工程热物理学报

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郑杭滨, 刘向雷, 宣益民

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2877-2884.

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钙基热化学储热材料具有无毒、储能密度高、与超临界CO₂ 热力循环相容性好等优点，是下一代高温太阳能热发电站极具潜力的储能候选材料之一。但是，常规热化学储热技术是采用基于间接表面吸收式反应器，这种技术具有高热损失低效率等劣势。因此，我们提出了一种太阳能直接辐照下的流化床粒子反应器。采用计算流体动力离散元法(CFD-DEM) 和粗颗粒法(CGPM) 耦合蒙特卡洛法(MCRT) 对聚光太阳能下碳酸钙储热过程进行了数值模拟。结果表明：利用两种模型均可预测碳酸钙粒子系温升和反应所需要的时间，CGPM 与传统CFD-DEM 结果吻合较好。另外，随着打包系数的增大，CGPM 模型表现出良好的计算性能，计算时间明显短于CFD-DEM 模型。所建立的CGPM-MCRT 模型对大规模高效直接辐照热化学储热系统的设计具有重要指导意义。

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HI_x溶液的密度计算模型

曾景昕, 李肖飞, 孙雪, 杨震, 段远源, 宋蔷

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2885-2894.

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氢是最佳能源载体之一，硫–碘(S-I) 循环作为极具潜力的热化学循环制氢技术而被广泛关注。HI-H₂O-I₂ (HI_x) 溶液是S-I 循环核心环节Bunsen 反应中的主要流体形态。不同温度组分下HI_x 溶液的密度数据对Bunsen 反应器设计、液相分离过程分析等具有重要意义。本文综合分析了已发表的HI_x 溶液密度数据，基于比体积与活度系数关系，分别采用ELECNRTL模型和Wilson 模型建立了理论密度模型。此外，基于热膨胀率建立了半经验密度模型。结果表明，采用ELECNRTL 模型建立的理论密度模型的平均相对偏差(ARD) 为6.95%，在模型中未考虑短程作用带来的影响，说明在HI_x 溶液中短程作用不可忽略；采用Wilson 模型建立的理论密度模型的ARD 为1.21%，在低HI 和低I₂ 浓度条件下具有较高的预测精度；采用基于热膨胀率拟合密度的半经验密度模型具有最高的计算精度，在假设热膨胀率与比体积具有二次关系时，ARD 为0.93%。

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固体氧化物燃料电池内温度分布测量技术进展

王世学, 范玉聪, 蹇季廷, 张秀成, 岳利可, 梅书雪

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2895-2920.

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温度分布是决定固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell, SOFC) 单电池/电堆性能的重要参数，也是导致SOFC电堆内各部件产生热应力的关键所在。全面了解SOFC 单电池/电堆在真实工作状态下的温度分布，对于研究其基本工作性能，分析和缓解其性能衰减，延长其使用寿命具有至关重要的作用，在强化电池性能、改进电池结构以及完善电池模型等方面具有重要的指导意义。本文介绍了SOFC 内温度分布的各种实验测量技术原理及其应用，分析并评述了各测温技术应用到SOFC 温度测量研究中的优缺点及其适用场合，这对SOFC 单电池/电堆的热特性准确性测量和性能分析具有参考价值。

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内源调控对电磁调控轧辊热力驱动性能的影响

杨庭松, 郭瑞春, 袁铁衡, 孙文权, 何安瑞, 许志强

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2921-2929.

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电磁调控轧辊是一种高承载刚性、强调控柔性的新型板带轧机辊缝形状控制技术，其热力驱动性能与内源调控机制高度相关。为探明轧辊热力驱动性能的变化规律，本文针对内源调控受电磁棒接触区、感应区及线圈等结构参量的影响开展了数值模拟研究，对比分析了热源强度、热源分布、接触区输入热量、传热效果及胀形能力等，对结构比例系数的影响进行了讨论。结果表明，电磁棒形式、感应区参量以及线圈参量能够改善热源强度、热源分布以及两区传热效果，而接触区参量则直接影响胀形驱动能力。各结构参量影响呈近线性关系，且参量间呈弱耦合关系，可针对不同电磁棒类型建立内源调控机制结构参数的综合影响模型，为电磁调控轧辊的热力驱动性能预测提供依据。

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中低温填充床储热系统分层填充方式对其储热特性的影响研究

吕鹏飞, 赵文杰, 刘兰兰, 刘锋, 雷广平, 刘汉涛

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2930-2938.

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通过构建填充床相变储热的物理与数学模型，基于有限元法在宏观尺度下研究了中低温条件下多层变径填充和多层级联填充对填充床储热系统储热特性的影响机理。在多层变径以及级联填充床储热系统中，利用相变胶囊液相率、温度分布、储热速率、㶲效率等指标对其储热性能进行综合分析。结果表明在中低温应用条件下，双层变径填充方式可有效保证常规相变胶囊填充床的经济高效性，胶囊对d = 30 : 10 mm 的双层变径储热系统的储热速率相较d = 30 mm 单层填充床储热系统提高了27%；将常规相变胶囊转换为相变微胶囊填充可进一步提升系统综合储热性能，储热速率相对单层d = 30 mm 储热系统至少提升1.73 倍，㶲效率提高到78% 以上，但单层填充方式是相变微胶囊储热系统的最优结构。岩石–相变微胶囊级联填充床储热系统结合了显热与相变储能优势，是一种在保证经济性条件下的填充床储热系统优化结构。

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MXene 纳米流体光热转化特性的数值模拟与实验研究

邹列, 王浩, 尹飞, 杨柳, 李小可

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2939-2944.

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为探究新型MXene 纳米流体在太阳能光热领域的应用潜力，从数值模拟和实验两个方面对MXene 纳米流体的相关特性进行了系统的研究。通过时域有限差分法模拟计算了MXene 片层堆叠对其光吸收性能的影响机制，计算结果表明层数越少的MXene 更适合制备纳米流体用于光热转化。然后通过两步法制备了不同浓度的少层MXene 纳米流体，测定MXene 浓度变化对纳米流体光吸收的影响。结果表明浓度为60 mg·L⁻¹ 的MXene 纳米流体的平均吸收率高达97.9%，表明该流体具有出色的光吸收特性。同时，MXene 纳米流体的光热转化效率随着浓度的增加先升高后降低，浓度为20 mg·L⁻¹ 时达到最高值63.44%。

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典型超临界二氧化碳循环动态特性分析与比较

王迪, 谢欣言, 周云龙, 韩昕芮, 王艳红

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2945-2957.

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超临界二氧化碳(sCO₂) 循环布局多样，为探究循环布局对系统动态特性的影响。本文搭建了sCO₂再压缩循环及其三种衍生循环的动态数学模型。在相同的外部条件下，以sCO₂再压缩循环布局为参照循环，在热源工质流量扰动，系统质量流量扰动以及负荷指令扰动三种不同情况下，重点比较四种循环布局中循环净功率的动态特性。结果表明，对sCO₂再压缩循环各部分的改造，均能有效地减少在两种流量扰动情况下循环净功率的扰动幅值，扰动幅值最低分别降至0.8%、26.5%；但也增大了循环净功率对负荷指令的响应时间，最高达到220 s。本文的研究结果为sCO₂循环动态特性分析及控制系统设计提供了理论参考。

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基于离子液体的深度除湿技术及应用探索

曹博文, 殷勇高, Giannetti Niccolo, Saito Kiyoshi

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2958-2964.

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液体深度除湿是实现低湿度行业低碳转型的一种有效途径。目前，具有深度除湿潜力(极低蒸气压、非结晶和无腐蚀)的离子液体是传统盐溶液的理想替代。本研究搭建了离子液体深度除湿实验平台，并分析了不同运行工况下的除湿性能。结果表明：降膜/鼓泡吸收方式均能实现较高的深度除湿效果，最低出风含湿量可降至2.0 g/kg(da) 以下。同时，对于进口含湿量为3.3 g/kg(da) 的低湿工况，降膜装置的除湿效率仅为40% 左右。然而，鼓泡装置的除湿效率可达到81%，有效开发了离子液体的深度除湿潜力。此外，总结了两种吸收方式的先进性与适用性，为离子液体深度除湿技术的应用提供指导。

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热网储能动态仿真及热力学分析

雷琪安, 种道彤, 赵全斌, 王进仕

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2965-2973.

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为了提高热电联产机组的运行灵活性，本文搭建了350 MW 机组与热网动态模型，研究了热网及热用户的动态特性，获得了不同环境温度、热用户温度边界条件下热网的最大蓄热能力以及热网蓄/放热能力对机组调峰能力的影响。结果表明：热网供回水温度、热用户温度均与抽汽流量近似呈线性关系；热网最大蓄热能力随着环境温度的降低增加而减小，当环境温度从0°C 降低到−20°C 时，最大蓄热能力下降了47.4%；机组调峰能力提升量随环境温度降低略有增加，环境温度从0°C 下降至−20°C 时，机组调峰能力提升量从6.9 MW 增加至9.6 MW；热网热效率随着环境温度与抽汽流量的增加略微提高，但热网的效率较低，并且随着环境温度与抽汽流量的增加明显提高。

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深共晶溶剂碳捕集性能的影响因素研究

张宸, 苏亭宇, 张舵咏, 田永强, 吴承刚, 蔡传琦, 朱金庆, 王丽伟

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2974-2978.

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近年来碳捕集技术受到了广泛关注，但是尚缺乏高效的碳捕集材料。本文合成了多种不同的深共晶溶剂(DES)，从多个角度比较了材料吸附量的差异。乙醇胺(MEA) 基的DES 的吸附量可以在20°C 和0.24 MPa 达到4.39 mmol/g，而乙酸(AcOH) 基的DES 在相同条件下仅能达到0.85 mmol/g。这主要是由于MEA 可以和CO₂ 发生化学反应生成氨基甲酸单乙醇酰胺，而AcOH 则仅为CO₂ 的物理溶解。DES 的吸附量随CO₂ 分压升高而增大，随温度的升高而降低。特别是AcOHTPAC-7 的吸附量在25°C、0.24 MPa 下比20°C、0.24 MPa 衰减了40.2%。AcOH-TPAC-7 的吸附量随水含量增加而增大，而MEA-TPAC-7 呈现相反趋势。

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等电势条件小孔径碳纳米管双电层结构特性研究

韩一鸣, 魏翔, 陈鸿伟, 宋杨凡, 刘卓

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2979-2985.

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为了确定不同电势对碳纳米管内部CO₂/[Bmim⁺][Tf₂N⁻] 离子液体在界面的双电层结构，采用分子动力学模拟的方法研究了二氧化碳/离子液体在不同电势下的热力学结构。通过对原子坐标进行变换直观的展示了原子分布特征。发现施加电势φ 超过−4 V 后会形成双电层，随着电势的增加界面分层现象越来越明显，[Bmim⁺] 离子的压力幅值变大且更靠近壁面，之后CO₂聚集且原子间的平均距离减小。电势到达−10 V 时双电层完全分层，近壁面区域可分为纯[Bmim⁺] 离子和CO₂/[Bmim⁺]离子混合区域。

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耦合蒸汽储能的燃煤发电系统调频能力研究

扶禹, 刘明, 张顺奇, 尹俊杰, 严俊杰

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2986-2994.

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为实现“双碳” 战略目标，我国正在加快建设新型电力系统，亟需不断提升燃煤发电机组的运行灵活性，耦合蒸汽储能是提高燃煤发电系统调频能力的有效手段。本文建立了蒸汽蓄热器和汽轮机热力系统的动态模型，研究获得了蒸汽蓄热器蓄热和释热过程中蒸汽蓄热器和汽轮机热力系统的动态特性，评估了蒸汽蓄热器的能效水平和调频能力。研究发现，蒸汽蓄热器响应速度快，可支撑燃煤发电系统调频，蒸汽蓄热器30%THA 工况下储热、100%THA 工况下释热的等效往返效率为46.62%。

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铅铋堆离心泵内高温液态金属动力学特性研究

周欢, 黎义斌, 刘欣, 张人会, 牛藤

工程热物理学报. 2024, 45(10): 2995-3005.

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本文以铅铋堆离心泵为研究对象，采用数值模拟方法研究了泵内高温液态金属介质的动力学特性。研究结果表明：介质属性改变对泵扬程和效率影响不大，全流量工况下液态铅铋介质(LBE) 均略高于常温清水，设计流量下扬程相差0.32 m，效率相差2.09%。液态LBE 介质的轴功率约为常温清水的10.4 倍，与两者密度比值基本相同。液态LBE 介质对流场的影响体现在一定程度上抑制了叶轮进口的逆流，降低了叶轮出口的轴向速度梯度，降低了大流量工况时导叶内压力脉动幅度。液态LBE介质下的轴向力约为常温清水介质的23.75 倍，径向合力约为常温清水介质的10 倍，介质属性的改变对泵受力特性影响很大。研究结果可为今后铅铋堆离心泵的设计及性能评估提供参考。

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基于自动编码器的离心泵空化状态识别模型研究

张彤赫, 葛秉鑫, 马桤政, 刘正杨, 宋永兴

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3006-3012.

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空化状态识别是离心泵状态监测的难点之一。为了提高空化状态识别的效果，提出了一种基于自动编码器的离心泵空化状态识别方法。对离心泵的空化进行了实验研究，在三个温度下分别采集了六个工频上泵壳的振动信号。对原始信号带做时频域分析，得到时频图；通过无监督训练自动学习输入数据的特征；并利用自动编码器对离心泵的四类空化状态进行识别。研究表明，基于该模型能有效地提取离心泵空化振动信号的特征并识别，识别成功率达到94.58%，比传统的快速傅里叶-支持向量机模型提高了14.58%。

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航空发动机燃烧室轴向旋流与横向射流相互作用实验研究

代兴宇, 袁成, 田伟

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3013-3021.

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在航空发动机燃烧室中，旋流器生成的轴向旋流与主燃孔及掺混孔生成的横向射流之间的相互作用是保证燃烧室高效掺混、稳定燃烧的主要手段。本文利用高分辨率粒子图像测速技术(Particle image velocimetry, PIV) 对航空发动机单头部燃烧室内的冷态流场进行了测量(来流速度15 m/s、来流温度295 K)，进而通过对流场内旋涡结构及湍流统计特性的分析揭示了燃烧室内部轴向旋流与横向射流的相互作用机制。研究表明：燃烧室中心回流区是由来自燃烧室头部的旋流在流场中形成低压区与横向射流的截断共同作用形成的，横向射流引起的强剪切作用加速了由旋流主导的中心回流区的形成；在轴向旋流作用下，横向射流在燃烧室流场中的作用范围增大，增强了与周围主流流场的动量输运；此外，横向射流与强旋流的耦合使得燃烧室下游流场湍流强度显著增加，因此该区域流动具有较高的掺混能力，从而导致燃烧室出口速度分布更加均匀。

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高压比离心压气机扩压器自循环扩稳机理研究

吴云峰, 韩戈, 李子良, 卢新根

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3022-3031.

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随着离心压气机压比的不断提高，径向扩压器逐渐成为制约高压比离心压气机稳定性的关键因素之一，以某高压比离心压气机为研究对象，利用数值方法开展了扩压器自循环流动控制研究，详细讨论了扩压器自循环流动控制对离心压气机性能和内部流动的影响机理。结果表明，在不同转速下，自循环流动控制的效果不同，100% 转速时该流动控制方法能够使其流量裕度提高3.5%；而在非设计转速下，该流动控制方法无法带来稳定裕度的提升。通过对流场的分析发现，100% 转速近失速工况下，该流动控制方法通过引入一股与主流方向垂直的射流，减小了扩压器入口马赫数，使发生分离的临界攻角增大，抑制扩压器吸力面流动分离，从而提高离心压气机稳定工作裕度。

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金属丝网槽机匣处理对单级压气机裕度的影响

张明, 张嘉铭, 董旭, 孙大坤, 孙晓峰

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3032-3040.

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针对金属丝网槽机匣处理的扩稳效果，在一台单级低速压气机上进行了一系列的特性实验，对金属丝网槽的轴向位置、轴向宽度、金属丝网目数等敏感性参数进行了研究。25 mm 槽宽的最佳轴向位置在距叶尖前缘25% 弦长处(失速裕度可提高24.52%)，15 mm 槽宽则为16.7% 弦长处(失速裕度可提高13.15%)；槽宽的增加对扩稳有益但也增加了效率损失；目数增大时，扩稳效果降低，同时效率损失有所减少。进一步通过数值模拟，从流动细节及叶片载荷的角度对其扩稳机理进行探究，发现其改善了叶尖流动，并对叶尖区域的载荷进行了重新分配。

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考虑端部槽缝射流压力扰动的造型端壁研究

杜昆, 贾毅豪, 刘存良

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3041-3048.

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以某典型高压涡轮平面叶栅为研究对象，分别研究了槽缝射流导致的端壁静压变化对3 种造型幅值下的非轴对称端壁造型气动、冷却及换热特性变化规律。结果表明：MFR=0.75% 时，随造型幅值增加，总压损失逐渐减小，叶栅总压损失系数最大可降低2.208%；端壁造型可显著增加高冷效区面积，但叶片前缘至55%C_ax 范围内的横向平均气膜有效度降低；对于传热特性而言，端壁造型可以削弱前缘及通道中后部的换热强度，造型幅值越大，削弱效果越明显，面平均换热系数最大降低7.11%；基于带有槽缝射流的端壁静压分布进行造型更有利于提高端壁的冷却特性，降低换热强度。

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非轴造型对涡轮损失控制的攻角适应性研究

杜政帅, 蔡乐, 陈英杰, 王松涛

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3049-3057.

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非轴对称端壁技术能够有效减小横向二次流带来的气动损失，提升涡轮效率。为了评估不同来流条件下非轴造型在涡轮叶栅中的作用效果，以高压涡轮的静叶叶栅上端壁为研究对象。在0° 攻角条件下以涡轮的出口总压损失为优化目标进行了叶栅非轴对称端壁的造型和优化，研究得到了一种能够有效减小叶栅二次流动能和气动损失的非轴造型，并在变攻角情况下对该造型的损失控制效果进行了分析。结果表明：在所考察的攻角范围内，本研究使用的非轴对称端壁造型均能有效降低叶栅气动损失，且该造型对几个主要的二次流结构的作用效果在不同攻角下没有太大的变化；在二次流强度较弱的负攻角条件下，造型对马蹄涡结构的控制效果相比于其他攻角条件更为显著。

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肺动脉高压的特异性血流数值模拟研究

李玉文, 徐强, 叶星淼, 唐晓宇, 罗欣怡, 郭烈锦

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3058-3064.

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肺动脉高压是以肺动脉压异常升高为特点的一种致命性疾病，且直接受肺动脉血流动力学影响，肺动脉的血流数值模拟用于临床医疗极具有应用前景。本文基于正常受试者与肺动脉高压患者的电子计算机断层扫描(CT) 图像进行三维建模以模拟肺动脉及其复杂分支内血液流动，并进行血流动力学分析。结果发现正常受试者与肺动脉高压患者的肺动脉模型形态具有显著差异，患者左右肺动脉血流分配比失衡，分支处出现异常流动。肺动脉高压患者整体壁面压力较高，肺动脉近端出现大范围的低壁面切应力区，平均壁面切应力低于正常受试者。肺动脉的血流数值模拟可为发病机理及临床诊断提供参考。

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镀铂钛毡对质子交换膜电解槽的性能优化

欧阳韬, 杨扬, 李俊, 张亮, 朱恂, 叶丁丁, 廖强

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3065-3072.

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多孔传输层在质子交换膜电解槽中起到气水分配和电子导通的作用。本文采用快速脉冲电沉积的方法构建了具有均匀纳米花团簇结构的镀铂钛毡，该镀铂钛毡具有较低的阳极气泡黏附性，能有效排除钉扎在钛毡表面的气泡。相较于未处理的商用钛毡，脉冲镀铂钛毡能显著降低电解槽运行过程中的传质损失和欧姆损失，在1.5 A·cm⁻² 的中低电流密度下电解电压低至1.69 V。采用流体体积法对不同润湿特性下的多孔传输层气液流动过程进行了探究，发现超亲水的脉冲镀铂钛毡具有最低的氧气占比和最短的气泡突破时间，能有效排出催化层产生的气泡，减少了电解过程中的传质损失。

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不同重力下液态铅铋合金强迫对流换热模拟研究

宋志超, 陈维奇, 何玉荣

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3073-3078.

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以空间核动力技术为核心的空间动力系统由于其抗辐射能力强、体积小、寿命长、重量轻等优点，已成为最具前景的未来空间动力系统之一，具有良好的发展前景和重要的研究意义。本文针对竖直管道内液态铅铋的强迫对流问题，采用格子Boltzmann模型，利用相似原理对格子单位和真实物理单位下的量纲进行转换，研究不同重力条件下竖直管道内液态铅铋合金强迫对流换热特性。研究结果表明重力对换热性能具有较大影响，随着重力的增加，液态铅铋合金的换热能力逐渐增强，温度进入充分发展的位置越靠近出口。

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高压蒸汽管道内单个凝结段塞的运动学特性研究

康竞澜, 侯庆志, 李源, 林磊, 刘昉, 范怀诚

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3079-3085.

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为了探究高压气体作用下段塞在管道内的运动学特性，利用三维CFD 数值模拟实验，研究了单个高速运动段塞在含弯头空管中的冲击压力及其运动过程中的质量脱落。研究发现，段塞质量脱落系数与其运动距离成正比，且与驱动压力无关；质量脱落率与运动距离有关，与后方驱动压力及段塞初始长度无关。基于所得质量脱落率，建立了一个新的一维数学模型，并对计算结果进行了验证。结果表明，数值模拟和理论计算结果与实验结果吻合良好。此外，从段塞质量脱落的角度合理地解释了之前学者的实验发现：当段塞运动距离大于其初始长度的5 倍时，段塞将被驱动气体贯穿，从而使冲击力幅值大幅下降的现象。文章提出的一维数学模型可指导实际工程应用。

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高速度梯度流场图像PIV-PSV 混合处理算法

张大鹏, 周骛, 黄浩钦, 蔡天意, 董祥瑞, 蔡小舒

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3086-3090.

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在流场测量中往往存在较大速度变化的区域，所获得测量图像若出现高速模糊的情况，则会出现单独使用现有PIV/PSV方法不能完全准确描述速度场的情况。本文提出一种结合PIV-PSV 的图像处理方法，通过将高速度梯度图像进行高速度区域与低速度区域的拆分后，分别使用PIV 和PSV 方法进行对应处理，最终将结果进行整合，该方法相对于使用单一方法处理的准确度有超过2 倍以上的提升，该方法具有进一步提升的空间以及处理三维速度场的可扩展性。

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十字微通道内大气液流速比下液相微分散特性

刘培卓, 徐娜, 许鑫, 张玮, 张永海

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3091-3100.

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微通道内两相流动中，分散相尺寸的大小和分布决定了相间热质传递性能。利用数值模拟方法，研究了大气液流速比情况下十字型微通道内分散方式和流速对液相分散过程的影响，发现对称式垂直流剪切分散方式较对称式错流剪切分散方式对液相的分散效果更好，流速提高在降低液相分散尺寸、提高两相流动扰动的同时，弱化了两种分散方式对液相分散效果的差距。分析了液相分散过程中气液两相流动体系内界面张力、黏性力、惯性力、通道压力等作用力的协同作用过程，揭示了分散方式和流速对液相分散过程的影响机制，并初步建立了对称式垂直流剪切分散方式下的液相分散模型，为强化微通道内气液两相流动热质传递性能及微通道的实际应用提供理论依据。

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涡轮叶片前缘强化旋流–气膜复合高效冷却研究

李菲, 栾勇, 饶宇, 程宇立

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3101-3110.

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本文建立了GE-E³ 高压涡轮第一级动叶前缘复合冷却模型，利用流热固耦合传热方法数值研究了冲击–气膜复合冷却和旋流–气膜复合冷却的流动换热特性，考虑了实际主流对前缘复合冷却效果的影响。在此基础上提出了内部凸脊通道的强化旋流–气膜复合冷却新型结构，分析了不同吹风比下前缘冷却模型的流场结构和传热分布。结果表明：在研究范围内，与冲击冷却相比，旋流冷却具有更均匀的传热分布和更低的压力损失；旋流在光滑内壁的冷却通道中平均努塞尔数可以提升17.6% 以上，前缘平均综合冷效可以提升4.7%∼7.2%，冷气端压力损失可降低4.7%∼5.1%；而凸脊结构进一步强化了旋流冷却，内部冷却通道的平均努塞尔数可以显著提升37.7% 以上，平均综合冷效可以提升6.1%∼11.8%，压损可降低3.9%∼4.1%。

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TSV 结构特征对微通道热沉性能的影响

安浩, 李家栋, 巩亮

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3111-3121.

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硅通孔(Through Silicon Via, TSV) 结合层间微通道冷却技术是解决高热流密度三维集成电路(Three-Dimensional Integrated Circuit, 3-D IC) 散热问题的有效手段。基于数值模拟研究了多种TSV 针肋截面形状以及纵横比的微通道流动换热过程，综合评价了TSV 结构对流动换热性能的影响。结果表明，TSV 针肋对于流场的扰动作用抑制了热边界层的发展，有效降低了芯片平均温度；针对顺排结构，纵横比为0.93 的圆形截面TSV 综合性能最优，综合性能评价因子(Performance Evaluation Criteria, PEC) 为1.14；在错排结构中，纵横比为1.00 的三角形截面TSV 综合性能最优，PEC 为1.24。研究结果为微通道热沉的设计制造提供了理论依据。

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温度对氧化镁与碳酸钙混合污垢特性影响的分子动力学模拟

王景涛, 杨硕, 孙金泽, 贾玉婷, 徐志明

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3122-3130.

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为了研究温度对MgO 颗粒与碳酸钙混合污垢的影响，采用分子动力学模拟方法分析温度对体系内混合污垢的成核特性以及在换热表面混合污垢形成的影响。结果表明，随着温度的升高，MgO 颗粒表面水合层和离子周围水合层致密程度减弱，离子的扩散系数增大，加速了体系中MgO 颗粒与碳酸钙离子形成混合团聚物的速率。同时，温度的升高会导致换热表面吸附层中水分子数减少，所吸附的离子数增加，离子与颗粒沉积在换热表面概率增大，且沉积的团簇结构更加紧密，更容易促进换热表面混合污垢的形成。

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近场作用下纳米针尖点接触界面传热研究

徐屾, 邓书港, 黄小娜, 黄德钊, 岳亚楠

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3131-3136.

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扫描探针光刻技术可实现10 nm 以下的材料加工，为微纳加工技术带来新的发展方向。但在该技术中针尖与样品间热量传递是影响材料温升和加工效果的关键因素。本文设计了一种金纳米针尖阵列支撑的单层石墨烯结构，在真空条件下，针尖与石墨烯间接触热阻是影响结构温升的主要因素。首先评估金纳米针尖阵列在532 nm 激光作用下近场增强因子约为3.2，其次，结合实验和仿真，测定金纳米针尖阵列与石墨烯间接触热阻约为4.6×10⁻⁵ (m²·K)/W。

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石墨烯–铜复合材料热膨胀系数的分子动力学模拟

张天予, 李晨光, 刘文凯, 鞠生宏, 赵长颖

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3137-3142.

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随着电子设备不断发展和集成度的提高，设备内部的热问题也越来越严重。在热循环过程中，由于材料的热膨胀系数失配，会引发大量的热应力，从而导致一系列热可靠性问题。调控材料的热膨胀系数对于改善电子设备的热问题至关重要。本文采用分子动力学模拟方法对石墨烯-铜纳米复合材料的热膨胀系数进行了研究。研究结果表明：通过引入石墨烯能够有效降低铜基材料的热膨胀系数，随机分布掺杂具有各向同性；定向掺杂的石墨烯-铜复合材料具有各向异性，这是由于石墨烯原子层之间结构的紧密排列和强键合力，有效地限制了铜基体的膨胀。与平行方向相比，垂直于石墨烯方向具有更低的热膨胀系数和弹性模量。

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带翅片双层管槽式太阳能梯级集热系统性能分析

刘鹏, 马海文, 巫云雷, 陈林根

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3143-3150.

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本文提出了一种带翅片的双层管槽式太阳能梯级集热系统(强化PTR)，并建立数值模型研究其流动、传热和集热性能，在翅片体积一定的条件下，研究了翅片的结构参数对强化PTR 性能的影响规律。研究结果表明，相较于传统PTR，强化PTR在整个圆周上，吸热管外壁面的温度和朝外热流密度显著降低。在本文研究的翅片结构参数范围内，强化PTR 的传热性能和流动阻力增加为光滑圆管的1.83∼3.45 和3.99∼7.25 倍且综合传热性能为1.16∼1.78；强化PTR 的热损降低了42.4%∼47.8%，泵耗功率增加了331%∼691%，集热效率提高了1.71%∼1.93%；高温/低温流体集热率的取值范围分别为55.12%∼55.69% 和15.31%∼15.69%。

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矩形窄缝通道内流动沸腾的数值模拟研究

韩晋玉, 刘瑶, 赵陈儒, 薄涵亮

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3151-3159.

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窄缝通道换热技术是一体化小型模块式反应堆发展的关键技术之一。基于窄缝沸腾换热原理的换热器具有结构紧凑和换热能力强等特点。本文采用基于欧拉–欧拉法的两流体模型以及RPI 壁面沸腾模型对矩形窄缝通道内流动沸腾进行模拟，本文系统分析了不同封闭子模型的选择(包括汽泡脱离直径d_w 和汽化核心密度N_w) 对流动沸腾中汽泡参数、传热及流场预测的影响。基于模拟结果下不同封闭模型的选择，提出了适用于矩形窄缝通道内流动沸腾且工况适应范围较广的汽泡参数子模型的优化组合。研究结论可为反应堆换热元件和紧凑式换热器设计计算提供参考依据。

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折线流道纵向节距对工质流动传热的影响及新型关联式构建

高成, 刘生晖, 洪光伟, 黄彦平, 朱小良

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3160-3169.

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折线型印刷电路板式换热器具有强化传热能力，是超临界二氧化碳布雷顿循环中回热器的重要候选对象之一。本文就折线流道纵向节距长度对工质流动换热特性的影响规律和新型传热关联式进行了研究。在研究工况参数范围内，30° 折线流道纵向节距在3 倍到11 倍流道直径范围内增加时，对流传热能力变化较小，纵向节距进一步增加到13 倍流道直径时，其对流传热能力下降；10° 折线流道纵向节距在3 倍到13 倍流道直径范围内增加时，其对流传热能力逐渐增加。分析表明，该现象主要由折线流道弯折处二次流的产生、转移和耗散所引起。进一步构建了包含纵向节距的新型宽适用范围传热关联式。

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氯化钠溶液降膜蒸发传热传质参数分布研究

崔佳卉, 袁大元, 牟兴森, 沈胜强

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3170-3177.

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为了探索海水降膜蒸发过程中液膜内的组分分布、传质现象与传热过程的关联，建立了氯化钠溶液沿竖直平板降膜蒸发过程的二维传热传质模型。采用基于有限元方法的COMSOL Multiphysics 软件，计算了液膜内温度、氯化钠浓度、液膜局部传热系数和传质系数的分布以及不同溶液分子扩散系数时界面蒸发情况。氯化钠溶液降膜蒸发过程中，传热传质相互耦合，膜厚方向上温度与氯化钠浓度的反向分布对溶剂的界面蒸发有抑制作用。

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结构参数对RQL 燃烧室燃烧性能影响

惠蕾, 刘爱虢, 吴小取, 张云杰, 王鹏

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3178-3186.

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本文研究了一种以涡流片结构作为火焰筒头部旋流装置的RQL 燃烧室的结构参数对燃烧室燃烧性能的影响。采用数值模拟研究了主燃孔、涡流片数、淬熄孔轴向位置、淬熄孔内外环数及淬熄孔类型对燃烧室内的流动、燃烧性能及NO_x排放特性的影响。结果表明，燃烧室富油区内的流动是靠涡流片与主燃孔的有效配合来实现的。涡流片的数量是影响富油区内回流区的形状及大小的主要参数，通过优化涡流片数量可以获得所需要的流场；淬熄区通过淬熄孔快速射流完成由富油向贫油的瞬间过渡，且防止接近理想当量比的NO_x 生成量大的区域；淬熄孔的轴向位置、类型等结构参数是影响燃烧性能的主要结构参数。

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正庚烷/空气液雾自点火0D 与2D 数值模拟研究

吴煜杨, 叶桃红, 朱旻明

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3187-3195.

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本文采用零维计算和二维直接数值模拟，对初始空气温度1200 K 和压力607950 Pa 下的液雾两相正庚烷/空气自点火过程展开研究。受到液滴蒸发影响，空间内形成较大的温度、浓度分层，空间内同时存在高温化学反应与低温化学反应，并且出现低温化学反应滞后于高温自点火、高温热焰将低温反应区包裹的现象。液雾自点火高温着火核所对应的最易着火混合物分数位于贫燃侧，且大于0D 中仅考虑蒸发导致浓度及温度分层的情况的结果，更接近于当量混合。通过0D 计算，可以预估流场中可能会发生的自点火类型，定性确定着火位置的分布，以及相应的点火延迟时间。

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蒸发槽火焰稳定器低压点火过程试验研究

黄亚坤, 朱志祥, 朱焕宇, 何小民

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3196-3208.

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试验研究了低压环境下不同进口压力、温度和马赫数对蒸发槽火焰稳定器点火火焰演化特征和点火延迟时间的影响。研究发现，进口温度的升高会增大火焰投影面面积和火焰增长速率、减小点火延迟时间，且点火延迟时间的减小趋势随着温度继续升高而减弱；进口压力的增大同样使得火焰投影面积增大、点火延迟时间逐渐减小；随着马赫数的逐渐增大，火焰增长速率和火焰投影面面积先增大后减小，点火延迟时间先减小后增大。

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高碱煤热烟气强化水洗脱碱机制及动力学分析

王祥曦, 程小爱, 李显, 郭丽, 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(10): 3209-3216.

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基于低pH 浸洗促进高碱煤中碱金属和碱土金属(AAEM) 的增溶原理，将电厂烟气(CO₂) 作为酸源并将余热资源化利用，团队前期开发出一种针对高碱煤的热烟气强化水洗脱碱技术(FG-WL)。本文对不同形态AAEM 的脱除及关键参数的影响规律和机制进行了较详细讨论，通过动力学计算确定AAEM 不同时间段的控制步骤和参数。结果表明，FG-WL 的温度从25°C 升至60°C，高碱煤120 min 的脱钠率从80.7% 升至94.7%，40 min 的脱钙率从32.5% 提升至38.7%；处理0∼40 min的碱金属(Na、K) 脱除主体为水溶态，且为固膜扩散控制，40 min 后以醋酸铵溶态为主，且为化学反应控制；碱土金属(Ca、Mg) 的全程以醋酸铵溶态脱除为主并伴随部分盐酸溶态，且为固体膜控制。本研究可为此方法的工艺优化和参数调节提供一定指导。

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炉排炉内生活垃圾解耦燃烧NO_x 排放特性

朱传强, 孙亭亭, 韩振南, 茹晋波, 谢兴旺, 许光文

工程热物理学报. 2024, 45(10): 3217-3225.

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随着垃圾焚烧烟气排放标准的提高与国补退坡，垃圾焚烧行业亟待高效洁净的新技术。本文以解耦燃烧原理作为技术支撑，在300 t/d 垃圾焚烧炉上通过循环再热烟气构建干燥热解区，抑制NO_x 生成。结果表明，循环再热烟气(270°C) 注入焚烧炉的底部炉排第一单元和第二单元效果较好，NO_x 排放浓度可控制在200 mg/m³(标准工况) 以下；随着再热烟气量的增加，NO_x 降低幅度增大，当再热烟气循环比超过6.22% 后，对焚烧工况产生不利影响。相比传统燃烧(TC) 和烟气再循环(FGR) 工艺，解耦燃烧(DC) 能更好地抑制NO_x 生成，NO_x 生成量降低43.1%。解耦燃烧试验未对灰渣的烧失率有明显的影响，烟气中O₂ 含量下降至TC 的2/3。解耦燃烧投用，吨垃圾运行成本比TC 节约5 元，为垃圾焚烧运行调控和节能改造提供参考。

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