工程热物理学报

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李应红, 吴云, 宋飞龙, 陈鑫, 郭善广, 王娇娇, 杨诏

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3851-3877.

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爆震发动机相比于采用布雷顿循环的传统航空发动机具有更高的单位推力和更低的耗油率，具有广阔的应用前景。旋转爆震发动机由于具有工作频率高、单次点火和起动马赫数低等优点，近年来在全球航空航天领域引起了广泛关注，世界各国针对本研究领域的资助强度及工程应用化进程均处于迅猛发展态势。鉴于此，本文对国际上旋转爆震的研究进展进行综合评述，针对涡轮基旋转爆震发动机多个关键技术难题的研究现状进行了分析，详细描述了本研究团队在以上领域所取得的突破性进展。最后，对涡轮基旋转爆震发动机的未来发展进行展望。后续涡轮基旋转爆震发动机所开展的研究工作将瞄准内/外涵加力爆震及涡轮冲压旋转爆震组合发动机三个应用方向，攻克燃烧室宽范围可靠起爆、爆震波模态调控及传播增稳、燃烧室及喷注结构优化、压力回传抑制、燃烧室高效热防护、整机系统稳定匹配等关键技术性难题，加快旋转爆震发动机的工程化应用步伐。

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低雷诺数下压气机叶片分离剪切层转捩损失机理

朱俊强, 王名扬, 卢新根, 赵胜丰, 韩戈, 阳诚武

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3878-3890.

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当雷诺数降低至临界值(约2×10⁵) 附近时，压气机叶片/端壁表面分离-转捩过程诱发强烈湍流脉动，导致效率及稳定裕度急剧下降。然而，不同雷诺数下转捩触发模式及多尺度涡系时空演化机理尚不清晰，难以定位高空性能退化的核心因素。本文以某一高亚音速压气机叶栅为研究对象，探究了不同雷诺数下分离剪切层不稳定机制及涡动力学特性，阐明了性能变异机理。结果表明，分离剪切层中扰动首先呈现指数增长，随后出现非线性效应诱发转捩起始。当雷诺数从4.5×10⁵ 降低至1.5×10⁵ 时，剪切层扰动增长速率下降，非线性效应延迟，转捩起始及结束位置显著移向下游，分离泡长度增加122%。同时，剪切层涡系脱落频率降低，转捩末期三维发卡涡卷起、破碎强度更大，导致高水平雷诺切应力区域迅速扩展，损失增加241%。发现了低雷诺数下分离点压力梯度突增现象，进一步构建了不同雷诺数下分离点压力梯度与分离尺度、边界层增长速率的关联模型，精准定位了诱发高空性能退化的关键敏感参数，为低雷诺数下压气机叶片设计及流动调控提供直接理论支撑。

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轴流压气机二维通流方法及其应用研究

王啸宸, 任晓栋, 李雪松, 顾春伟

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3891-3905.

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本文基于自主开发的流线曲率计算工具，开展了轴流压气机二维通流方法及其在多台压气机串并联系统中的应用研究。针对经典跨音模型假设的局限性，提出了考虑激波结构影响的波前膨胀过程简化假设，发展了结合连续性方程和S1 流面受力平衡的落后角模型，计算结果与跨音叶栅、1.5 级跨音压气机试验数据对比一致，预测精度优于经典模型。结合NACA65、C4 叶栅试验数据和理论分析，提出了叶型损失、落后角和堵塞系数的低雷诺数修正模型，有效评估了低雷诺数效应对三级轴流压气机匹配性能的影响，与CFD 计算结果基本一致。发展了多台压气机串并联通流匹配方法，准确预测了压气机部件性能，针对某临界负荷工况，制定了系统效率最优、回避失速风险的匹配运行策略。

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旋流条件下复杂声模态的形成、传播与耗散研究

秦蕾, 张光宇, 王晓宇, 孙晓峰

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3906-3918.

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随着大涵道比涡扇发动机的广泛应用，其短舱内显著的旋流特征对声传播特性及声衬阻抗设计的影响亟待深入研究。基于线化欧拉方程构建特征值问题，系统分析了旋流条件下阻抗管道内的声传播特性与声传递损失规律。研究结果表明：频率升高导致模态声波远离截止频率，致使上下游声传递损失同步降低。旋流周向速度分量抑制反向传播模态声波的声传递损失，而放大同向传播模态声波的声传递损失。旋流导致声衬阻抗最优声阻偏移，与旋流同向模态声波的最优声阻减小，而反向模态声波的最优声阻则增大。本研究揭示了旋流对管道声学特性的多维度影响机制，为先进航空发动机短舱声衬设计提供了理论依据。

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不同来流条件下五孔探针头部型线的参数化研究

阚晓旭, 锁立城, 钟兢军

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3919-3929.

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五孔气动探针因其便捷可靠的特性在舰船燃气轮机测量中得到广泛应用。本文通过参数化探针头部型线，利用数值计算分析不同形状探针头部对流场的影响，旨在设计出适用于亚、跨、超声速条件下的探针。研究结果表明，通过调整参数化方程的参数x_h、D 和q，可根据需求生成多样化的探针头部形状；通过探针头部的激波函数可见，在亚、跨声速中探针头部越靠近半圆形对流场影响越小，而在超声速中正好相反；通过近壁面气动参数分布可以看出Probe02 探针的总压和马赫数整体突变幅度最小，对近壁面流场的影响最小；通过五个测压孔计算出的Probe02 探针马赫数与真实来流相比，在亚声速下测量误差约为1.03%，在跨声速过程中测量误差约为1.47%，在超声速下测量误差约为5.15%。综合考虑不同来流条件下的兼容性，Probe02探针为较优测量方案。

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几何偏差对低压涡轮裕度影响的不确定性分析

王小京, 陈昊, 江启峰, 邹正平

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3930-3937.

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随机几何偏差导致低压涡轮的气动性能呈现较强的分散性，这种影响在高负荷条件下进一步加剧。本文在不同负荷水平和攻角条件下，对几何偏差对涡轮叶片吸力侧边界层分离的影响进行了对比分析，并量化了几何偏差对失速裕度的不确定性影响规律。研究中，通过将叶片失速状态简化为二分类问题，并结合主动迁移学习策略，大幅提升了量化效率，有效降低了样本需求。结果表明，几何偏差导致涡轮裕度随机分散，显著缩小实际可用的高效工作范围，增大叶片失速风险，在实际气动设计中应予以充分重视。

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周向畸变对压气机涡结构影响与失稳触发机制

闫建东, 潘天宇, 宋勇, 何国忠, 李秋实

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3938-3951.

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本文分析采用了多小波空间模态分解、动态模态分解方法和Liutex 涡识别技术等方法对跨音转子在周向畸变下的涡结构演化与失稳触发机制进行了深入研究，识别到失稳相关的涡结构分别是：起始于叶尖间隙的泄漏涡与起始于吸力面前缘的分离涡。失稳触发事件被认定为：压缩系统以0.24 倍转子通过频率旋转的低阶空间模态。该空间模态以第1 阶波数占主导。前缘分离涡最先受到该空间模态的影响，不同通道内的前缘分离涡结构分布受该空间模态分布的影响，在该空间模态相位对应的周向位置通道内前缘分离涡强度在每个空间模态旋转周期中不断增强。最终，在前缘分离涡与叶尖泄漏涡的合并涡结构作用下形成旋转失速团，整个压气机进入失速状态。

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基于深度学习的数据驱动气膜冷却预测方法

柳翊, 崔浩, 李雪英, 任静

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3952-3960.

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气冷涡轮叶片的全三维耦合传热分析面临精度和效率的双重挑战。本文基于实验和数值方法构建二维气膜冷却数据集，采用深度卷积条件生成对抗网络(DCCGAN) 搭建气膜有效度预测模型，实现了单孔气膜冷效的快速预测。本文将预测模型应用于涡轮叶片表面的气膜冷效预测，发展了数据驱动的气冷涡轮叶片三维传热分析方法。结果表明，该预测方法能够将叶片三维计算的平均相对误差降低至3.1%，计算时间缩短57.2%，实现在计算精度与效率上的共同提升。

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压气机叶栅开放式间隙泄漏流PIV 实验研究

张港铎, 朱铭敏, 贺兆宇, 袁一曦, 何潇, 蒋红梅, 滕金芳

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3961-3969.

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为探究小核心机压气机叶栅开放间隙环境下的泄漏流流动机理，为开放间隙下泄漏流的高精度数值模拟方法提供可靠校准数据，使用粒子图像测速技术(PIV) 对带叶尖间隙的压气机叶栅进行实验研究。实验在低湍流度高速风洞中进行，使用单相机对流场进行拍摄，在不同来流马赫数下进行了技术验证，经实验测量与数据处理得到间隙内平面上时均二维速度分布。实验结果表明，当前实验环境下PIV 技术能够测量得到开放式叶尖间隙内部流场细节，捕捉到泄漏流、尾迹、吸力面尾缘分离等复杂流动现象，有助于进一步加深小核心机间隙内部流动机理认识，为在叶轮机械环境下进行应用提供PIV 实验研究范式。

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跨临界CO₂ 离心压缩机叶轮形式对性能影响的研究

高心怡, 宫武旗, 王凯欣, 刘哲

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3970-3978.

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离心压缩机作为大容量CO₂ 热泵系统中的核心部件，对系统性能起着重要作用。本文采用数值计算方法对跨临界CO₂热泵离心压缩机半开式和闭式两种形式叶轮特性开展研究，分别研究了叶顶间隙泄漏特性及轮盖泄漏特性。研究表明，与半开式离心叶轮相比，闭式叶轮离心压缩机性能更好，额定工况下其等熵效率达到85.34%，压比达到1.97；闭式叶轮压缩机的稳定运行工况范围有左移趋势，其原因是轮盖外侧间隙泄漏流回流，减小了压缩机有效流量，导致压缩机失速和堵塞流量均减小；提出适用于CO₂ 介质的叶轮轮盖迷宫密封特性预测公式，预测值与数值计算值之间偏差小于5.0%。

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无导叶对转空气涡轮火箭发动机性能仿真与设计研究

赵庆军, 赵巍, 项效镕, 胡斌, 刘宾宾, 雒伟伟, 徐建中

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3979-3984.

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针对无导叶对转空气涡轮火箭发动机(Air Turbo Rocket，ATR) 热力循环优化和部件匹配问题，采用吉布斯最小自由能原理求解工质化学平衡及其组分，建立考虑工质组分和物性变化的发动机热力循环模型，提出发动机在地面设计点压气机压比和涡轮膨胀比设计依据。提出利用上游转子转速、级间总温和总压的下游转子进口相似条件确定方法，采用高低压组合折合转速线建立无导叶对转压气机和对转涡轮特性图，建立发动机基于该特性图的变工况部件匹配流程，获得发动机飞行包线内典型工作点推力、比冲特性，指出该发动机在加速飞行阶段具有推力衰减小和在巡航飞行阶段能够实现高比冲的优点。通过发动机组成部件重量占比分析，指出了无导叶对转压气机能够实现发动机推重比提高15%∼20%。

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涡轮叶片鳃区中部大小孔冷却与损失机理

李年强, 李国庆, 白晓晖, 刘佳林, 卢新根

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3985-3994.

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针对涡轮叶片鳃区气膜出流易脱离壁面问题，提出了一种新型大小孔抗涡结构，基于跨声速HS1A 型高压涡轮叶片，采用数值模拟分析大小孔与圆柱孔冷却特性和掺混损失机理。本研究大小孔中大孔开孔面积是小孔4 倍、质量流量是小孔3 倍，小孔出口速度大于大孔。结果表明，大小孔通过孔之间的干涉，能够抑制肾形涡发展。在M=0.4 时，大小孔相比圆柱孔面平均绝热冷却提高约24%，冷却均匀性提高约37.6%，热流密度净收益(NHFR) 提升约54.2%，大小孔具有优异的综合冷却特性。此外，大小孔中小孔与大孔出流掺混，导致总掺混损失一定程度的增加。整体上，大小孔结构有助于改善涡轮叶片鳃区气膜冷却特性。

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基于Transformer 与强化学习的叶片与机匣处理一体化优化设计

范忠岗, 吴跃腾, 巴顿, 王阳阳, 张敏, 杜娟

工程热物理学报. 2025, 46(12): 3995-4004.

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针对一台低速轴流压气机搭建了基于Transformer 和强化学习的叶片与机匣处理一体化优化设计平台，综合考虑稳定裕度和效率，智能体在与环境交互过程中不断改进策略，最终在峰值效率不降的情况下获得稳定裕度拓宽13.1% 的设计。针对最优方案，开展了气动性能的分析，研究发现叶片与机匣处理一体化设计后，叶顶区域流场堵塞明显降低，推迟了主流与泄漏流交界面的溢出。同时二次泄漏流诱发的熵产损失明显降低，抵消了机匣处理的施加对效率的负面影响。

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跨声速涡轮叶栅损失分解方法对比研究

魏巍, 李雪松, 李艳, 李宇红

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4005-4014.

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针对跨声速涡轮叶栅流场损失分解问题，采用能量损失系数和功率损失方法将雷诺平均方法(RANS) 模拟的跨声速涡轮叶栅流场损失定量分解为叶片边界层层流损失、湍流损失、激波损失和尾缘后尾迹掺混损失，并对比了两种方法在损失表征和损失分解上的特征。研究结果表明：损失功率法具有损失可累加性，识别出涡轮叶栅尾缘燕尾激波与尾迹相互作用产生的高损失区域，在损失的定量和定性分析上具有优势。损失分解结果表明本文涡轮叶栅激波损失达到总损失的8.6%∼19.4%。基于功率损失和能量损失系数的两种损失分解方法各有所长，值得互相借鉴。

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离心压气机叶片扩压器失速先兆与深度失速特性的数值研究

赵阳, 赵天昊, 席光

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4015-4024.

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为了深入探究离心压气机叶片式扩压器失速产生与发展的流动机理，本文采用整周全通道三维数值计算方法阐释扩压器失速先兆与扩压器深度失速的动态特征。首先，本文研究了临界失速点扩压器失速扰动动态发展过程，发现蜗舌位置处扩压器流道角涡分离引发扩压器旋转失速，失速扰动占据2∼3 个扩压器流道，静压扰动呈现周向小尺度的特征，并分析了失速团周向传递的流动机理；其次，阐述了深度失速状态下失速团的动态发展过程，发现失速团存在产生、融合与消失的过程，失速团数量在1∼3 之间动态变化。

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粗糙元/振动对低Re 数压气机叶栅边界层转捩影响的高精度数值研究

王志恒, 席光, 凌伟豪, 黄文林, 高松

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4025-4035.

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针对低Re 数压气机叶栅在粗糙元/振动下的流动边界层转捩问题，本文采用基于谱元法的直接数值模拟求解器，由嵌入边界法解析粗糙元或粗糙面，并通过随体坐标系引入振动造成的体积力，研究了具有顺压–逆压梯度和局部三维粗糙面的平板边界层转捩，以及布置有随机圆柱阵列及其与叶片法向振动耦合的叶栅吸力面的转捩流动，获得了粗糙面的不同有效斜率、偏度及流向布置位置对粗糙面附近的阻力特性及下游转捩区域内的流动特性的影响，揭示了压气机叶栅吸力面边界层转捩特性及机理。研究结果表明，粗糙元分布在叶栅吸力面的顺压段和逆压段引起的流动转捩机制不同。在振动耦合作用下，振动使得吸力面边界层变薄、高流动损失区域范围减小，在湍流楔外围区域涡量控制方程中的法向旋涡倾斜项在流向涡的生成中起到主要贡献作用。

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水泵水轮机驼峰区非定常流动特性研究

梁澳, 张文武, 姚志峰, 王福军

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4036-4042.

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为了研究水泵水轮机驼峰区内非定常流动特性，基于SST k-ω 湍流模型，对19 mm 活动导叶开度的水泵水轮机模型进行了非定常数值模拟，分析了不同过流区域的水力损失并研究了驼峰区工况下转轮与导叶区的压力脉动特性与不稳定流动特性，结果表明：0.90Q_BEP 工况下，转轮进口靠近下环侧出现大范围旋涡，导致机组总水力损失急剧增大，成为驼峰区形成的主要影响因素。驼峰区工况下，转轮内压力脉动频率主要包括转频fn 及其倍频、动静干涉频率20f_n；活动导叶内频率主要包括动静干涉频率7f_n 和旋转失速频率0.1f_n、0.15f_n。随着流量的减小，活动导叶出口的回流逐渐向导叶进口延伸，导致转轮出口水流受到挤压，影响了转轮内部的流态。

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百米级风电叶片弯扭耦合设计过程中的气弹失稳现象研究

周乐, 沈昕, 马璐, 王速, 李逸佳, 欧阳华, 杜朝辉

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4043-4050.

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以IEA-15 MW 风力机为对象研究了叶片主梁碳纤维非对称铺层设计对叶片结构特性的影响，并对弯扭耦合设计后风力机的气弹失稳现象进行了讨论。结果表明，随着碳纤维偏轴角度的增加，叶片的挥舞和拉伸刚度显著下降且弯扭耦合因子呈现出先增后减的变化趋势，当碳纤维偏轴角度为25° 时，叶片具有最佳的弯扭耦合效果。由于非对称铺层设计降低了叶片的挥舞刚度，使得挥舞方向上气动力对叶片的做功显著增加，因此具有25° 偏轴角的非对称铺层叶片在风力机的额定工况点处发生了明显的气弹失稳。

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近尾缘展向障碍物非定常空化抑制机理

王璐, 王鹏忠, 黄滨, 武鹏, 吴大转

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4051-4058.

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空化现象是制约水力机械稳定运行的重要因素，有效的空化抑制手段对于水力机械的安全运行有重要意义。本研究针对近尾缘展向障碍物的空化抑制方法开展研究，基于安装近尾缘展向障碍物的NACA66 水翼和NACA63820 水翼的空化流动数值模拟结果，使用拉格朗日拟序结构(Lagrangian coherent structures，LCSs) 提取空化流场涡结构，揭示近尾缘展向障碍物抑制非定常空化发展的机理，并通过实验验证该方法的有效性。结果表明：近尾缘展向障碍物的存在诱发了障碍物下游到水翼尾缘的完整涡结构，从而改变了流体流经水翼的路径并抑制了水翼前缘的流动分离，最终有效控制了水翼表面非定常空化的发展。

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风热机组高效能量转化与关键技术综述

孙香宇, 钟晓晖, 李庆安, 徐建中

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4059-4074.

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风热机组由风力机子系统和热泵子系统通过传动链连接，作为一种新型风能制热方式，只需经历风能→ 机械能→ 热能的能量转换过程，凭借其能量转化环节少、能量转化效率高的优势获得越来越多的关注。考虑到前端能量的波动性输入和负载端相应的迟滞性，为揭示风热机组能量转化路径，提高能量转化效率，众多学者从风热机组高精度性能仿真、关键部件优化设计、高效控制策略、样机实验与应用分析等不同角度展开研究。上述研究内容为保障风热机组高效高可靠低成本运行和整机优化设计提供理论基础和科学依据，对于拓展风能消纳利用和清洁供暖具有重要的科学意义和工程应用前景。

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漂浮式风电机组物理数值耦合模型风洞试验方法研究

张攀, 张海瑞, 罗添校, 李志勋, 武广兴

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4075-7086.

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漂浮式风电机组(FOWTs) 的动力响应特性对其安全性、稳定性和效率至关重要。模型试验是验证FOWTs 设计性能的重要手段，但传统全物理模型试验在缩尺条件下存在气动力与水动力不适配的问题。本文研发了一套风轮气动力实时测量与浮体水动力及运动响应实时计算的物理风轮-数值浮体耦合模型风洞试验系统，通过缩尺补偿实现了气动力与水动力的协调，提出了基于叶片表面压力的风轮动态气动力测量方法，解决了传统天平测力方法无法准确剥离惯性力的问题。通过与OpenFAST正常运行工况计算结果对比，验证了试验系统的准确性。

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基于自适应弹片实现垂直轴风力机在极端阵风下的流动控制研究

潘雨润, 缪维跑, 李春, 张强, 刘珂, 岳敏楠

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4087-4095.

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垂直轴风力机受极端阵风影响，导致其气动性能较之稳态风显著下降。基于鸟类飞行时羽翼自适应抬落以减缓流动分离程度的特点，将自适应弹片安装于垂直轴风力机叶片吸力面尾缘，由自编译程序构建阵风模型，通过计算流体力学方法研究安装自适应弹片后，垂直轴风力机分别在稳态风与极端阵风下的气动性能。结果表明：安装自适应弹片可有效实现垂直轴风力机在极端阵风下的流动控制，能量系数与转矩系数均增加，表现为整机气动性能提升；自适应弹片通过将叶片表面流动分离区分割为多个小尺度涡，促进流体再附着以减缓流动分离程度。

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太阳能光热电耦合制氢：材料开发与系统集成

张晋杰, 关祥久, 丁雅妮, 项骏锋, 郭烈锦

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4096-4109.

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太阳能驱动水/海水分解制氢技术是实现碳中和目标的重要路径，然而单一光催化等技术路径受限于光谱利用不足、能量转化效率低及海水复杂组分干扰等问题，难以满足规模化制氢的应用需求。本文系统梳理了光催化、光热催化、光伏电解等太阳能制氢技术的基本原理及性能优化策略；从材料开发、器件设计、系统集成等层面分析了光热电耦合分解水/海水体系中宽光谱吸收、局域热场优化及器件一体化设计的协同作用机制；并探讨了海水制氢体系抗腐蚀催化材料设计、界面工程优化及反应路径调控等策略，对太阳能驱动海水制氢技术的未来发展趋势、技术挑战及应用前景进行了展望。

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基于光热电耦合利用的全光谱驱动CO₂ 还原制化学品系统设计研究

吴俊翔, 刘亚, 王峰, 郭烈锦

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4110-4115.

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太阳能驱动的CO₂ 还原制化学品技术能够在实现碳排放资源化回收利用的同时，实现太阳能的稳定存储，是实现国家“双碳目标” 的绿色负碳技术。然而传统单一光热化学、光电化学、光催化CO₂ 还原技术路线对太阳能不同波段能量的利用各有侧重，难以实现全光谱的高效转化利用。本文提出了在聚光太阳能驱动的光热/光电转化模块耦合系统的基础上，将热能传递给光电化学模块促进CO₂ 高效转化的太阳能全光谱利用新机制。通过多物理场仿真软件对该系统进行光热耦合计算，得出其光场、温度场、流场分布特点及其工作特征，在30 倍聚光条件下其热产出效率可达80%。经室外实测，相比传统光伏/电解路线，引入光热电耦合后，CO₂ 还原产物CO 的法拉第效率由90% 提升至95% 以上且稳定性良好，CO 日产量可达26.31 L。

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人工智能在储能技术中的应用进展

尹钊, 徐玉杰, 张华良, 徐德厚, 魏路, 冷至益, 叶佳, 赵新宇, 史卓群, 柴星仔, 孙宝座, 陈海生

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4116-4140.

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储能技术在推进可再生能源发展、加速碳达峰与碳中和、提升电力系统质量等方面具有重要作用。在此背景下，人工智能(AI) 为应对复杂多变的电力供需场景提供了有力支撑，推动储能技术向着高效、经济、可靠与环保的方向发展。本文首先从算法(智能预测、智能优化与智能决策)、任务(预测式AI、生成式AI、计算机视觉、具身AI 与智能体) 以及规模(小模型与模型) 等多个维度对人工智能进行分类，并结合案例进行阐述。随后，围绕人工智能在储能技术全生命周期中的应用展开介绍，涵盖设计分析、试验研究、制造建设、运行控制、故障诊断及退役回收等环节。进而，提出未来发展方向，并系统总结人工智能在储能领域中的应用体系。通过上述研究，旨在推动“AI+ 储能” 朝着更全面、有序和深度融合的方向发展。

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热泵技术重构多尺度低碳热能体系

吕昊天, 董益秀, 王如竹

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4141-4156.

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热泵作为一种高效的制冷和供热设备，在全球能源系统低碳转型中发挥着核心作用。本文系统回顾了热泵技术从早期制冷向现代高温工业应用的演进，分析其在住宅、商业与工业领域的应用及性能特征，揭示了热泵实现冷热联供与跨尺度能量集成的潜力。研究指出当前热泵发展面临三大主要挑战，包括高温供热能力受限、环保工质替代、复杂负荷匹配与控制以及经济性挑战等问题。文中讨论了第五代区域供冷供热(5GDHC)、储能集成与卡诺电池等前沿策略，基于这些策略的新型集成模式能够显著提升一次能源利用效率，降低系统运行成本，并大幅减少工业过程中的温室气体排放。最后，本文强调技术创新、政策优化与多方协作的重要性，以推动热泵技术广泛应用，助力碳中和与可持续能源体系建设。

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极端热流热防护发汗冷却技术研究进展及展望

杜燊, 李冬, 何雅玲

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4157-4166.

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发汗冷却技术效率高、所需冷却工质少的优良特性，使其在极端热流热防护领域具有良好的应用潜力，可以成为高超声速可重复使用飞行器执行长航时、高频次空天运载的热防护技术重要安全保障。基于作者团队在发汗冷却领域的长期探索，本文围绕发汗冷却技术的机理和应用研究展开。首先，梳理了发汗冷却流动传热特性的实验研究，回顾了多孔材料物性表征和冷却性能实验研究成果；其次，对比了发汗冷却过程中多孔介质内两相流传热模型差异，探讨了内外场跨速域、跨尺度耦合算法的开发进展；再次，归纳了发汗冷却技术的应用方案，从结构布局优化和系统调控技术两个方面综述了发汗冷却系统的新型设计策略；最后，对发汗冷却技术的发展前景进行了展望。

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燃烧室–涡轮一体化湍流相干结构模态特性研究

王天壹, 宣益民

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4167-4178.

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燃烧室–涡轮一体化流场中存在大量重复出现的、具有空间或时间相关性的有序运动模式，称为湍流相干结构，显著影响燃烧室燃烧稳定性与涡轮气动效率。本文通过高精度数值模拟结合多种模态分析方法，研究燃烧室–涡轮一体化流场的流动特性，揭示湍流相干结构的时空演化规律。研究结果表明，相较于本征正交分解(POD) 与动态模态分解(DMD)，谱正交分解(SPOD) 能更准确提取一体化流场湍流相干结构的幅频联合特性。模态分析发现，燃烧室出口主流区的流场脉动特性由旋流与掺混孔射流的相干结构叠加效应主导，而两侧壁面附近的非定常脉动则源于冷却气流与主流的掺混相干结构，二者模态特征呈现显著的空间异质性。本文的结论可为燃烧室涡轮一体化设计及可靠性分析提供支撑。

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冲压发动机碳氢燃料再生冷却研究进展

祝银海1, 2 田东峰1 程钰翔1 姜培学1

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4179-4211.

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冲压发动机是高超声速飞行器的主要动力形式，在飞行过程中发动机壁面承受极端热环境，必须采用再生冷却技术进行热防护。超临界压力碳氢燃料对流换热、热裂解与结焦是再生冷却技术的核心问题。本文综述了近年来国内外在超临界压力碳氢燃料对流换热、热裂解与结焦方面的研究进展。首先总结了碳氢燃料在圆管、矩形通道和旋转条件下的超临界对流换热规律及换热关联式，归纳了燃料热裂解的测量方法、反应机理及热裂解模型，全面总结了燃料结焦的规律、机理、模型及抑制方法，探讨分析了热裂解与结焦对换热的影响机制，初步阐述了再生冷却通道结构优化设计方法，文章最后提出了再生冷却的后续研究方向。本文可为发动机再生冷却系统的性能预测和优化设计提供理论支撑。

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歧管型环路热管强化传热实验研究

陈超伟, 柳洋, 陈岩, 欧登龙, 辛公明

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4212-4217.

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本文设计并制造了一种带有歧管蒸发器的新型环路热管，以及带有隔热块的平板型环路热管，并利用泡沫镍与泡沫铜制备了与这两种环路热管适配的具有复合孔隙率及导热系数的毛细芯。搭建了传热实验平台对两种环路热管的传热特性进行了表征。结果表明：歧管蒸发器设计可以显著地增强毛细芯的液体输运能力。与传统平板型环路热管相比其临界失效热负荷提升了100% 以上，同时环路热管热阻降低33.6% 和蒸发器底面最大温差降低16.4◦C。本研究可为环路热管的强化传热研究及其在航空航天、芯片热管理等领域的应用提供新方案。

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基于低压雾化技术的液态流出物空气载带排放特性研究

邓臻鹏, 闫锦东, 陈华, 王硕, 程文龙

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4218-4226.

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核工业后处理中产生的液态流出物通常采用空气载带技术进行排放，而加湿塔内液滴蒸发传热特性是影响空气载带效果及安全性的关键因素。本文建立了加湿塔内微雾液滴传热蒸发数值模型并搭建雾化加湿实验系统。雾化加湿系统采用自研低雾化喷嘴，通过对比出口空气温湿度仿真与实验结果验证了模型准确性。进一步基于该模型分析了不同参数下的液态流出物排放出口温湿度、加湿效率和加湿量。研究结果表明，喷嘴雾化所需供液压力小于1 MPa，雾化距离短且所产生液滴粒径小于25 µm。减小雾化液滴初始直径增大气液接触面积，进而显著增强排放性能，当液滴直径从100 µm 降至10 µm 时，加湿量提升了223.6%，液滴完全蒸发高度减小了98.8%。本文的研究结论对液态流出物空气载带排放系统设计提供了一定的参考价值。

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旋流液雾火焰在高温高压复杂燃烧条件下的形态演变规律研究

冯晓星, 殷盛铭, 杜辉, 高贤智, 王绍杰, 胡炜凡, 姚嘉欣, 王国情, 徐亮亮, 夏溪, 顾明明, 齐飞

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4227-4235.

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航空发动机火焰形态直接影响其燃烧效率、燃烧稳定性以及污染物排放。为研究真实工况下的中心分级旋流燃烧室火焰特性，本文基于OH* 化学自发光和OH-PLIF 光学诊断方法，在1.3 MPa、780 K 的进气条件下针对两种主燃级旋流数存在差异的燃烧器头部开展了热态试验，重点探讨了不同油气比及主燃级比例对火焰形态的影响。通过定义火焰张角、平均发光强度以及火焰重心高度等参数定量表征了火焰形态变化规律。对于纯预燃级火焰，两类头部构型所反映的规律接近，即油气比升高都会导致火焰张角增大，平均发光强度降低以及火焰重心下降，预燃级火焰反应强度增强，反应区逐步向上游移动。主燃级比例变化不仅改变了火焰高度和发光强度，还影响了火焰的径向扩张特征，显示喷嘴设计与运行工况共同作用对火焰形态的影响。研究结果为优化航空发动机燃烧室设计和提高燃烧效率提供了实验依据。

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连续爆轰不稳定性和工程应用研究进展综述

贺霄剑, 刘沛林, 孙琦, 张翔军, 侯玥辰, 马壮, 王健平

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4236-4251.

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与传统的基于爆燃的发动机相比，连续爆轰发动机具有宽速域、高热力循环效率、自增压、快速释热等优势，逐渐引起了全世界越来越广泛的关注，被认为是一种能进一步提高推进性能的新型空天动力，属于现阶段我国大力倡导发展的“新质生产力” 的范畴。本文简要综述了连续爆轰发动机常见的不稳定性现象和工程应用的研究现状、进展和不足，并针对不足提出了一些思考。本文中爆轰不稳定性包括多波现象、波分叉现象和纵向脉冲爆轰现象等；工程应用分为火箭式、冲压式和涡轮式连续爆轰发动机三种形式。

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喷雾燃烧过程建模技术研究进展

邹建锋, 赵梓婷, 郑耀, 谈高, 郝云飞, 孙佳琪, 孔令浩

工程热物理学报. 2025, 46(12): 4252-4269.

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液态燃料的喷雾蒸发和燃烧行为直接影响航空发动机的效率和污染物排放特性，发展高效高可靠的喷雾燃烧预测技术与工具对于低排放燃烧室的优化设计至关重要。本文系统综述了液态燃料喷雾燃烧的主流建模方法，重点聚焦于喷雾过程的建模技术进展。尽管液态燃料喷雾燃烧涉及湍流燃烧模型的应用，但由于该模型本身体系广泛、内容复杂，且受篇幅所限，未展开专门论述。本文详细分析了三类核心喷雾建模方法各自的优劣：1) 工程应用广泛的欧拉–拉格朗日法因其雾化模型普适性差且依赖实验调参，精度和实用性受限；2) 气液两相直接数值模拟虽能精确捕捉界面演化，但计算成本过高，仅适用于喷嘴近场初始失稳过程的机理研究；3) 多尺度混合建模中，基于近场DNS 的方法免于经验模型但需详细解析初次破碎过程，计算规模庞大难以工程应用；相比之下，基于全场LES 结合亚格子雾化模型(sub-grid scale (SGS) atomization model) 的方法，通过模化而非直接解析近场液丝/液滴生成过程，显著降低了网格分辨率的要求，为真实发动机燃烧室高雷诺数高韦伯数工况下的湍流雾化与喷雾燃烧模拟提供了可行性。当前预测模型普遍面临经验雾化子模型泛化能力弱、直接模拟资源需求过大以及跨尺度耦合机制不明晰等瓶颈。未来重点发展方向包括：1) 发展自适应网格与大规模并行计算技术，动态优化关键流场区域的分辨率，提升计算效率；2) 探索基于机器学习的雾化子模型构建方法，克服传统经验公式泛化能力差的劣势，高效学习高维参数下的复杂非线性关系；3) 深化亚格子雾化建模理论的可靠性研究，推进亚格子雾化模型的工程应用与验证。本文旨在为高性能低排放航空发动机燃烧室的设计优化提供理论参考与技术展望。

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