工程热物理学报

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马小峰, 姜培学, 祝银海

工程热物理学报. 2025, 46(2): 343-351.

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超临界CO₂ 布雷顿循环由于性能和紧凑度的优势在高超声速飞行器上具有良好的发展前景，而空天场景的特殊热环境给循环挑战。本文建立了一套超临界CO₂ 布雷顿循环模型并进行了验证，研究了布雷顿循环系统在热负荷激增以及热负荷和冷源复合扰动两种工况下的系统性能瞬态响应情况。动态仿真的结果表明，热负荷激增和冷源不足均会引起循环热力学性能的下降，工况叠加后甚至会导致控制器失效，这对部件的设计提出了更高要求。

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超流氦至液氦温区低温恒温系统高稳定性控温研究

孔祥杰, 刘思琦, 宋耀楠, 张海洋, 高波, PITRE Laurent

工程热物理学报. 2025, 46(2): 352-358.

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针对超流氦至液氦温区基准级热力学温度测量的高稳定低温环境需求，本文采用两级GM 制冷机预冷的闭式4He 节流蒸发制冷方式，搭建了2∼5 K 低温恒温系统，核心测量部件最低温度可达1.5 K，满足了最低工作温度的需求。开展了2∼5 K 温区直流控温和交流控温实验研究。结果表明，交流控温在2∼5 K 温区更具优势，初步实现了2∼5 K 温区优于40 μK 的控温稳定性，典型结果为25.5 μK@2 K，31.6 μK@3 K，16.2 μK@4 K，20.7 μK@5 K，本研究为开展低温恒温系统的进一步升级优化及2∼5 K 温区基准级热力学温度高准确度测量提供了先决条件。

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基于CRECK 的生物质高温热解动力学研究

邹旬, 刘冠男, 王同尧, 郭利, 张玉, 翟明

工程热物理学报. 2025, 46(2): 359-365.

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高温热解动力学模型的建立有助于将生物质转化为不含有焦油的高价值产品。在本文的研究中选取稻壳和秸秆作为研究对象，通过热重–质谱联用分析热解过程，使用非等温法计算了高温热解动力学参数。发现在高温时固体残留物中氧含量出现了二次快速下降，至900°C 后保持相对稳定。随后进一步改进了CRECK 生物质热解详细动力学模型。修正了高温条件下含氧固体转化机制，通过实验结果以及收集了大量文献中的实验数据验证了模型的准确性。

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动态草捆热泵干燥系统的理论分析与试验研究

李博, 苑亚, 胡亚强, 邱少鹏, 魏娟, 孙椰望, 杨鲁伟

工程热物理学报. 2025, 46(2): 366-374.

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为研究大草捆热风干燥特性及热泵干燥系统性能，对高含水率大草捆进行针刺预处理，利用热风干燥设备进行干燥试验，并提出了一种动态大草捆热泵干燥系统，基于试验结果和数学模型，对该系统进行热力学仿真分析。结果发现：在55°C、10% 热风工况下，均匀度约为51.1% 的苜蓿草捆干燥周期约为5.3 h、干燥速率约为11.5 kg·h⁻¹、热效率约为43.1%∼49.5%，热泵干燥单元除湿能耗比和干草捆处理量分别为4.65 kg·kW⁻¹·h⁻¹ 和7.67∼30.31 t·d⁻¹，其2 级热泵的制热效率分别为3.50和4.78。本文研究内容可为苜蓿草捆热泵干燥的应用提供理论依据和案例参考。

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平行流扁管三介质换热器性能实验研究

李晓林, 刘克函, 李东东, 张朋磊

工程热物理学报. 2025, 46(2): 375-383.

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三介质换热器结构紧凑，可实现三种介质同时直接换热，具有广阔的应用前景，但实验数据较为缺乏。本文搭建了基于平行流扁管的三介质换热器性能测试实验台，通过实验测试了其换热性能。结果表明：三介质换热器的换热性能主要与制冷剂、空气、水流量和三者之间温差相关；当蒸发器出口制冷剂过热时，增加制冷剂流量可显著提高换热量，但干度低于1 以后继续增加流量换热性能基本保持不变，制冷剂与水换热时，随着制冷剂流量从15.6 kg/h 增加到40.5 kg/h，换热量从817.3 W 逐渐增加，稳定在1100 W 左右；换热量随任意二者温差的增大而线性增加，随着风温从23.9°C 增加到30.0°C，总换热量从1037.6 W 增大到1307.4 W；且换热量随着风速、水流速的增加而增加。

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光热辅助碳捕集系统动态建模与特性分析

唐子寒, 吴啸, 沈炯

工程热物理学报. 2025, 46(2): 384-393.

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利用光热为溶剂再生供能是降低化学吸收碳捕集系统运行成本的有效方式，然而烟气和光照强度等因素的波动为系统运行带来挑战，需要分析光热辅助碳捕集系统的动态运行特性，为其稳定高效运行提供指导。为此，本文基于机理建模方法构建了光热辅助碳捕集系统的动态模型，并深入分析环境参数、烟气流量和系统内部操作参数变化下，整体系统的动态运行特性。基于分析结果设计了基于前馈–反馈的光热辅助碳捕集控制系统，为复杂工况下光热辅助碳捕集系统的灵活运行提供支撑。

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基于复合结构热电制冷器的微流体线性冷却

朱俊叶, 孙东方, 江斌, 高才, 周培, 唐景春, 叶斌

工程热物理学报. 2025, 46(2): 394-401.

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连续微流体的线性冷却可以提供精确降温速度，是细胞定向冷冻、冰核等研究的关键保障。本文介绍了一种具有线性温度梯度的复合结构热电制冷器的构建方法。所构建的热电制冷器不仅能够实现连续微流控系统的线性冷却，而且还具有更低的功耗。此外，复合结构热电制冷器的温度梯度在不同工作电流下都表现出良好的线性度，因此可以通过控制电流来调节其连续微流体的冷却速度。在电流和流速分别为3 A 和10 mm/s 时，复合结构热电制冷器可使微流体以10.5 K/s 的速度从298.7 K线性冷却到256.6 K。

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基于Sobol 指数的翼型动态失速优化全局敏感性分析

张强, 缪维跑, 刘青松, 李春, 岳敏楠, 张万福

工程热物理学报. 2025, 46(2): 402-409.

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翼型动态失速会在吸力面形成前缘失速涡导致气动力波动，严重影响风能捕获效率。气动形状优化提供了一种有效方法延缓翼型动态失速特性。然而，采用计算流体动力学(CFD) 模拟进行多次评估使得优化过程的计算成本很高。因此，本文提出了一种基于代理的优化(SBO) 技术，以减轻计算负担。通过对S809 风力机翼型的优化，验证了该框架的可行性。由于优化翼型厚度和前缘半径的增加，抑制了尾缘涡向前缘的发展。与基准翼型相比，优化后的翼型在一个振荡周期内的平均阻力系数和弯矩系数分别降低了23.91% 和17.62%，而升力系数并未减小。最后，利用Sobol 指数对设计变量进行全局敏感性分析，揭示了对翼型动态失速特性影响最大的几何参数及其相互作用。

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近零出力下汽轮机末级叶片颤振研究

朱秋良, 韩旭, 韩中合

工程热物理学报. 2025, 46(2): 410-416.

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低压缸零出力改造可以充分挖掘机组调峰能力，然而低压转子和内部工质摩擦会产生鼓风损失，末级流场极不稳定。基于国内外研究现状，以某300 MW 汽轮机末级叶栅为研究对象，数值计算得到了不同流量工况下汽轮机末级叶片振动特性规律。结果表明：近零出力工况在20% THA 处，随后末级进入鼓风工况，叶片升温速率加快；叶片的形变分布情况不随着流量的减小而发生较大的变化，动叶形变较大的区域位于叶片顶部出汽边缘处；随着流量的减小，由于叶片表面热应力增大的幅度大于压应力减小的幅度，导致动叶形变量随流量的减小而增大；近零出力工况下，动叶振动频率始终大于其共振频率，因此其不会发生共振。研究结果可为汽轮机零出力改造蒸汽流量设计提供参考。

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压气机性能的叶尖间隙敏感性分析方法研究

熊泽辉, 于贤君, 刘珂, 杨鹏飞, 刘宝杰

工程热物理学报. 2025, 46(2): 417-428.

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为了研究无量纲叶尖间隙定义方式对压气机性能影响评估结果的差异，以涵盖四种负荷系数、五种展弦比和五种不同大小间隙的单级亚音压气机数值数据库为研究基础，详细分析了不同无量纲叶尖间隙定义方式对转子尖部性能影响的差异，明确了对不同性能参数评估时更加合理的间隙无量纲定义方式。最后，采用非线性回归方法归纳了压气机性能影响的敏感性经验公式。结果表明：在分析压气机效率参数时应以转子叶高对间隙尺寸做无量纲，而在分析压升参数时应以转子弦长做无量纲。从各个设计参数的敏感性相对大小关系来看，间隙对性能敏感性的影响最大，其次是负荷系数，而展弦比对性能敏感性的影响最小。

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叶尖小翼周向参数对高负荷压气机级叶顶流动的影响

赵傲, 吴宛洋, 胡义, 钟兢军

工程热物理学报. 2025, 46(2): 429-437.

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通过在转子叶尖加装叶尖小翼可以减小泄漏流动对压气机失速带来的负面影响。本文研究了不同周向分布的叶尖小翼对高负荷压气机级性能和流场结构的影响，叶尖小翼通过削弱泄漏流的负轴向动量达到了减少泄漏流质量流量的目的，从而使泄漏涡的发展受到了抑制。对比分析后得到了叶尖小翼最佳的最宽位置，对于本文研究的高负荷压气机级，该位置约为25% 弦长处。随着叶尖小翼周向宽度的增大，其对泄漏流和流动损失的抑制作用也逐渐增大。最优方案可以使压气机级失速裕度提升29.18%，泄漏流质量流量减少7.66%

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某四级压气机过失速的彻体力模型模拟

季佳佳, 胡骏, 马帅, 黄臣, 徐昊天

工程热物理学报. 2025, 46(2): 438-444.

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压气机的过失速，即旋转失速和喘振对发动机的特性以及稳定性会产生不利影响，在设计过程中对其进行预测非常重要。本文发展了一个三维彻体力程序并结合一维集气箱模型用于压缩系统过失速动态过程的模拟，其中对彻体力源项所需的落后角及损失特性进行了扩展。对一台高速四级压气机在两个转速下进行了旋转失速与喘振的非定常计算，结果表明所建立的模型能快速预测压气机的过失速三维非定常特征。

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2 MW 风能热电联供机组建模及动态仿真分析

李彬晔, 曾嘉俊, 徐飞, 孙香宇, 钟晓晖, 石可重, 李庆安

工程热物理学报. 2025, 46(2): 445-450.

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风热机组是风能高效供热的主要形式之一，风热机组和风电机组的集成有利于风能的高效利用。根据典型热电联供机组运行模式，对2 MW 风能热电联供机组进行了仿真。通过与风热机组实验数据进行对比，在一定程度上验证了模型的准确性。通过分析机组参数的变化情况，得到风能热电联供机组扩大了风热机组的运行风区，拓宽了单台风电机组的功能，以热定电模式相比以电定热模式更能平抑风能波动。

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耦合交错肋的尾缘半劈缝非定常流动与冷却机理

贾乾坤, 杜巍, 罗磊, 闫晗

工程热物理学报. 2025, 46(2): 451-459.

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针对耦合交错肋通道的新型尾缘半劈缝模型，采用DES(Detached Eddy Simulation) 方法，探究了五种吹风比时交错肋诱导的偏转旋流对尾缘半劈缝掺混区非定常流动特征和气膜冷却效率的影响机制。结果显示：随着吹风比增加，壁面冷却效率呈现波动峰谷式分布，M = 1.25 时面平均冷却效率达到0.646。较高吹风比时旋流冷气主导尾缘下游的冷热掺混过程，展向截面出现大尺度反肾型涡对。此外，旋流射流诱导了下游旋转纵向涡的生成，影响了壁面高冷效气膜的分布范围。

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地面重型燃机外部抽气一维模块化动力学模型研究

陆瑶, 羌晓青, 孔庆国

工程热物理学报. 2025, 46(2): 460-466.

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二次空气系统是燃气轮机的重要组成部分之一，其可靠性和抽气性能对循环效率具有十分重要的影响。外部抽气管路从压气机不同部位抽出气体，通过旁路注入透平为其提供冷却，同时还承担着轴承室、透平盘的冷却及封严等职责。鉴于二次空气系统和主流之间的复杂相互作用，采用实际复杂管路模型进行三维仿真计算和方案优化成本太大。为了节约设计成本，本文提出了一种模块化二次空气系统分析方法，采用西门子AMEsim 一维管路模型，对燃气轮机外部抽气管路的流动特性、损失特性以及防喘放气时的响应特性分别进行了研究。结果表明，不同管路出口数量会对抽气损失有较大影响，另外阀门开度很大程度上决定了响应效果。

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基于深度学习和化学发光的旋流火焰锋面层析重建方法研究

刘国炎, 周毅, 段宇璇, 李健, 许传龙

工程热物理学报. 2025, 46(2): 467-474.

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实现航空发动机燃烧室内火焰锋面的实时准确测量对于燃烧器优化设计、燃烧过程优化具有重要意义。基于代数重建算法的化学发光层析技术(CTC) 可准确实现火焰锋面测量，但存在重建计算量大、耗时长的问题。本文提出了一种基于深度学习的旋流火焰锋面重建方法。首先搭建了紫外相机阵列CTC 系统，并利用联合代数重建算法(SART) 算法重建了不同工况下的三维旋流火焰锋面，进而构建了化学发光投影图像–火焰锋面数据集。在此基础上开展了基于卷积神经网络(CNN) 的三维旋流火焰锋面重建实验研究，并评价了CNN 网络模型的重建性能。结果表明：训练后的CNN 网络重建结果与SART 算法重建结果的结构相似度平均值为0.89，相关系数平均值为0.86，证实两种方法的重建结果具有较高的结构相似性；CNN 网络的火焰锋面重建时间为1.8 s，仅为SART 算法重建时间的1.9%。

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垂直螺旋管内超临界CO₂ 传热特性的数值研究

高思雨, 郝小红, 张森, 笪雄志

工程热物理学报. 2025, 46(2): 475-485.

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超临界CO₂ 传热对发电系统的设计和运行具有重要意义，其常应用于非均匀加热的情况下，例如对于S-CO₂ 锅炉的应用。本文通过半侧加热、半侧绝热的方式，在压力8∼15 MPa、进口温度305∼325 K、质量流量835.27∼2892.58 kg·m⁻²·s⁻¹的工况下，采用RNG k-ε 模型、伪瞬态对超临界CO₂在垂直螺旋管内的传热进行数值研究。进行了热流密度、质量流速、入口温度、压力、浮力以及流动加速度对传热系数的影响分析。研究结果显示，随着热流密度的增加，传热恶化程度加剧；增大质量流量可以显著提高传热系数。随着压力的增加，使流体的密度增加并且流体中的压力梯度更大，导致重力和剪切力的作用增强，使Ri 数减小。最后，为了准确预测半侧加热条件下垂直螺旋管内超临界CO₂ 的传热情况，提出了一个新的传热关联式。

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弧形变截面微通道内颗粒富集的实验研究

董骅, 黄龙润, 范亮亮, 赵亮

工程热物理学报. 2025, 46(2): 486-490.

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微通道内的微颗粒高效富集在生物医学等领域有着重要的应用价值，如对血液中的目标细胞进行高效富集，有助于提高微流控芯片技术检测的准确度。弧形微通道因其能够引发迪安拖曳力，是实现微颗粒运动操控的一种有效方式。弧形微通道牛顿流体中，微颗粒主要受到惯性升力和迪安拖曳力的共同作用而富集在弧形微通道中的特定平衡位置。有效调控微颗粒在微通道中的富集位置，对于后续的高效精确检测有着重要的意义。本文通过在弧形微通道中引入一系列的尖角微结构，改变颗粒在微通道中的受力，最终实现对颗粒富集位置的有效调控。研究发现尖角结构位置及流动参数对颗粒的平衡位置有着重要的影响，颗粒的平衡位置会向尖角结构侧偏离。

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高速旋转粒化器表面相变流体的流动换热特性

吕义文, 代茂林, 朱恂, 吴君军, 王宏, 丁玉栋, 程旻, 廖强

工程热物理学报. 2025, 46(2): 491-499.

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离心粒化余热回收技术是最有前景的高温液态熔渣处理技术，而熔渣在粒化器表面上的流动换热是影响粒化质量的主要因素之一。为揭示相变工质在粒化器表面的流动换热规律，本文采用与熔渣具有相似特性的松香石蜡混合液为实验工质，借助红外热像仪捕捉液膜温度分布，获得了液膜的流动特征；采用过孔径滑环热电偶解决了高速旋转粒化器的温度测量难题，明晰了粒化器温度演变过程以及粒化器与液膜传热系数的动态特征。研究表明液膜在粒化器表面的运动轨迹为螺旋线。在粒化器底面与侧面交界处的液膜表面温度以及粒化器内壁温度同时达到最低值，在粒化器边缘处时二者温差达到最大。粒化器与液膜之间的平均对流换热系数为48∼360 W·m⁻²·K⁻¹。此外，本文首次实验证实了相变工质在粒化器表面凝固成壳后的重熔现象，这对高温熔渣的离心粒化特性研究具有重要意义。

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多孔骨架内非平衡相间传质特性研究

王思佳, 蒋兰兰, 宋永臣, 饶中浩

工程热物理学报. 2025, 46(2): 500-504.

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气–液相间扩散传输与对流混合等传热传质行为广泛存在于相变储能、储氢或地质碳封存等过程，而多孔骨架内多组分流体相间扩散系数与对流混合速度的预测，及传质强化机制仍存在困难。本文探究了多孔骨架内气–液相间扩散-对流传质特性。考虑注入溶液的弥散性带来的影响改进了工作方程，发现两种线性分子气体在水相溶液的扩散系数差异取决于溶质的有效尺寸。温度是影响气液相间扩散的主导因素，扩散系数几乎与压力无关，这与溶剂的低压缩性一致。进一步通过核磁信号表征了对流溶解的四个发展历程，发现对流溶解速率相较于扩散溶解速率高出1∼2 个数量级。

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并联矩形窄缝通道及其肿胀条件下的流量分配特性试验研究

王腾, 毕勤成, 霍福强, 刘璐, 董新宇

工程热物理学报. 2025, 46(2): 505-512.

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本文对肿胀变形条件下并联矩形窄缝双通道内的流量分配特性进行了试验研究，试验参数覆盖了板状燃料堆芯的实际运行工况，压力为10∼16 MPa。依据热平衡法和压差法，得到了肿胀变形条件下的流量分配数据，结果表明流量分配的影响区间分为单相控制区和两相控制区，肿胀通道的流量偏差在两相控制区超过了20%，远远高于板状燃料组件设计的安全阈值；同时，质量流速的降低、热流密度的增大和系统压力的减小均会使流量分配趋向恶化。

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生物质颗粒超临界水气化孔结构演变特性研究

王翠, 金辉

工程热物理学报. 2025, 46(2): 513-519.

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超临界水气化技术可实现生物质废弃物的资源化利用，由于超临界水具有独特的物性，颗粒孔结构形成及演变特性与常规状态有所不同，其极大地影响颗粒在超临界水中的流动传热化学反应，因此探究孔结构演变至关重要。本文首先基于间歇反应器开展生物质气化实验研究，其次对获得的固体颗粒孔结构特性进行全面表征，通过分析不同条件下颗粒孔结构特性获得了孔结构形成与演变规律。研究发现气化后颗粒孔容相较原料扩大了约57 倍，比表面积扩大约86 倍。

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纳米流体强化下封头CHF 的数值模拟研究

冯敏娜, 张雷, 杨雨馨, 毕胜山

工程热物理学报. 2025, 46(2): 520-526.

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本文引入了纳米流体热物性和纳米颗粒沉积对汽化核心密度和气泡脱离直径的影响，改进了壁面沸腾模型，开展了纳米流体强化下封头CHF 的数值模拟研究。计算了不同工况下的CHF，与实验数据相比偏差不超过16.9%，验证了本文建立的模型的可靠性。通过数值模拟和使用标准回归系数方法，探究了入口流速、入口过冷度、出口压力、纳米流体浓度和流道宽度等热工参数对纳米流体强化下封头CHF 的影响。结果发现，入口过冷度和入口流速的影响较大，纳米颗粒浓度和流道宽度对CHF影响很小。

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环境风耦合下复合抛物面聚光光伏系统性能模拟

徐世杰, 吴双应, 肖兰, 陈志莉

工程热物理学报. 2025, 46(2): 527-533.

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通过建立光–热–电–环境耦合模型和提出计算电效率的区域离散积分方法，采用蒙特卡洛射线追踪法研究了倾角(θ) 对复合抛物面聚光光伏(CPC-PV) 系统光学性能的影响，并耦合有限体积法研究了θ 和环境风向角(α) 对CPC-PV 系统热电性能的影响。结果表明，在θ 变化范围内，系统的光学效率稳定，平均光学效率为0.92，但辐照分布的均匀性随θ 的增大快速下降。存在环境风时，相同θ 下随着α 增大，晶硅电池层的平均温度和温度分布的均匀性(ζ_SC) 均表现出非单调的变化趋势，在相同α 下随着θ 的增大，ζ_SC 急剧下降。本研究提出的区域离散积分法考虑了阴影区域和非均匀温度分布对电性能的影响，使用本方法计算的瞬时电效率与平均温度法的最大差异为11.01%。

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非均匀光照下太阳能热电发电系统实验研究

龙英平, 殷二帅, 李强, 杨树

工程热物理学报. 2025, 46(2): 534-538.

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由高倍聚光引起的非均匀光照对太阳能热电系统性能有着较大的影响，但相关研究仅停留在理论阶段。本文建立了聚光太阳能热电系统的实验装置，测试了不同光照均匀度下太阳能热电系统的性能，研究了辐照均匀度、器件结构和冷却方式对非均匀辐照运行的系统性能的影响。研究发现：随着辐照均匀度的增大，系统性能先增大后减小，系统在辐照均匀度为41.5% 时获得了最高1.503% 的发电效率，与辐照均匀度为92.4% 时的系统相比，效率提升了3.6%。热电结构和冷却方式不会改变辐照均匀度对太阳能热电系统的影响。当采用水冷冷却时，与风冷相比，在相同辐照均匀度条件下，热电器件温差可增长10°C，太阳能热电系统发电效率提升约0.1%。

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纳米通道内毛细流动下的沸腾传热机理研究

孟胜男, 龚晗, 马晓腾, 崔峥

工程热物理学报. 2025, 46(2): 539-545.

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在高热流密度电子器件散热领域，被动式微通道散热技术具有高稳定性和低能耗的优势，其中相变过程带来了极高的传热效率。为了探究毛细微通道内的相变传热机理，本文利用分子动力学方法探究了液体在纳米通道内毛细流动下的气泡动力学行为及其影响因素。研究发现，较高的加热温度会加快气泡成核和生长。在相同的加热温度下，随着润湿性的增强，通道内液体从纯流动现象，到发生核态沸腾，乃至出现“烧干” 现象。润湿性的增强有利于气泡的成核和生长，提高了传热性能，但其对液体流动造成了先促进后抑制的非线性影响。此外，发现气泡的产生会大幅增强传热效率。本研究对于完善纳米通道内毛细流动下的被动式相变传热机理具有重要意义。

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均热板注液抽真空工艺优化研究

沈禹同, 贾力, 王宙, 卢红岭

工程热物理学报. 2025, 46(2): 546-552.

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精确控制注液量对于优化均热板的传热性能至关重要。本研究着眼于提升均热板的充液和真空处理工艺，对比分析抽真空注液与注液抽真空两种充液方式存在的技术挑战，通过实验探究工质在不同充液率下的损失机制，结果表明在低温条件下抽真空可以有效降低因汽化导致的工质损失量，当充液率为140% 时，工质损失量可以减少14%。此外，根据各种充液率下工质损失的具体形式和数量差异，本文提出了一种二次注液策略，与一次注液抽真空的方法相结合进行工质补充，实现了在高充液率下精确控制工质注入量。

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热渗透能量转换系统传热–传质减阻研究

张一帆, 李骥, 张子康, 谭余波, 刘志春, 刘伟

工程热物理学报. 2025, 46(2): 553-556.

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本文将高导热材料添加到供液腔中以降低传热阻力，并对工质脱气来降低跨膜传质阻力。这些措施显著提高了热渗透能量转换系统的效率，单级TOEC 系统的实验水通量达到56.69 L·m⁻²·h⁻¹。本文还建立了预测系统性能的理论计算模型，结果表明：34 级系统在加热和冷却温度分别为80°C 和40°C 时的峰值运行效率为4.03%，相应的功率密度为27.56 W·m⁻²。本研究为提升TOEC 系统的效率提供了一种行之有效的方法。

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超高热通量下仿生蜂窝状表面的沸腾传热特性

徐谋, 罗佳利, 莫冬传, 吕树申

工程热物理学报. 2025, 46(2): 557-563.

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本文采用电沉积法制备了不同厚度的多尺度仿生蜂窝状多孔表面，并对材料的微观形貌、流动特性以及池沸腾性能进行了表征和测试。结果表明，该结构在吸液过程中液体优先经过孔壁，再从底部至顶部润湿蜂窝孔，Sample #T1000 厚度较大且孔壁面积比高，具有更优异的毛细能力。此外，Sample #T500 厚度较薄，在低热流密度范围过热度较低，而Sample #T1000则具有较高的临界热流密度(CHF)。由于具有大量的成核位点，结合结构优异的流动特性以及天然的气液通道分离特性，在过热度为53 K 的情况下Sample #T1000 的CHF 可达到700 W·cm⁻²。

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孔隙构型及表面处理对毛细芯性能的影响

毛浙寅, 李金旺, 陈琪

工程热物理学报. 2025, 46(2): 564-574.

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毛细芯是热管的核心部件，对热管的性能有着重要的影响。本文结合平行槽道毛细芯和金属丝网毛细芯的特点，设计不同构型、不同孔隙大小的毛细芯，采用3D 打印的方法制备了试样，通过实验研究了毛细芯的导热性能以及对毛细芯进行亲水改性表面处理前后的毛细抽吸性能，研究结果表明：矩形与三角形截面等非圆孔隙截面毛细芯可以获得更低的摩擦系数。毛细芯有效导热系数随温度的上升先增大后减小，并随孔隙率的增大而减小。毛细抽吸性能试验中初始抽吸速度随孔隙的增大而增大，圆形截面孔隙毛细芯的毛细抽吸性能参数最好，三角形截面孔隙毛细芯的毛细抽吸性能最差。经表面改性处理后毛细芯的性能得到提升，改性后以去离子水为工质的毛细抽吸性能提升180%∼285%，以无水乙醇为工质的毛细抽吸性能提升108%∼119%。

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凝结液膜厚度的一种激光干涉测量方法

苗玉祥, 常立民, 孙路易, 侯博, 王良璧

工程热物理学报. 2025, 46(2): 575-583.

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通过激光干涉法对竖直玻璃管内的凝结液膜厚度进行动态测量。结果表明，当加热功率较小时，液膜厚度随着管径的增大而增加，液膜的不稳定性随之增强；当加热功率逐渐增大时，液膜厚度随之先增加后减小。管径比较小时，液膜厚度随着加热功率的增大逐渐变厚，波动的幅度也随之增大；管径比较大时，液膜厚度随着加热功率的增大呈现先增加后减小的变化规律。此外，当加热功率和管径相同时，纯水的液膜厚度比自来水的液膜厚度要厚。

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喷墨打印薄膜表面墨滴铺展沉积特性研究

张梦森, 陈家润, 朱剑琴, 陶智, 邱璐

工程热物理学报. 2025, 46(2): 584-588.

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本文研究了纳米微粒液滴在喷墨薄膜表面的沉积特性，利用喷墨打印设备制造不同参数的氧化铝薄膜，讨论薄膜温度和厚度对墨滴铺展面积以及边缘质量的影响。结果表明，提高薄膜温度和厚度均能改善液滴沉积面积和边缘质量，圆度能够提高约28%，一种有效的提高打印质量的方法；增大薄膜厚度能够缩小液滴沉积面积，但是存在临界值导致面积不变；薄膜增厚策略对沉积面积的影响较小，会影响薄膜表面质量进而影响液滴沉积的边缘质量。

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横掠管束湍流流动标量混合实验研究

罗昀昊, 谢箫阳, 赵后剑, 李晓伟, 吴莘馨

工程热物理学报. 2025, 46(2): 589-595.

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高温气冷堆蒸汽发生器和中间换热器的传热管是一回路压力边界，其工作温度已接近高温合金的使用极限。温度均匀性对蒸汽发生器和中间换热器设计及安全可靠性具有重要影响，而螺旋管束对温度的混合效应会帮助展平温度不均匀性，标量混合系数(Pe) 是准确分析和预测管束内部温度不均匀性的前提。实验使用CO₂ 浓度混合代替温度混合，测量了不同雷诺数下横掠直管束和倾斜交叉管束流动的标量混合过程，获得了描述横掠管束流动的Pe 数。

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ZrB₂-SiC 陶瓷基复合材料常温红外辐射特性数值研究

谢奇, 毛新宇, 庄磊, 王红洁, 张虎

工程热物理学报. 2025, 46(2): 596-602.

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基于时域有限差分法计算了不同微观结构ZrB₂-SiC 陶瓷基复合材料的红外光谱特性，讨论了SiC 颗粒形状、体积分数以及材料厚度对复合材料发射率的影响，评估了SiC 颗粒形状和体积分数对材料红外隐身性能的影响规律。计算结果表明：添加SiC 颗粒的ZrB₂-SiC 复合材料总发射率比ZrB₂ 块材高，相比圆球和椭球形状SiC 颗粒，添加晶须形状SiC 的复合材料发射率较小，在10∼14 μm 波段发射率随SiC 体积分数的增加变化幅度较为剧烈，材料光谱发射率主要受其近表面材料微观结构的影响。SiC 颗粒形状、体积分数在大气窗口内对复合材料平均发射率的最大影响比例分别为2.65%、16.1%。研究结果对ZrB₂-SiC 陶瓷基复合材料光谱辐射特性调控以及提高材料红外隐身性能具有一定的理论指导意义。

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基于相场法的质子交换膜电解水阳极扩散层两相流研究

王志明, 赵培羽, 张自明, 王铁营, 郭浩, 刘圣春, 徐超, 胡开永

工程热物理学报. 2025, 46(2): 603-609.

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本文基于相场法通过COMSOL 软件建立了质子交换膜电解水阳极扩散层两相流动的二维瞬态模型，详细分析了氧气在扩散层两相流动中的运动状态，同时研究了液态水流速、接触角、表面张力等参数的影响。结果表明，液态水流速的改变不影响多孔传输层中氧气输运路径，但影响气泡脱离多孔传输层及气泡到达出口的时间；接触角对流域内氧气的输运具有双重作用；减小表面张力有利于氧气突破限制孔喉，能够使催化层产生的氧气尽快离开扩散层，有效地提高电池性能。

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斯特林制冷机的热经济性分析及多目标优化研究

徐磊, 喻敏杰, 刘志春, 刘伟

工程热物理学报. 2025, 46(2): 610-619.

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本文运用有限时间热力学方法构建了一种斯特林制冷机的多变模型，并开展了热经济性分析和多目标优化研究。该模型主要假设了工质的膨胀与压缩过程为多变过程，考虑了工质与外界热源间的有限速率传热、系统的漏热损失及回热器的回热损失。基于该模型，研究了温度比和传热系数等参数对斯特林制冷机热经济性能的影响。以输入功率、制冷率和热经济学函数为目标函数，采用基于分解的多目标进化算法优化了斯特林制冷机的性能，并通过与多目标遗传算法和多目标粒子群算法计算结果的比较验证了该优化方法的准确性，最后选用TOPSIS 决策方法在三维帕累托前沿上得到了最优解。

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不同燃料组分下DIR-SOFC 多物理特性数值研究

陈伟文, 屈治国, 魏国盟, 张剑飞

工程热物理学报. 2025, 46(2): 620-626.

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直接内重整固体氧化物燃料电池(DIR-SOFC) 因其发电效率高和燃料适应性广等优点被广泛研究。然而部分SOFC模型对热辐射考虑不充分，模型准确率有待提高。此外，甲烷和氨气含量对DIR-SOFC 多物理特性的影响及原因有待进一步研究。本文建立了考虑热辐射的不同燃料组分下DIR-SOFC 单流道三维数值模型，探究了在纯氢中掺入甲烷和氨气含量对电池多物理特性的影响规律及作用机制。结果表明，在纯氢中掺入甲烷能够在提升电流密度的同时降低电池整体温度，掺入氨气能够在牺牲少量电流密度的情况下提升电池温度均匀性。甲烷和氨气对电流密度的影响取决于氢气浓度和电池温度的竞争作用。本文揭示的甲烷或氨气含量对电池多物理特性的影响机制对提升电池性能及电池热管理有重要意义。

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基于NSGA-II 和响应面法的交错内肋微通道热沉的多目标优化

吕进, 彭毅, 关小雅, 杨冲

工程热物理学报. 2025, 46(2): 627-637.

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微通道热沉因其优越的散热性能，在高性能电子器件散热领域备受青睐。为有效提高交错内肋微通道热沉的散热性能，本文面向交错内肋微通道的多目标优化问题，将非支配排序遗传算法II(NSGA-II) 与响应面法相结合，在满足微通道进出口压降最小和换热面最大温差最小的条件下进行优化。采用Box-Behnken 实验设计方法，以肋片迎流角、肋片间距和肋片高度为设计变量，进出口压降和换热面最大温差为目标函数，对热沉的流动和传热性能进行数值模拟研究。为降低进出口压降和提高温度均匀性，采用NSGA- II 对微通道热沉的几何参数进行优化，与原设计相比，采用NSGA- II 得到的Pareto 最优解在进出口压降几乎不变的情况下，换热面最大温差降低了34.922%，在相同泵功下，综合传热性能提高了9.415%。

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基于物性链预测离子液体热导率

王成杰, 卫小艳, 金鑫, 厉井钢, 刘向阳, 何茂刚

工程热物理学报. 2025, 46(2): 638-644.

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本文基于物性链关系建立了一种预测离子液体热导率的两级模型，该模型将离子液体热导率与其三种参考性质(参考密度、参考音速和参考热导率) 相关联。利用42 种离子液体热导率实验数据拟合得到对应的模型参数，拟合平均相对偏差(ARD)不超过4.67%；预测了20 种离子液体的热导率，与实验数据的ARD 不超过5.78%；将预测结果与其他三种模型的结果对比，发现本模型不仅精度高，且适用范围广。

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微细通道气液分离器的数值模拟及优化

李秉乘, 侯俊明, 李超, 马强, 曾敏, 王秋旺

工程热物理学报. 2025, 46(2): 645-651.

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微细通道气液分离器具有通液阻气、流型调控的作用。本文采用VOF 数值模拟的方法，在湍流状态下，分别对具有相同水力直径且截面形状为正方形、圆形、三角形、菱形和矩形微细通道进行模拟计算，研究了不同截面形状对气液两相流分离效率及对流型的影响，通过经验关联式对数值模型进行了验证，结果吻合较好。综合对比了增设微细通道气液分离器前后换热器的传热与压降性能，分析了微细通道气液分离与换热器性能提升的原理。

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柴油天然气双燃料燃烧室燃料切换过程研究

陈毅, 冉军辉, 赵铁铮, 李江恒, 李智明, 刘潇

工程热物理学报. 2025, 46(2): 652-661.

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双燃料燃烧室运行过程中，气/液燃料混合燃烧过程中易出现燃烧室性能恶化问题，本文采用数值模拟方法，针对海上油气平台使用的双燃料燃气轮机燃烧室燃料切换过程进行了研究，分析了三种切换策略下的燃料切换过程中，气/液燃料比例对燃烧室常规性能的影响；对比了不同燃料供给策略下燃料切换过程性能波动的差异，得到了稳定切换的控制策略，最终选择了快开型为最优切换策略，并通过全过程切换模拟验证了策略的合理性。

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基于第一性原理的Cu2O 氧化动力学研究

王洋, 李丹, 蔡近知, 李振山

工程热物理学报. 2025, 46(2): 662-668.

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本文利用基于第一性原理的微观动力学速率方程理论对Cu₂O 的氧化动力学进行了研究。首先基于第一性原理利用DFT 计算得到Cu₂O氧化的反应路径及能垒；其次利用DFT 计算结果计算反应速率常数，建立表面反应速率方程；最后考虑表面反应与体相扩散，建立描述Cu₂O 氧化过程的动力学模型。利用文献中Cu₂O 氧化实验数据对模型进行验证。结果表明，模型预测结果与实验结果具有良好的一致性。

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掺氢比对氢气–甲烷–空气燃爆特性的影响

王昊哲, 郭进, 吴佳晗, 张瀚文, 张苏

工程热物理学报. 2025, 46(2): 669-678.

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在自主设计的长度和内径均为25 cm 的圆柱形容器中，开展了不同掺氢比(χ) 的氢气–甲烷–空气泄爆实验。实验结果表明：χ 对容器内部超压有显著影响，容器内共出现三类压力峰值(p₁、p₂、p₃)。p₁ 是泄放速率超过了燃烧产物生成率导致的，并出现在χ < 0.9 的实验中，其幅值几乎不受χ 的影响；p₂ 由声学振荡产生并且出现在0.45 ⩽ χ ⩽ 0.9 的实验中；p₃ 是火焰燃烧面积达到最大值产生，仅出现在χ = 1 的情况下。声学振荡造成的超压峰值随着χ 单调增加，在发生声学振荡时，火焰表面会出现周期性的细小胞格，并且声学振荡的频率与细小胞格出现的频率相近。χ < 0.3 时，容器内只存在一个压力峰值p1；χ > 0.3 时，容器内最大超压随着χ 单调增加。χ > 0.15 时，外部爆炸的最大超压也随着χ 的增加而增加。

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颗粒形状对热颗粒点燃聚苯乙烯泡沫的影响

张春寅, 王凯锋, 王苏盼

工程热物理学报. 2025, 46(2): 679-685.

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本文就不同形状热颗粒对以聚苯乙烯泡沫为代表的建筑外墙保温材料进行了点火实验研究。实验中，使用了质量相近的球形、正方体和不同长径比的圆柱体不锈钢颗粒，在940∼1030°C 的实验范围内对EPS 泡沫燃料床进行了点火实验，得到了颗粒形状对其点火规律的影响规律。通过传热传质理论分析，得到了不同形状热颗粒点火的点火机理。

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Fe₂O₃ 对铬的吸附实验及机理研究

张艾嘉, 刘晶, 杨应举, 李业美

工程热物理学报. 2025, 46(2): 686-691.

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采用实验与理论计算相结合的方法研究铬在Fe₂O₃ 表面的吸附机理。结果表明，反应温度对Fe₂O₃ 吸附铬的效率影响较大。随着温度的升高，Fe₂O₃ 对铬的脱除效率先增强后降低。在1000°C，Fe₂O₃ 吸附剂对铬的脱除率为86.29%。XRD和XPS 表征分析结果表明铬主要以三价铬的形式吸附在Fe₂O₃ 表面, Fe₂O₃ 吸附剂可以有效抑制高毒性六价铬的形成。采用四种经典吸附模型描述铬在Fe₂O₃ 表面的吸附过程，准一级动力学(PSO) 模型适合用于描述铬在Fe₂O₃ 表面的吸附。Fe₂O₃吸附剂对铬的平衡吸附容量为89.71 mg/g。密度泛函理论计算表明铬在Fe₂O₃ 表面的吸附主要受化学吸附机理控制，Fe₂O₃表面的O 原子和Fe 原子为铬的活性吸附位点。

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