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  • 徐静, 潘权稳, 张威, 刘智亮, 葛天舒, 王如竹
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 1-6.
    回收低温质子交换膜燃料电池运行过程中产生的约70C 低品位废热实现高效制冷是提高冷电联供系统总效率的关键。本文研制并搭建了吸附制冷与固体除湿空调复合系统实验平台,利用燃料电池余热驱动实现高效制冷除湿。实验结果表明,复合系统能有效被70C 低品位余热驱动。提高入口空气的温度或相对湿度能有效提升系统性能,制冷量和COP 分别达3.95 kW和0.539。经计算,采用该复合系统回收利用燃料电池产生的70C 低品位余热能大幅提高系统总效率,可达67.3%。
  • 孔锐, 陈林根, 夏少军, 李鹏蕾, 戈延林
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 615-621.
    建立了不同吹扫模式下碘化氢(HI) 分解膜反应器有限时间热力学模型,将吹扫气流率、反应进口压力、渗透膜厚度、反应器长度作为决策变量,以HI 转化率最大、H2 回收率最大、总熵产率最小为目标开展多目标优化。通过研究发现,在给定的决策变量变化范围内HI 转化率和H2 回收率最大两者具有一致性,但两者无法与总熵产率最小同时达到最优;相比顺流吹扫模式,逆流吹扫模式下Pareto 前沿目标值均具有较高的HI 转化率和H2 回收率。使用不同的决策方法选取最优解,顺流模式下的TOPSIS 决策点和逆流模式下的LINMAP 决策点具有较小的偏差因子可作为反应器参数设计最优解。
  • 孟垂举, 秦旭进, 黄永华
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 622-627.
    基于量子对应态原理并考虑氢同分异构体之间的结构差异,建立了适用于预测低温正氢与仲氢输运参数的数学模型,明确了对比黏度和对比导热系数与对比德布罗意波长之间的线性关系,并使用所建立数学模型预测了正氢与仲氢的黏度与导热系数。通过对计算结果的检验分析,发现量子对应态原理方法可以较准确地预测温度20∼100 K 及压力0.01∼10 MPa 范围内正氢、仲氢的黏度及导热系数。压力对模型的预测精度影响显著,当环境压力小于1 MPa 时,对应态原理预测误差基本控制在6%以内。进一步修正模型中的物性常数修正有望提高对应态原理预测精度。
  • 马国锋, 刘明, 李卫东, 严俊杰
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 644-651.
    最佳热化系数可指导热电联机组容量配置,实现热电联产经济效益的最大化。本文提出了考虑变负荷能耗特性的技术经济最佳热化系数确定方法,建立热电联产系统变工况分析模型,计算获得了案例机组的变负荷能耗特性,优化得到了技术经济最佳热化系数。结果表明:不考虑、考虑变负荷能耗特性的技术经济最佳热化系数分别为0.750、0.702,不考虑变负荷能耗特性年节约费用的偏差达22.0%,考虑变负荷能耗特性后可获得更加精准的热电联产技术经济效益。
  • 郭焱华, 邵双全, 李浩, 王智超
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 628-634.
    针对除霜控制方法的自适应性需求,本文提出一种制热能力衰减(Degradation of Heating Capacity,DHC) 方法识别结霜状态,并基于全连接神经网络(Fully Connected Neural Network,FNN) 分类模型开展除霜效果水平预测研究。结果表明:在空气源热泵的监测案例中,所提出的DHC 方法能有效识别结霜状态,且在测试集中FNN 分类模型对除霜效果水平识别的准确率达到91.43%。与原始除霜控制方法相比,整个供暖季的除霜频率、热量损失和功耗损失分别降低66.3%、1775 MJ和1829 MJ,同时季节性能参数SCOP 提高8.6%。研究结果为ASHP 系统的除霜控制方法在实际运行中的实施与优化提供了一条有效途径。
  • 蔡伟华, 李智明, 崔军, 张文超, 金光远, 孙建闯
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 32-39.
    花瓣形燃料棒组件由于其优良的传热性能受到国内外广泛关注。为获得花瓣形燃料棒组件在自然循环条件下的流动特性,本文对含3×3 花瓣形燃料棒组件的自然循环系统开展了多尺度耦合模拟研究。基于一维用户程序和STAR-CCM+ 构建自然循环系统的一维和三维耦合数值模型,并结合实验结果进行了模型验证。重点分析了加热功率和高差对自然循环能力、花瓣形燃料棒组件阻力系数的影响。结果表明,系统排热功率与冷热源高差满足幂函数分布形式。通过引入黏度修正因子和结构影响因子,获得花瓣形燃料组件在宽Re 数范围,不同螺距、加热和冷态条件下的阻力系数关联式的通用表达式形式,并基于模拟和公开实验数据验证了其可靠性。
  • 张靖鹏, 王勤, 宋琦, 罗介霖, 陈光明
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 635-643.
    本文基于准稳态计算模型,提出了一种精馏型自复叠制冷系统降温速度的优化方法。以最大制冷量为优化目标,得到给定混合工质浓度时降温过程最佳吸气压力曲线,采用分段调节吸气压力的方法来匹配该曲线,从而减少降温时间,在此基础上可进一步优化混合工质浓度提高降温速度。该方法应用于箱内空气温度由20°C 降至−100°C 的试验箱降温过程,采用摩尔比例为0.35/0.25/0.15/0.25 的R50/R1150/R290/R600a 混合工质,结合最优吸气压力切换参数:两个切换温度(−20°C 和−105°C) 和三个切换压力(700 kPa、600 kPa 和550 kPa) 可以达到最短的降温时间。研究结果还表明不同蒸发温度区间所需的最优浓度不同,在降温过程中调节工质的浓度,则可以减少降温时间。该优化方法可为其它混合工质制冷系统降温过程研究提供参考。
  • 张腾, 李明佳, 李冬, 张延蕾, 阎凯
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 13-19.
    本文针对动车电池二次冷却系统,提出一种基于模型预测控制(Model Predictive Control) 算法的电池冷却系统控制策略。研究主要针对电池二次冷却系统,设计了MPC 控制策略和比例积分(Proportion Integration) 控制策略,并对比了两者在电池冷却速率方面的控制效果。在电池充放电速率分别为20 A 和30 A 的工况下,MPC 控制策略的电池温度达到稳定时间分别为37 s 和63 s,而PI 控制策略的电池温度达到稳定时间分别为280 s 和500 s。结果表明采用MPC 控制策略相较于PI 控制策略,MPC 控制策略能够使电池冷却速度显著加快,控制系统具有更优的鲁棒性和适应性。
  • 惠贺军, 宋键镗, 蒋珍华, 殷旺, 刘少帅, 吴亦农
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 7-12.
    为满足双温区制冷需求,通过单压缩机驱动80 K 和40 K 双温区冷指,且双冷指均采用主动调相器调节冷指内相位差分布,可在实现制冷机轻量化的同时,在双温区高效率制冷。本文基于双温区主动调相脉管制冷机,在制冷机环境温度和调相器相位差发生变化时,分别从制冷机内双冷指声功分配、回热器冷端相位差和制冷量变化特性的角度,开展了数值计算分析和实验验证研究。研究结果表明,制冷机在环境温度变化时,通过主动调节调相器活塞运动相位差,双温区冷指能够保持高效率制冷,实现制冷机对环境温度的主动适应。
  • 谷雨, 龚路远, 郭亚丽, 沈胜强
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 764-768.
    采用ANSYS FLUENT 软件建立了基于欧拉壁面液膜模型的光滑管内蒸汽冷凝流动过程的三维数学模型。模拟管长为500 mm,内径为38 mm。模拟工况为入口蒸汽饱和温度分别为70°C,总传热温差为5°C 和7°C,入口蒸汽速度为14∼20 m/s。模拟结果表明,液膜厚度在管道底部随着流动距离的增加而增加,液膜厚度在管顶部先增大后趋于稳定,更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜厚度。液膜流动速度在管道底部随着流动距离的增加而增加,液膜流动速度在管顶部先增大后缓慢降低,更大的蒸汽入口速度产生更高的液膜流动速度。
  • 袁义, 李晓宇, 张雨, 陈黎, 陶文铨
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 819-825.
    高功率电子芯片的安全运行需要高效的散热技术。流动沸腾换热由于高换热系数受到广泛关注。为精确模拟微通道内流动沸腾复杂两相流过程,本文提出了耦合VOF 方法的在相界面处迭代求解能量源项的相变模型。针对单微柱微通道内流动沸腾换热过程进行了数值模拟,分析了瞬态两相流过程及温度场演变规律,查明了热流密度及进口过冷度的影响机制。结果表明,由于局部蒸汽的覆盖,不同工况下微通道内流动沸腾存在热阻的转折点,高热流密度对应更高的气泡生长速度和成核面积,高过冷度会延缓转折点,但整体热阻将升高。
  • 苏鹏飞, 赵世全, 方宇
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 107-114.
    本文针对某300 MW 等级重型燃气轮机透平排气温度,构建了燃机性能计算模型,该模型除了包含常规燃机性能计算的功能外,加入了透平叶片材料、燃烧器OTDF&RTDF 及叶片冷却流量对燃机性能的影响功能,应用该燃气轮机性能计算模型预测了L20A 及M701F3 的燃机性能,排气温度的预测精度在3C 以内。分析了压气机压比、压气机效率、燃烧器压损、燃烧器出口温度分布、透平级数、透平效率、透平叶片材料及冷气流量等参数对透平排气温度的影响规律,结果显示压气机压比、燃烧器出口温度分布、透平级数及效率、透平叶片材料及冷气流量对燃机透平排气温度影响较大,其中又以透平级数的设计选择对排气温度影响最大。在燃机设计时需要考虑到这些关键影响因素,使排气温度最终达到综合最优。
  • 吕玥萱, 肖克华, 饶宇
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 186-193.
    面向微型燃气轮机能效提升迫切需求,针对其回热循环工况设计了一款适合应用增材制造技术加工的高性能微通道回热器。结合逆流式换热器的基础研究与金属增材制造的特点,设计了模块化的波纹板微通道换热器单元,采用激光选区熔融技术(SLM) 完成不锈钢样机加工,并使用自行搭建的实验系统对其进行了性能测试。样件具有52 个高度为0.7 mm 的换热微通道,紧凑度超过1700 m2/m3。实验测试表明,该增材制造换热器在相对压损小于2% 的条件下,平均Nu 数相比传统方式加工的平板原表面换热器可提升88.9%,其关键性能参数在现有紧凑式换热器中具有先进性。
  • 曾克成, 姜培学, 胥蕊娜
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 778-784.
    当固体壁面间距仅有几个纳米时,纳米受限效应使得流体自扩散系数降低1∼2 个数量级,孔径、温度和压力的影响显著且复杂。分析受限流体扩散机理和规律,建立简洁的关联式具有重要意义。本研究从分子模拟出发,经过仔细计算和分析,获得了大量纳米孔隙中流体自扩散系数数据。分析了壁面吸附作用对流体扩散的影响机理和规律,提出了可简单描述流体扩散行为的无量纲扩散系数,从而与努森数建立相应关联式,具有较强的适用性。
  • 吴航空, 王丁喜, 黄秀全
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 46-57.
    精确的灵敏度信息是开展高效伴随优化设计的关键。首先在课题组自主研发的雷诺平均纳维-斯托克斯方程的基础上,借助源代码转化类型的自动微分软件-Tapenade 开发离散伴随求解器。然后着重研究流场求解器收敛特性、伴随求解器收敛特性、“定黏假设” 方法和四种不同灵敏度计算方法对离散伴随灵敏度求解精度的影响,并总结高效高精度灵敏度求解方法的经验,为后续开展高效伴随优化设计奠定基础。最后以跨声速转子NASA Rotor 67 为研究对象开展叶轮机气动优化设计,并采用商业软件NUMECA 对优化结果进行校核,验证优化结果的可靠性及有效性。
  • 崔磊, 王怀印
    工程热物理学报. 2023, 44(11): 3151-3159.
    针对一台520 mm 缸径船用低速机进行三维全尺寸模拟,对比分析了氨/柴油两种运行模式不同喷油器方案对发动机燃烧排放的影响。结果表明:在爆发压力限值内,采用合适的氨燃料喷射策略可以实现同工况下与柴油机相当的功率水平;采用“2+2” 喷油器方案对柴油模式的燃烧过程影响显著,功率相比原机有下降(<10%);当前“2+2” 喷油器方案下,各负荷氨气模式可以达到原机柴油模式功率水平,但NOx 排放与气耗均略高于“3+3” 模式。
  • 程堂颖, 李津津, 马修卫, 杨林军
    工程热物理学报. 2023, 44(12): 3480-3487.
    果壳掺杂含铁化合物,制备铁掺杂果壳炭,研究了铁掺杂对VOCs 在高湿环境中吸附的影响。结果表明,铁掺杂后,果壳炭比表面积增大,中孔结构增加,亲水性和极性更低。在80% 的相对湿度下,对VOCs 能保持干燥条件下70%∼90% 的吸附能力。VOCs 吸附过程会受到π-π 作用和π-EDA 作用的影响,因此高石墨化的结构有利于VOCs 的吸附过程。水蒸气减缓了吸附过程中VOCs 的传质速率,而果壳炭的中孔结构则有利于VOCs 的传质过程。
  • 关永刚, 陈龙飞, 张燕峰, 凡凤仙, 李秉硕
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 311-318.
    统计和分析了2023 年度国家自然科学基金委员会工程热物理与能源利用学科(E06) 自然科学基金的申请、受理、评审和资助情况。介绍了2023 年度学科面向加强“双碳” 目标在能源和动力领域开展的战略研究与立项工作。介绍了学科2023年度亮点资助成果和2024 年度工作展望。
  • 刘绍俊, 田思思, 刘郭存, 隋邦傑
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 368-377.
    质子交换膜燃料电池电堆中水热管理策略与电堆结构与大小息息相关,开发过程必须引进电脑辅助设计模拟工具, 本文基于COMSOL 软件开发了快速成型电堆二维模型,模型中考虑膜电极的零部件、双极板及冷却水槽道中的气、水、热、电的相互影响,在模型中加入阴极进气和排气歧管,真实地模拟了整个电堆的气体流动分布。该模型中几何尺寸及单电池数量经过参数化,能依据设计要求快速建模并进行仿真,在进行更详细三维模拟仿真之前,为电堆设计提供初步设计方案。本文以一个10个单电池串联的二维燃料电池堆模型为例,求解了气体流道,多孔介质、电极耦合表面和固体流体传热的一整套质量、动量、组分和温度守恒方程。针对U 型进气方式,分析了电池堆氧气速度、质量分数和电极耦合表面电流密度分布特点。基于该电堆模型,研究了电压,质子交换膜电导率,空气进气流速等参数对电堆水气分布的影响。模拟结果发现高电压工作,较大的质子交换膜电导率,较大的进气流速均会提高电堆性能。通过优化现有模型结构,实现了电池堆水气更均匀地分布,为燃料电池堆的进一步设计提供参考。
  • 郑巨淦, 张丹, 杨越, 杨庆忠, 袁洋
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 20-31.
    含盐废水在有限通道内的喷射闪蒸–掺混蒸发(FME) 是实现深度脱盐的有效途径之一。本文以准饱和NaCl 水溶液为工质,在实验研究的基础上围绕FME 中液滴群的运动、蒸发、析晶过程建立了完整的计算模型。据此在液滴群初始粒径为20∼200 μm、初始温度为100∼120C、初始盐质量分数为0.26、初始速度为20 m·s−1,掺混热空气速度为15 m·s−1、温度为100∼300C,喷射角0∼90 的范围内对FME 流场开展了数值模拟。结果表明:在喷射角从顺流掺混的0◦ 增大至横流掺混的90◦ 的过程中,晶体析出位置逐渐由喷射轴线处移至雾羽流场上部,使得析出晶体易于分离;随着喷射角、过热度或掺混风温的增加,液滴群的截面平均盐结晶质量分数增加,而平均粒径与析晶距离均减小。为衡量析晶效果,定义完全析晶效率为给定距离内液滴群结晶盐质量流量与喷嘴入口盐溶液所含溶解盐质量流量之比。结果指出:增加喷射角度或掺混风温是提高完全析晶效率的有效手段。提出了该完全析晶效率的半经验计算式,其计算值与模拟值的主体误差在±35% 之内。本文研究结果可为工业脱盐装置的设计和运行提供技术支撑。
  • 朱晓, 沈来宏
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 279-285.
    载氧体在长周期的化学链燃烧中存在严重的烧结与团聚问题,极大限制了化学链燃烧的工业化进展。本文采用流化床结晶造粒的方法,制备出一种高比表面积的铜基载氧体,在流化床热重分析仪(fluidized bed thermogravimetric analyzer,FBTGA)上对其进行了长期化学链燃烧(chemical looping combustion,CLC) 循环测试,并对反应前后的载氧体颗粒进行了还原反应实验。实验结果表明,所制备载氧体在900C 的高温下氧化还原循环120 次后,其反应活性保持稳定,且并未出现明显的烧结与团聚迹象。对循环前后的载氧体颗粒进行形貌表征分析可知,此种Cu 基载氧体的比表面积高达40 m2/g 以上,展现出良好的反应活性。此外,载氧体主要成分由CuAl2O4 分解为Al2O3 和CuO,其循环后仍呈光滑的球形颗粒,并维持多孔结构,活性组分Cu 在颗粒表面高度分散。
  • 董素荣, 刘泽坤, 焦宇飞, 赵旭敏, 周广猛, 张众杰, 刘瑞林
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 286-294.
    基于柴油与PODE 化学反应机理,构建了TRF-PODE 化学反应动力学模型(包含219 种组分、903 个基元反应) 并验证,开展了高海拔条件下PODE/柴油着火与燃烧特性数值模拟研究。结果表明:在高海拔低压力下,PODE 增加了着火瞬时放热率,降低了着火最高温度对应时间;PODE 对燃料着火起到促进作用,着火促进率最大值出现在负温度特性(NTC) 区域范围内,且随着PODE 掺混比例的增加而增大;高海拔条件下低温氧化中PODE 增加了反应中OH· 生成,促进nC7H16前期氧化,反应中羟基的最高摩尔分数随压力下降明显增加,使基元反应速率降低;高温条件下,PODE 本身含氧增加了反应中的OH· 的生成,降低了O2 参与生成OH· 反应的比例,使更多的O2 能够氧化反应中的小分子,促进自由离子生成,提升反应活性,改善柴油机高海拔燃烧特性。
  • 于贤君, 杨溟羽, 安广丰, 刘宝杰
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 697-706.
    为了探究可调串列静子相对于常规可调静子的优势机理和流量调节极限,采用数值模拟方法分析了中低转速下某两级风扇在常规静子可调和串列静子可调两种情况下的变角度性能。结果表明:静子出口气流角决定下级转子部件流量,开大串列静子前叶可以提高静子部件流量,风扇整体流量由转静子部件流量共同限制;对中间级,调节常规静子会引起进出口几何角变化不匹配,改为串列可调后,在实现相同的出口几何角下,调节合适的串列前叶角度会大大减小静子损失,同时增大流通能力;对出口级,串列可调可以在保证风扇出口流动方向的前提下,调节串列前叶实现更高流通能力和更小损失;通过各级导叶静子匹配调节,与常规方案相比,串列方案的效率0.84 以上的最大流量边界提高了10%。
  • 杨博皓, 焦炜, 毕景良, 王雷, 陆规
    工程热物理学报. 2023, 44(12): 3341-3347.
    相比于线性的热传导问题,气泡信息的快速获取,换热系数的预测、沸腾现象的非线性预测的问题研究目前仍极具挑战。本文使用卷积神经网络、深度前馈神经网络、经验关联式结合随机森林的数据驱动方法,进行气泡动力学行为的快速获取、相变换热系数的快速反演及沸腾特殊现象的预测。结果表明,数据驱动的机器学习方法能够快速准确地预测相变换热过程中的问题,气泡信息获取准确率达到96%,相变换热系数反演及特殊现象预测拟合优度均高于0.95。本研究可为相变换热反演问题提供新的解决思路。
  • 苗林, 刘明, 张可臻, 赵永亮, 严俊杰
    工程热物理学报. 2023, 44(11): 2999-3007.
    随着我国能源发展方向的转变,可再生能源的开发利用变得越来越重要,以新能源为主体的新型电力系统对燃煤电厂的灵活性提出了更高的要求。本文构建了三种集成电制热熔盐储热的燃煤发电系统,结合600 MW 亚临界机组案例开展了不同熔盐储热系统的热力性能分析。研究结果表明,储热过程中电加热器的㶲损失达44.30%,在耦合系统储放热循环中㶲损失占比最大;在不同的分流比下,储热系统的最大释热功率为329.18 MW,此时熔盐储罐释热时长为1.9 h;利用熔盐–水换热器承担部分锅炉热负荷或加热给水可提高系统热力性能,系统的等效往返效率(电–热–电) 最高为49.36%。
  • 王子扬, 孙方远, 冯妍卉
    工程热物理学报. 2023, 44(9): 2514-2520.
    基于TDTR 实验实测的界面热导,建立二维复合材料模型,利用有限元方法对Cu/TiC/diamond 复合材料热导率进行数值模拟。分析了添加TiC 过渡层后不同厚度、界面热导和金刚石粒径对复合材料热导率的影响。数值模拟结果表明:添加过渡层后,复合材料内部的导热向理想结合情况接近,综合热导率随过渡层厚度增加而降低。金刚石体积分数一定的情况下,当界面热导为5∼22 MW·m−2·K−1 时,金刚石粒径对复合材料综合热导率的影响最为显著。
  • 费腾, 杨昭, 陈裕博, 张勇, 李杰
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 667-673.
    本文以常见可燃工质为对象,基于Gaussian 16W 的M06-2X/6–311+G(d, p) 优化计算,得出工质分子结构在微观模型下的分子描述符数据。同时采用多元线性回归(MLR)、随机森林(RF)、人工神经网络(ANN) 三种不同的机器学习方法,将微观数据与宏观实验数据关联起来,从而预测这些工质的最小点火能,总体R2 分别达到了0.853、0.782 和0.906,表明预测有着良好的准确度和鲁棒性,该预测结果可以为新工质的实用性和安全性提供理论依据。
  • 戚乾刚, 杨欢, 王乃安, 黄典贵
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 715-724.
    现代透平叶片设计过程中,需要不断调整沿径向分布的几何参数,设计周期长。为了解决此问题,本文构建了一种三维叶片的一维化设计方法:将叶片流道沿径向分割成若干个子流道,对每个子流道进行一维设计,得到其最佳速比与进出口几何角,再使用每个子流道的一维设计结果沿径向叠加构建三维叶片。使用某F 级燃机末级的边界条件,应用该方法对其叶片进行重新设计,并利用数值模拟结果中的静叶出口压力、落后角等参数作为额外约束进行精细设计。结果表明:与原始设计相比,优化得到的透平动叶部分区域损失略微增大,流量降低0.26%,但余速损失显著下降,同时轮周效率提高了1.7%,总–总效率提高0.37%,并且轴功增大了1.47%。
  • 林远方, 杨世宇, 徐向华, 梁新刚
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 246-254.
    管道的附加部件导致难以使用一维模型准确描述管内流体的瞬态流动换热,本文提出将其等效为温度不同于管道的部件,按照集总参数法处理附加部件与管道的换热。本文进行温度阶跃和余弦变化工况下圆管的瞬态换热特性实验研究,并采用附加热容法仿真计算出口温度响应,结果表明:附加热容法能够显著提升计算精度,各工况下仿真结果与实验数据的平均相对误差均不超过2%。同时,本文定义平均迟滞时间量化固体热容对流体温度变化的影响。
  • 杨鹏骋, 陈绍文, 王松涛, 陈帅彤
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 58-66.
    通过大涡模拟方法研究了球窝对低雷诺数下高负荷低压涡轮叶栅吸力侧层流分离的抑制效果和抑制机理,并将其和准二维的U 型槽结构进行了对比分析。研究发现,低雷诺数下球窝通过产生周期性脱落的旋涡结构有效地促进了分离剪切层内展向涡的卷起和破碎,促进了转捩进程,因而可以有效抑制分离,在45000 雷诺数下使损失相对减小了25.4%。同时和准二维结构相比,球窝产生的三维流动结构可以更有效地促进转捩进程,具有更好的流动控制效果。
  • 王娜, 马国锋, 王宇, 刘明, 严俊杰
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 40-45.
    提高火电机组调峰调频能力是我国构建新型电力系统的迫切需求,利用工业蒸汽热网蓄能有望提升热电联产机组的调频性能。本文采用GSE 软件建立了蒸汽热网动态模型,研究了蒸汽热网辅助调频过程中热网蒸汽压力、蓄能及机组输出功率的动态变化规律。结果表明,研究对象蒸汽热网的最大调频持续时间为400 s,供汽阀门关闭,机组最大功率增量为33 MW,连续五次关闭阀门可获得1111 MWh 额外累计发电量。
  • 马宇焘, 隋秀明, 郝龙, 张秉龙, 赵巍, 赵庆军
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 689-696.
    为明晰富燃燃气物性变化对气膜冷却的影响规律,本文分别构建了不同热导率的定物性模型和考虑化学平衡的变物性模型,通过数值求解定常RANS 方程,获取了定压比热和热导率变化对温度和热负荷分布的影响效应。结果表明:相比于定物性模型,变物性下富燃燃气与冷气的掺混导致混合气比热和热导率降低,近壁区域平均温度最大增加2.557%、热流最大降低24.995%;混合气物性变化引起近壁区剪切应变率降低,冷气与主流剪切形成肾型涡强度减小,冷气耗散变慢,气膜覆盖性变好。
  • 卢沛, 王晋, 陈锴煌, 罗向龙, 陈健勇, 梁颖宗, 陈颖
    工程热物理学报. 2023, 44(11): 3084-3090.
    卡诺电池(CB) 是可同时实现储电和余热回收利用的新兴储电技术。当前耦合余热卡诺电池(TI-CB) 仅在充电环节利用余热,余热利用不充分。本文提出一种全时段耦合余热的卡诺电池系统(DTI-CB),通过将余热与有机朗肯循环(ORC) 耦合,实现余热与卡诺电池全时段高效集成,并对其热–经济性能进行评估。相比TI-CB 系统,DTI-CB 最高可提高95.67% 的发电能力和降低30.90% 的平准化度电成本;相比ORC 发电和CB 独立系统,DTI-CB 在高负荷条件下具有更高的热经济性优势。
  • 刘师承, 李娜, 刘攀峰, 吴晨阳, 周屈兰
    工程热物理学报. 2023, 44(10): 2771-2777.
    采用TiO2 P25 准纳米立方体,平均尺寸约为25 nm。作为CO2 光还原的催化剂,结果表明银纳米颗粒的粒径及其在TiO2 P25 纳米立方体表面的分布受载银量的显著影响,从而导致CO2 光催化还原生成CO/CH4 的活性和选择性存在明显差异。同时探究了反应物流速对催化反应的影响,不同催化剂在均在200 mL·min−1 的反应物流速下表现出最佳的反应活性,切向的物质交换比较剧烈,同时在催化剂表面的边界层比较薄,不会阻碍催化剂与反应物之间的吸附与脱附过程。在反应物流速200 mL·min−1 情况下1.0% Ag- TiO2 P25 表现出最高的总活性,CO/CH4 生成速率为1670.36/181.08 μL·(h·g)−1,CO 生成活性提高了39.38%,CH4 生成活性是原始TiO2 P25 的3.75 倍。本研究结果为银负载对TiO2 P25 二氧化钛暴露面CO2光还原反应活性和选择性的影响提供了重要依据,并展示了一种通过改变TiO2 P25 的形貌和表面结构来调节CO2 光还原性能的策略。
  • 张井志, 张博, 程成, 安俊, 雷丽, 周乃香
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 850-855.
    微热沉、微通道换热器等非圆形截面流动通道中的泰勒流由于强化换热的特性受到了广泛的关注。本文在恒定热流密度边界下,以空气和水为工质对4 mm×4 mm,5 mm×3 mm 截面水平管道进行了气液两相流换热特性实验研究。讨论了不同入口气体、液体入口雷诺数和液塞长度对方管和矩形管壁面温度和努塞尔数的影响。结果表明:液相雷诺数和气相雷诺数对方管和矩形管两相换热系数的影响有部分差异。本文结果为微通道换热器的设计和矩形管及方形管泰勒流的换热数学模型的建立提供了参考。
  • 谢心喻, 王晓放, 郝祎琛, 赵普, 谢蓉, 刘海涛
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 446-452.
    气固流化床在化工、冶金及制药等领域得到了广泛的研究与应用。对流化床内气固两相流的动力学行为进行深入研究有利于流化床设备的设计和性能优化。本文利用深度学习技术构建了数据驱动的全三维深度时空序列模型,对流化床内气固两相流三维空间和时间维度的复杂动力学行为进行学习,并实现了对未知来流速度条件下流化床内气相和颗粒相速度场的合理预测。测试结果表明,该全三维智能模型的预测结果与CFD 计算结果高度一致,具有较好的泛化能力;此外,该模型比传统的数值仿真速度快数百倍,可以用于流场的快速预测,以缓解数值仿真耗时问题。
  • 张鲁豫, 胡兰芳, 高菲菲, 张文杰
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 514-519.
    军事目标的红外辐射特征取决于红外大气窗口的发射率和目标温度水平。传统红外隐身涂层在全红外波段保持低发射率但并不能通过非大气窗口辐射散热。本文利用深度神经网络设计出一组由锗、铂、硅顺次排列,可用于兼容辐射散热的红外隐身多层薄膜结构。分析表明:该结构在3∼5 μm 和8∼14 μm 的红外大气窗口探测波段中具有0.20 和0.23 的低平均发射率,而在5∼8 μm 的非大气窗口波段中具有0.87 的高平均发射率,可兼容辐射散热,并且该兼容性对偏振和方向不敏感。该薄膜结构光谱选择性的微观机理可归因于锗层的选择性透过、铂–硅–钛合金形成的Fabry-Perot 共振,以及铂层和钛合金基底的本征吸收。
  • 翟化天, 范德松, 于坤洋, 李志松, 李强
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 520-524.
    辐射冷却被认为是解决电子设备过热问题的创新被动方法。然而,较低的净冷却功率限制了其应用。本文提出了一种基于辐射冷却和相变效应的复合材料实现对产热器件的热缓冲。以三聚氰胺泡沫(MF) 为三维骨架,聚乙二醇(PEG) 为相变材料,含氟聚合物(PVDF-HFP) 为辐射冷却层,制备了具有优异抗泄露能力的辐射冷却相变材料(RC-PCMs)。复合材料不仅具有高太阳反射率(0.93) 和高红外发射率(0.91), 还具有高焓值(182 J/g) 的特性。这项工作为新型被动辐射冷却技术提供了有益的参考。
  • 戴嘉鹏, 周禹, 李冬, 曹占伟, 李明佳
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 471-477.
    本文基于“分区建模,界面耦合” 的计算技术,对飞行器外部超声速流动过程及防热结构内部以水为工质的发汗冷却过程建立了数值模型,实现了对内外部发汗热质输运过程的耦合求解。结果表明:防热系统表面非均匀非定常的热流分布导致发汗工质发生局部气化,并引发工质分布出现失均现象。随着服役过程的进行,该现象具有内生性的加重趋势。服役30 s 后,远来流侧冷却工质流量的峰值高于入口流量的9.1 倍,低流量的气相工质区域面积占发汗多孔材料表面积的76% 以上。工质液相区域溢出流量上升使发汗多孔材料表面局部形成热导率较高的液膜,降低了发汗结构隔热能力,液相区表面热流(约为0.15 MW·m−2) 略高于气相区域(约为0.11 MW·m−2)。然而,气相工质的冷却能力低,气相区域的升温速率远高于液相区,因此必须发展冷却工质流量调控策略以消除工质气化的影响。
  • 郝冠球, 刘向东, 陈永平
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 129-134.
    本文通过高速可视化方法与数字粒子图像测速技术,实验研究了电场调控剪切流场内液滴形变及旋转特征并阐明了其产生机理,讨论了电场及剪切流场独立和耦合作用时对液滴形变的影响规律。研究表明:单一剪切流场及单一电场均可以调控乳液形变,其形变程度由工质物性参数及剪切流场的毛细数和电场的电毛细数决定。当液滴相与连续相电导率比R 大于介电常数比S 时,电场力、剪切流场黏性力及表面电荷对流之间相互合作促进液滴变形。而当R 小于S 时,电场力与黏性力促进液滴变形,但是表面电荷对流效应将抑制液滴变形。此外,剪切流场中乳液内部形成涡流,当R>SR<S 时,电场分别增强和降低液滴内部涡流强度。