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  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 纪阳, 袁达忠, 周水文, 张晓华, 张卓华
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 769-777.
    在核能主动热利用领域,需要高温热管具有较大的长度并保证均温性,然而现有对高温热管的研究集中在热管性能的理论预测和较短的高温热管预研方面。本文首先制备了67 倍长径比高温热管,理论分析了其冷态启动特性,并对其冷态启动和稳态传热性能进行了实验研究,提出了可以发挥其优良传热性能的加热方式;进一步制备了200 倍长径比高温热管,定性验证了其良好的传热性能,定量实验研究了其冷态启动过程,并发现了超长高温热管喉部区域的热量传递规律。
  • 张博瑞, 胡彦伟, 何玉荣
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 453-459.
    沸腾传热是高效的传热方式之一,在能源、化工、电子元器件热管理等众多领域有着广泛的应用。本文应用格子玻尔兹曼方法研究仿生表面上的沸腾传热过程,探究不同表面温度和润湿性对池沸腾过程的影响。结果表明,亲水性表面上的汽泡更容易脱离表面,但是疏水性表面沸腾起始点较早。通过将亲水和疏水性相结合形成仿生混合润湿性表面可有效提升换热性能,同时调控疏水区域间的间距可以实现高效的换热性能以及汽泡的定向生长。
  • 张剑飞, 徐星, 夏毅康, 高伟, 屈治国
    工程热物理学报. 2024, 45(5): 1431-1439.
    随着电子设备的集成度和功率密度的提高,电子芯片的高功耗和高集成度将使电子设备的散热量不断增加。因此,散热已成为高性能电子设备性能发展的主要瓶颈之一。本文提出了一种含翼型导流肋微通道热沉,翼型导流肋可实现局部加速和冲击掺混的双重强化传热作用。采用ANSYS FLUENT 数值分析了翼型导流肋的攻角、出射角、长度和数量等主要几何参数对微通道流动传热特性的影响规律。研究发现:相比攻角和出射角,肋长度和肋数量对微通道阻力与传热性能的影响更为显著,强化传热综合性能评价表明本文提出的含翼型分流肋的微通道相比光滑微通道可在相同压降的条件下获得更高的换热量。
  • 王一勐, 徐强仁, 白素娟, 赵巍, 赵庆军, 徐建中
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 394-400.
    为探究高负荷对转压气机动叶形变对气动性能的影响,采用热流固耦合计算方法分析了离心、气动及热载荷作用下的叶片形变规律,探索了形变下低压转子及对转压气机的气动性能变化机理,并进一步开展了冷热态叶型变换方法研究。结果表明:在总载荷作用下,低压转子和高压转子叶片前缘分别向吸力面和压力面方向形变,导致低压转子工作点向失速边界移动,对转压气机堵塞流量降低,峰值效率下降。通过采用基于虚功原理的逆向求解计算,可以在无需变形量反向插值和迭代修正下得到动叶的冷态叶型,进而实现设计的气动性能。
  • 樊轩辉, 张中印, 周敬, 苑昆鹏, 祝捷, 唐大伟
    工程热物理学报. 2023, 44(10): 2866-2871.
    采用飞秒激光时域热反射法结合金刚石对顶砧装置与高温热台装置,实现了在0∼8 GPa 以及300∼873 K 下不同晶向ZnO 的热性能表征。发现高压和高温下铅锌矿ZnO 的热导率均存在各向异性,且热导率的压力依赖性呈非单调变化,热导率的温度依赖性呈单调变化。该研究有助于对高压和高温下宽带隙半导体的内部热输运机理的深入理解,并为寻找高热电优值材料提供思路。
  • 工程热力学
    张文斌, 王博翔, 赵长颖
    工程热物理学报. 2023, 44(8): 2181-2187.
    基于多层膜结构热辐射器,本文发展了考虑非辐射复合的近场热光伏系统性能优化模型。优化后得到的近场热光伏系统,可以实现600 K 温差下的转换效率为33.44%。并对不同温度下优化结构的近场热光伏系统性能进行了分析,包括转换效率,电池输出能量密度和电流密度。结果表明当温差为900 K 时,优化结构近场热光伏系统最高效率为41.94%,此时最大电流密度为13390 A·m−2。并且通过在热辐射器表面覆盖石墨烯,实现了近场热光伏系统的性能主动调控特性,当石墨烯化学势能为0.1 eV 时,近场热光伏系统的最大转换效率为43.51%。本文通过优化调控近场热光伏系统,有助于加快近场热光伏系统在工业余热高效回收利用方面的发展和应用。
  • 工程热力学
    陈瑞华, 许伟聪, 赵力, 邓帅, 赵睿恺
    工程热物理学报. 2023, 44(8): 2031-2044.
    作为㶲的衍生概念,能质和能量品位的应用近四十年来在热科学领域的实践中取得了巨大的成功,然而其概念和计算并未得到全面的厘定,相关应用的总结和归纳在文献数据库中也十分鲜见。本文基于文献调研,首先对能质和能量品位的概念历史发展进行了梳理,后对其概念计算方法及相关基准问题进行了说明,最后对该概念衍生的分析方法及其应用进行了介绍。另外,本文还对热力学语境下的能势概念进行了初步的整理。本文清晰展现了能质、品位和能势领域研究的历史和进展,有助于对相关概念的厘定和思考。
  • 常浩, 陶于兵
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 500-505.
    建立了由MgH2 和Mg(OH)2 组成的绝热储氢反应器二维轴对称数学模型,提出了夹层式反应器结构并与传统套筒式反应器进行对比,研究了氢气压力及Mg(OH)2 导热系数对夹层式反应器储氢蓄热性能的影响。结果表明,夹层式反应器与传统套筒式反应器相比具有更大传热面积和更小传热热阻,从而具有更快的传热和储氢速率。增加氢气压力,可以强化储氢材料与储热材料之间的传热,加快储氢储热速率。此外,提高Mg(OH)2 导热系数是进一步提高夹层式MgH2-Mg(OH)2 反应器性能的关键。
  • 苏丹丹, 许媛欣, 许伟聪, 赵力
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 652-660.
    T 形管中非共沸工质的组分分布对组分可调热力循环性能有重要影响。但目前的研究均是基于理想分离假设分析T 形管对热力循环的影响。为研究T 形管实际分离性能对热力循环性能的影响,设计了一种基于T 形管的新型自复叠制冷系统。对制冷工况下T 形管中R134a/R600a 的组分分布进行数值模拟,基于数值模拟结果对新型自复叠制冷系统性能进行计算分析。结果表明:T 形管出口的流量分配比越高,其分离效率越大。当干度大于0.8 或R134a 质量分数大于0.7 时,T 形管两个出口的分离效率相对较小。与无分离的制冷系统相比,基于T 形管的自复叠制冷系统的COP 可提升0.83% 至18.69%,单位容积制冷量可提高3.09% 至36.2%,过冷器热负荷可降低11.6% 至31.3%。
  • 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。
  • 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%。
  • 黄梦源, 周魁斌, 李大玉, 马咸政, 武金模
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 925-933.
    通过搭建横向风下线性火焰燃烧的实验装置,对线性火焰下游壁面处温度以及辐射热流进行了研究。结果表明,壁面温度随无量纲下游距离增加而减小,且呈分段函数分布。量纲分析和数据拟合表明,无量纲辐射热流随着无量纲下游距离增加而减小。计算结果表明,辐射分数随着风速的增加而略微减小。考虑到火焰浮力和环境风动量的共同作用,依据火焰附壁长度,将火焰分为浮力主控区和动量主控区,建立了一种修正的线性火焰对下游壁面热辐射的预测模型,模型预测与实验结果吻合较好。
  • 陈羽, 曾皓, 朱建军, 陈凯, 王建立
    工程热物理学报. 2023, 44(3): 720-725.
    本文基于数值模拟、结构设计、优化设计以及贝叶斯优化算法提出一种针对散热片结构的自动优化框架,并对CPU 正弦式散热片的振幅、周期和高度进行结构优化。结果表明,优化后的正弦式散热片与平板式散热片和初始正弦式散热片相比,表面平均努塞尔数提高了195%,表面最高温度降低了6.51C。分析了优化前后正弦散热片场协同角的变化,进一步证实了流场和温度场协同性能对散热的本质影响。
  • 张中晖, 邓涛, 何东霖, 秦昌雷, 夏洪强, 冉景煜
    工程热物理学报. 2023, 44(4): 863-870.
    为构建高活性且长效稳定的焦油重整催化剂体系,本研究对助剂改性Ni/钙钛矿催化剂的反应特性进行了实验测试与综合评价。分别在不同温度(600C、650C、700C) 和负载量(ω = 0.5%、1%、2%、4%) 下开展了甲苯水蒸气催化重整实验,并利用TEM、XRD、TPR、XPS 等技术分析了催化剂反应前后形貌、物相等物化特征的变化情况。结果表明,质量分数为2% 的Ce 助剂掺杂可以在标准化学计量比下获得最高的甲苯转化率与氢气产率,分别为84.7% 和57.4%。这是由于Ce 助剂添加增加了晶格氧含量,促进了焦炭前驱体气化并减少积碳,从而维持催化活性。
  • 其他
    汪洋;郑志敏;张银森
    工程热物理学报. 2022, 43(3): 720-728.
  • 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。
  • 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。
  • 凌云志, 李晓昭, 张小松, 赵鹏, 陈婷婷, 冯珺垲, 林欣茹
    工程热物理学报. 2023, 44(12): 3426-3432.
    电子设备小型化与高性能化的趋势给现有的热管理系统带来了巨大的挑战。脉动热管作为热管理系统具有性能优越,高自由度的优势。本文研究了将稳定振荡运行的脉动热管作为核心部件用于电子设备热管理领域的微观作用机理和性能变化。研究发现,脉动热管在稳定振荡阶段运行可以有效避免停滞现象从而实现最佳的热性能。通过对稳定振荡条件下脉动热管的工作特性进行可视化研究发现,该阶段的支配流型为柱塞流或弹状流。作为主要特征的泰勒气泡其位移趋向于正弦运动,而速度分布主要为往复流特征,平均速度接近于0,在高热流密度条件下,速度分布的往复流特征被打破并出现脉动流特征,冷却效率小幅提高。
  • 谭超, 江逸舟, 鲍勇, 董峰
    工程热物理学报. 2024, 45(2): 460-464.
    随着工业领域的不断发展,对流量的高精度、在线检测的需求也愈发迫切。以氢气循环泵为例,在小管径下,对氢气的流量监测精度直接影响循环泵的性能。超声流量计凭借其高精度、非侵入、无压损等优点,一直是流量检测领域关注的重点,可以满足不同场景下的测量需求。渡越时间提取算法是超声流量计设计的关键环节,对流量测量精度有着十分重要的影响。渡越时间的精度和鲁棒性直接影响着超声流量计流量测量的结果。本文针对氢气循环泵的测量场景,提出了一种基于探头中心频率匹配的ToF 算法,并采用了仿真软件来进行模拟实验。结果显示,相比传统的超声渡越时间算法,标准差分别是其他两种算法的5.21% 和32.14%,而误差则分别是二者的15.41% 和36.43%。
  • 刘铠瑞, 王利民, 郭亚龙, 王超, 唐春丽, 车得福
    工程热物理学报. 2023, 44(7): 1737-1752.
    为了使电站锅炉动态建模与仿真在灵活性改造、延寿改造与控制策略优化等方面展现出更好的应用潜力,本文系统且深入地综述了当前燃煤电站锅炉动态建模与仿真领域的研究进展。首先分析了电站锅炉动态建模方法与仿真工具;随后详细论述了锅炉汽水系统、燃烧系统与制粉系统动态仿真模型的研究进展,并对各子系统不同建模方法的优缺点进行讨论;接着重点梳理了燃煤电站锅炉灵活性方面的应用现状,包括低负荷工况建模仿真、启动过程优化、剩余寿命预测和“煤电+” 耦合发电系统仿真;最后从国产化软件、建模方法、模型精细化、系统耦合与模型验证等方面,对燃煤电站锅炉动态建模与仿真的未来发展趋势进行了展望,为后续研究提供参考。
  • 王倓, 陈林根, 戈延林
    工程热物理学报. 2024, 45(5): 1241-1247.
    空间简单燃气轮机循环动力装置由三部分组成:一是反应器,二是普通闭式简单燃气轮机循环模型,包括:压缩机、透平、蒸发器、工质和热源之间的换热器,三是低温热源侧的辐射散热器,用于向宇宙空间散热。本文建立了恒温热源空间不可逆简单闭式燃气轮机循环模型,导出了循环的热效率和输出功率。当散热器和两个换热器的总传热面积给定,通过优化两个换热器和散热器间的面积分配,得到了该装置的最大功率;通过优化低温热源温度,得到了装置的双重最大功率。
  • 陈方备, 王畅, 戴铮, 崔燚, 吴健
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 873-878.
    基于在低温环境下使用空气雾化喷嘴进行喷雾结冰实验的实际需求,在喷嘴投入使用前,标定了日本雾的池内公司生产的BIMJ 7004 型空气雾化喷嘴的喷雾特性,包括各工况下的压缩空气流量、水流量,喷雾锥角和液滴群中值体积直径(MVD),并重点探究了环境温度对MVD 的影响。实验结果表明,喷嘴喷雾的MVD 受喷嘴气路和水路入口压力的影响最大,且基本不受环境温度的影响,即在0∼20°C 的环境温度下,喷雾距离D=0.8 m 时,喷雾中心线处的液滴蒸发对MVD 的影响很小。
  • 王竞宇, 田华, 石凌峰, 王轩, 舒歌群, 孙瑞
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 683-688.
    统计缔合流体理论(PC-SAFT) 能够应用于CO2 动力循环中CO2 混合工质物性的预测。PC-SAFT 状态方程在计算CO2 混合工质气液相平衡时,其收敛性较差。本文介绍一种利用基于基团贡献法的蒸气压估算方法为PC-SAFT 状态方程提供初值,从基团角度来预测CO2 混合工质气液平衡的方法。该方法在很多情况下的准确度高于Refprop 9.0 计算结果,尤其在较高的CO2 比例下。对于温度滑移较大的CO2 混合工质计算中,该方法不会计算出Refprop 9.0 中不平滑的尖点,避免了在一些情况下出现反常的计算结果,是一种稳定可靠的计算方法。
  • 廖炜铖, 张晓跃, 李震
    工程热物理学报. 2023, 44(10): 2855-2860.
    天然气锅炉被广泛应用于北方供暖系统中,具有排烟温度和含湿量高的特点,因此有巨大的余热回收潜力。本文针对新型溶液除湿烟气余热回收系统的重要部件除湿器展开模拟和实验研究。结果表明:双级喷淋除湿器的传质单元数NTUm、溶液流量在双塔中的分配比例均为3 : 2 时为模拟工况下的最优值,采用冷却第二级塔中溶液的方案相比于其他两种方案可多回收4.6% 和11.8% 的热量。通过实验验证了冷却塔强化余热回收的作用,开启冷却塔后增加了16.5% 的余热回收量。
  • 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。
  • 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%。
  • 万佳伟, 魏正昀, 蒋旭东, 郭军军, 柳朝晖
    工程热物理学报. 2024, 45(1): 295-302.
    本文基于火焰面/进度变量(FPV) 模型框架,提出了一种双进度变量NO 输运修正模型。将该模型与大涡模拟相结合,对Sandia 非预混甲烷射流火焰开展了数值模拟。结果表明,该模型对于NO 浓度的预测精度相比于文献中结果显著提升。进一步详细分析了具有火焰不稳定性的Sandia 火焰F 的NO 生成特性,当雷诺数从22400 升高至44800 时,火焰F 相比于火焰D,中心轴线处的NO 峰值下降约28%。模拟结果成功捕捉到了雷诺数升高导致的强局部熄火现象,以及该条件下火焰温度降低,NO 生成受到抑制的趋势。
  • 王雪锋, 徐峰, 冯上升
    工程热物理学报. 2024, 45(3): 811-818.
    研究了电磁感应加热下泡沫金属填充液体的磁–热能量转换及瞬态升/降温传热过程,搭建了泡沫金属填充液体在感应加热与液体冷却下的联合控温实验系统,采用“频域–瞬态” 和“松耦合” 方法求解电磁–传热耦合数值模型,揭示了泡沫金属填充液体的电磁场与热源分布规律、温度响应特性、温度均匀性以及泡沫金属结构和材质等参数的影响规律。结果表明,泡沫金属填充液体的电磁感应传热特性与泡沫金属的结构和材质密切相关。
  • 燃烧
    张净玉,孙玉奇,王龙
    工程热物理学报. 2022, 43(4): 1013-1020.
  • 李地科, 刘忠信, 邱璐, 陶智, 朱剑琴
    工程热物理学报. 2023, 44(4): 1088-1095.
    通过少量离散的测点准确重构完整温度场可以方便快捷地大幅扩充测量数据,在航空航天等领域具有重要意义。本文以三维平板气膜冷却温度场重构问题为例,提出了一种基于迁移学习和物理约束(TL-PINN) 的三维温度场重构方法。首先将导热方程加入神经网络损失函数作为约束,并通过其他工况的丰富数据进行预训练,再迁移至目标域内,通过少量测点微调训练得到最终模型。基于数值仿真数据进行模型的训练和测试,结果显示,相比于常规前馈神经网络和物理约束神经网络,TL-PINN 具有更低的温度场预测误差和更少的模型训练时间。并且考察了不同可训练层和源工况条件对最终模型温度预测能力的影响,发现仅训练部分隐藏层可节约训练时间,源工况条件对模型的影响较小。
  • 传热传质
    薛涵文, 聂峰, 赵聪, 董学强, 郭浩, 沈俊, 公茂琼
    工程热物理学报. 2023, 44(8): 2174-2180.
    环保工质R1234ze(E) 和R600a 作为潜在的理想替代工质,其在工程实践中的应用离不开准确的传热数据支撑。本文在已有的R1234ze(E) 和R600a 实验数据的基础上,通过反向传播(BP) 人工神经网络模型分别发展了传热系数预测模型,其预测效果优于文献中的经典传热模型。同时为拓展模型的预测能力,本文还基于R1234ze(E) 和R600a 发展了一个更为通用的BP 传热预测模型,对R1234ze(E) 的预测结果的ARD 为4.08%,AARD 为8.46%,λ10% 为70.2%,对R600a 的预测结果的ARD 为−3.59%,AARD 为6.98%,λ10% 为76.4%,对于6 篇文献数据的预测结果的ARD 范围为−17.9%~26.8%,AARD 不超过27.6%,λ30% 不低于60.0%,由此可见该模型具有一定的预测精度和普适性。
  • 传热传质
    詹凌霄, 陈恒, 周浩, 杨林军, 孙宗康
    工程热物理学报. 2023, 44(8): 2294-2301.
    本文利用单液滴蒸发实验研究了预浓缩高盐脱硫废水液滴蒸发特性,比较了高盐废水与普通废水液滴蒸发行为异同,并开展了喷雾蒸发适应性实验。结果表明,液滴蒸发存在收缩-膨胀-再收缩三阶段,高盐废水蒸发速率更低,但因其含水量少,总蒸发时长更短;液滴膨胀和内部气泡生长规律相关,高盐废水呈多气泡长大模式,普通废水呈孤立气泡快速长大模式;环境温度升高可加快废水蒸发,但蒸发产物将在高温下分解;实验工况下高盐废水喷雾蒸发产物含水率低于普通废水。
  • 传热传质
    彭勇, 冯旭宁
    工程热物理学报. 2023, 44(8): 2052-2058.
    锂离子电池凭借其高比能、长寿命、高功率等优点而得到了在新能源汽车和储能等领域的广泛应用。然而,锂离子电池的安全性问题仍是阻碍其大规模发展的重要问题。本文首次提出了自毁电池的概念,旨在探究清楚电池内部的热失控主反应机理的基础上,通过释放特定自毁剂的方式,达到对电池内部的某一特定反应阶段进行靶向阻断的效果,从而从源头上有效抑制电池热失控的发生,降低电池发生热灾害的风险。本文将对自毁电池的研究思路和进展进行简要概述,为电池系统的热安全性设计提供依据。