 918-924.

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太阳能界面蒸发海水淡化是解决淡水短缺问题的有效途径之一。本研究针对现有界面蒸发材料太阳能利用率低、盐堆积严重的问题，以巴沙木为原料制备了一种具有多孔分布、单向通道的生物炭材料。在此基础上原位负载Fe₃O₄ 纳米颗粒，有效改善材料的亲水性和光吸收性能。在1 kW/m² 的光照强度下，蒸发速率高达1.448 kg·m⁻²·h⁻¹，光热转换效率最高可达96.1%，实现了较高的太阳能利用率。研究成果对界面蒸发材料的设计具有指导意义。

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未知热源传热体系温度响应时空关联模型

王广军, 陈泽弘, 陈红, 吉亚兰

工程热物理学报. 2025, 46(3): 925-932.

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未知热源传热体系温度场重构问题具有广泛的工程背景。定量描述传热体系空间点温度响应的时空关联，在解决未知热源传热体系温度场重构问题上是有意义的。一个线性传热体系，温度场对于任意热源具有确定的单位阶跃响应，即任意空间点温度的响应过程之间存在确定的、与热源强弱无关的时空关联。本文建立了传热体系温度响应时空关联模型(response spatiotemporal correlation model, RSTCM)，从理论上揭示了体系空间点温度响应之间固有的定量关系，并通过数值试验验证了RSTCM 的可靠性。

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基于卷积神经网络的微细通道热诊断方法研究

李沛, 刘心怡, 蒋琳, 王秋旺, 马挺

工程热物理学报. 2025, 46(3): 933-937.

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高功率微波在卫星、飞机等电子系统毁伤领域有重要应用前景，其电子束收集极附近存在强烈电磁干扰，需要开发能预测微细通道沸腾传热性能的间接热诊断方法。本文通过微细通道沸腾传热可视化实验结果建立样本数据库，在此基础上构建了基于卷积神经网络的微细通道热诊断模型，并对该方法进行分析和验证。研究结果表明，本文所提出的热诊断方法可以预测实验运行工况和热边界条件，测试准确度可达86%，能够实现流动传热参数的热诊断。

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离子刻蚀法铜基异形微结构表面加工及润湿特性研究

党超, 李昊, 王小伟, 贾力

工程热物理学报. 2025, 46(3): 938-944.

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在金属表面加工异形微结构对于制造适用于低表面能工质的疏液表面具有重要意义。本文基于离子束刻蚀工艺，设计了一种异形微结构表面的加工方法。通过实验研究，优化了加工工艺，确定了异形微结构顶部的变形量与扩散焊接压力的关系，得到了液滴在两种排布方式表面润湿特性的变化规律。异形微结构表面可使表面能低至26.72 mN/m 的乙醇溶液液滴保持疏液状态。微结构表面上液滴接触角总体随液滴体积增加呈周期性变化规律，随工质表面能的降低逐渐减小。槽道表面可使表面能较低的液滴维持疏液状态，润湿性具有各向异性，点阵表面可使一定体积的液滴拥有更高的接触角和更均匀的润湿性。

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热声发动机整机核心部件模拟研究

刘贤贤, 陈燕燕, 胡剑英, 罗二仓

工程热物理学报. 2025, 46(3): 945-953.

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热声热机是一类利用可压缩气体往复振荡来实现声能与热能之间相互转换的热机，核心部件由静态的高、低温换热器和回热器组成，结构简单。本文针对一台热声发动机的核心部件建立了三维局部模型，在该三维局部模型中，换热器采用管套管模型，回热器采用多孔介质模型，其中多孔介质模型需要的惯性阻力系数和黏性阻力系数采用孔隙方法计算获得。但三维模型网格量大且计算耗时长，为了简化计算，本文根据该三维模型建立了与之等效的Fluent 二维模型和Sage 一维模型。通过对比三种模型的计算结果发现，CFD 计算模型与Sage 计算模型在对时均温差与时均热流密度分布的捕捉基本相似，数值相近。但在阻力特性计算方面，两者差异较大，这是因为Sage 是一款一维模型软件，无法直接捕捉复杂流动变化带来的局部损失。但通过对比Fluent 二维和三维模型的计算结果，发现二者在阻力特性方面的计算结果较为接近。因此，在工程计算中，为了简化计算和节省时间，可以采用等效拓扑的二维Fluent 模型来替代三维模型。

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梯级多孔电极内液态水的传输机理研究

江涛, 牟新竹, 陈振乾

工程热物理学报. 2025, 46(3): 954-960.

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电极结构对质子交换膜燃料电池(PEMFC) 系统中的传质过程具有重要影响。本研究重建了有序梯级多孔微孔层(MPL)和随机生成气体扩散层(GDL)，形成了MPL 的梯级介孔和均匀微孔气液分离通道。基于格子玻尔兹曼方法(LBM)，Shan-Chen 多组分多相伪势模型被用于有序梯级多孔结构中液态水的传输机制研究。随后，本文研究了不同工作条件下GDL 中液态水的饱和度和MPL 中的气体含量。结果表明，有序正梯度多孔结构可以有效地去除液态水并在适当的驱动压差和流速下保留更多的反应气体，而润湿性梯度设计难以平衡水去除效率和气体保留。因此，通过优化工作条件，有序正梯度MPL 可以有效地优化PEMFC 中的液态水循环，并提高PEMFC 的电化学性能。

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基于风云四号静止卫星的东亚太阳能资源时空分布特性研究

黄春林, 张跃, 余潇潇, 刘杰梅, 陈奇祥, 袁远

工程热物理学报. 2025, 46(3): 961-966.

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风云四号(FY-4A) 可提供高时空和光谱分辨率的观测数据，在太阳能资源评估领域具有巨大潜力。本文利用FY-4A 可见光通道观测数据和半经验模型建立了分辨率为4 km 和15 min 的水平面总辐射(FY-GHI) 数据集。结果显示，逐时FY-GHI的相关系数(R)、均方根误差(RMSE)、平均偏差(MBE) 分别为0.90、118.8 W/m² 和2.2 W/m²。太阳能资源空间分布结果表明，青藏高原、中国北部和西北地区具备充沛的太阳能资源，中国西南地区和东北地区的太阳能资源相对匮乏。

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基于3D 打印技术的材料热物性调控

孙强胜, 薛志祥, 徐屾, 张俊, 岳亚楠

工程热物理学报. 2025, 46(3): 967-974.

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本文基于材料结构和物性之间的决定性关系，提出了一种通过3D 打印技术产生微结构实现材料热物性调控的方法。实验制备了不同3D 打印扫描速度的304L 不锈钢材料，通过微观结构特征分析和热物性测量，建立孔隙率、导热系数和扫描速度之间的相关性，并基于实验所得导热系数和扫描速度的非线性关系式k = 14.43 + 4.25 exp(−v/1187.7)，对扫描速度为1500 mm/s 的新样品导热系数进行预测和实验验证，0.6% 的误差说明上述热导率与扫描速度相关性的有效性。此外建立3D打印样品微孔结构二维传热模型，详细研究了孔结构对材料整体热物性的影响。

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大面积质子交换膜燃料电池平行流场优化设计

王誉霖, 张晓剑, 管超, 宋娇娇, 何为

工程热物理学报. 2025, 46(3): 975-981.

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质子交换膜燃料电池(PEMFC) 生成的液态水如无法及时排出会引起“水淹” 现象，进而阻碍反应气体的扩散传质，导致电池性能下降。流场结构是影响反应物和生成物输运特性的决定性因素之一。本研究通过三维两相PEMFC 数值模型，对比分析了108 cm² 大面积传统和阴极流道具有渐扩设计的平行流场结构的PEMFC 整体性能。研究发现，改进平行流场结构增强了液态水的排出性能，并且具有更均匀的电流密度和氧气分布，因此，提升了PEMFC 的整体性能。与传统平行流场相比，改进平行流场最优结构设计方案的功率密度、电流密度均匀性和温度均匀性分别提高了2.31%、15.31% 和8.82%。此外，通过熵权法进行综合评价，发现最优的改进平行流场结构设计方案将PEMFC 整体性能的综合评价指标从0.057 提高到0.309。

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基于人工神经网络的热斗篷设计

单庆茹, 丁宇, 王鹤文, 周欣智, 许云宇, 王军, 夏国栋

工程热物理学报. 2025, 46(3): 982-987.

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基于体材料的双层热隐身斗篷由大块各向同性材料构成，可以避免变换热学的复杂计算，但是由于内层材料热导率不完全绝热，在背景材料热导率较低时，其热隐身效果较差。本文基于机器学习方法，构建关于热隐身斗篷参数与隐身效果之间的人工神经网络，智能地学习外层材料的热导率以及斗篷尺寸与双层斗篷热隐身效果之间的关系并输出功能函数，计算得到能实现较好热隐身效果的外层材料热导率或斗篷尺寸大小，并模拟验证了这一机器学习结果的准确性，实现了双层斗篷热隐身效果的优化。

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NH₃/H₂ 流动状态下的激光点火及燃烧特性研究

张俊杰, 陈子豪, 矫健, 胡二江, 黄佐华

工程热物理学报. 2025, 46(3): 988-995.

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本文基于流动点火平台，在不同掺氢比和当量比条件下，对NH₃/H₂ 混合气进行了激光点火实验研究，分析了不同条件下的点火成功率、最小点火能量(MIE) 及火焰发展情况。研究发现，掺混H₂ 后能有效降低混合气的MIE，其中掺混比为10% 时效果最明显，但改变掺氢比对火焰后续发展影响不明显；提高当量比会使MIE 先下降再上升，当量比为0.8 时，混合气MIE 最低，改变当量比对火焰面积，火焰发光强度和火焰质心有明显影响，提高当量比能有效改善氨气火焰的燃烧性能。

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氨煤混合物着火特性的实验研究

杨超强, 周月桂, 黄冠硕

工程热物理学报. 2025, 46(3): 996-1002.

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在Hencken 燃烧器平面扩散火焰燃烧系统上研究了不同氨掺混比例(0%∼100%)、不同氧气浓度(5%∼30%) 下氨煤混合物的着火特性。基于燃烧火焰图像，分析了不同工况下氨煤混合物燃烧火焰形态的变化。根据火焰光强信号定量分析了氨煤混合物的着火延迟距离变化，发现在掺氨比例为0%∼20% 时，随着掺氨比例增加，着火提前；而在掺氨比例大于20% 时，着火延迟距离的变化呈现不同的规律。最后采用光纤光谱仪测量了氨煤混合物燃烧的光谱信号，结果表明NH^∗/OH^∗ 比值与着火延迟距离具有很强的相关性。

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水泥回转窑内煤粉富氧燃烧特性研究

严智, 杨子怡, 宁克祥, 雷可, 倪纪伟, 张井浩, 黄庠永, 顾明言

工程热物理学报. 2025, 46(3): 1003-1008.

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在国家节能降耗及双碳背景下，水泥行业节能减排减碳是一项十分重要的工作。富氧燃烧有利于提高水泥回转窑内温度、增加熟料产量、降低煤耗和提高煤种适应性等，但氧浓度提高使得NO_x 排放量相较常规氧浓度燃烧增加。本文以水泥回转窑为研究对象，运用数值模拟方法分析了一次风氧浓度、烟气再循环率和过量空气系数对水泥回转窑内煤粉富氧燃烧特性的影响规律。结果表明：随着一次风氧气浓度的增加，窑内的火焰长度变短，当一次风氧气浓度由21% 增加到33% 时，回转窑内最高温度由1964 K 升高到2071 K。循环烟气的加入降低了窑内的氧浓度，使煤粉中挥发分和焦炭的燃烧性能变差，燃烧效果降低，降低了窑内的燃烧温度。过量空气系数的增加，回转窑内的温度有所降低。

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受限空间内声场抑制线缆火蔓延研究

吕敬龙, 熊才溢, 陈国华

工程热物理学报. 2025, 46(3): 1009-1016.

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本文通过实验探究了声场对火蔓延的抑制行为，围绕铜芯线缆的水平火蔓延为主要对象，测试了不同结构声场的熄火能力。研究发现，随频率和压力改变，声场会对火蔓延同时起到促进与抑制作用。此外，与自由声场相比，受限空间内声场可通侧壁反射大幅提升声压及介质流速，进而提升灭火效率。基于此，本文构造了耦合声场结构和声学参数的火蔓延模型，并基于拉伸率讨论了声场抑制火蔓延机制。本文可为清洁抑制建筑电气火蔓延提供新思路。

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餐厨垃圾生物炭对重金属污染修复性能研究

刘亮, 刘文斌, 卿梦霞, 贺梓航, 刘馨予, 尹艳山

工程热物理学报. 2025, 46(3): 1017-1025.

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由于生物炭的可持续性和低成本，其在水溶液与土壤处理中的适用性受到关注。本文研究不同温度下餐厨垃圾制备生物炭(FWB-350、FWB-450 和FWB-550) 的物化性质及对水体与土壤中重金属固化性能。其中，FWB-450 有较高的pH，最高的含氧官能团密度和比表面积。FWB 对溶液Cu²⁺ 和Cr³⁺ 吸附等温线更接近Freundlich 模型，最大吸附容量分别为40.283 mg·g⁻¹ 和31.310 mg·g⁻¹。在10% 添加量下，FWB-450 有效降低了土壤重金属不稳定态(酸溶态与可还原态之和)含量，使重金属的流动性与浸出毒性减弱。

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