工程热物理学报

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库尔班江· 乌丝曼, 史琳, 戴晓业

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1729-1737.

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糖醇类相变材料(PCMs) 在中温范围内因其综合性能优异而备受关注。目前，以单一目标进行优化的糖醇类复合PCMs，其综合性能的评价尚不完善。本文以赤藓糖醇(Ery) 作为PCMs，联合膨胀石墨(EG) 和纳米Al₂O₃ 作为添加剂，采用熔融共混法制备了三元复合PCMs，并对其综合性能进行了评价。结果表明：三元复合PCMs 各组元之间具有很好的物理相容性。其中，三元复合PCMs 0.5% Al₂O₃ / 1.5% EG/Ery 的综合性能最优。该三元复合PCMs 在保持高熔化焓(312.9 kJ/kg) 的基础上，相较于Ery，导热系数达到了1.083 W/(m·K)，提升了54%。在等温冷却测试中，其过冷度减小了9.3°C；在非等温冷却测试中，过冷度减小了16.7°C。热解温度提高了20°C，最高热解速率温度提高了8.3°C，因此热稳定性显著提升。此外，经过40 次等温循环测试后，其过冷度和熔化焓基本保持不变，表现出良好的循环稳定性。

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基于变底循环比参数的TEG-ORC 联合循环船舶余热回收性能实验研究

孙德平, 乔广超, 石飞雄, 李怡然, 仉大志, 封星, 柳长昕

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1738-1446.

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国际海事组织(IMO) 和各港口国对船舶能效提出了日益严苛的要求，基于余热回收的船舶能效提升是应对这一挑战的有效途径之一。TEG-ORC 联合循环是一种可实现船舶多种余热梯级利用的新方法，但底循环比对联合循环系统性能的影响研究较少。优化了联合循环理论模型，开展了变底循环比对系统主要参数性能影响的实验研究。实验结果表明：在ORC 底循环工质选择R245fa，工质质量流量为0.079 kg/s 及蒸发压力为0.7 MPa 的工况下，随着底循环比逐渐增加，系统输出功率和主机烟气余热利用率增加，而联合循环系统发电成本降低。在TEG/ORC 底循环比为0.885 时，主机烟气余热利用率85.07%，系统总输出功率688.4 W，系统热效率7.07%，联合循环系统发电成本3.338 CNY/kWh。

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二次再热SCO₂ 燃煤发电循环系统的设计和分析

郑志敏, 沈浩齐, 冯帅帅, 卢乐昊, 吴海波

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1747-1759.

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超临界二氧化碳(SCO₂) 布雷顿循环的循环效率与循环系统中部件的参数有密切的联系。本文基于MATLAB/Simulink 平台建立了关于SCO₂ 布雷顿循环的模块化计算程序，采用分流再压缩及二次再热方案对大容量燃煤发电系统进行了设计和分析，重点考察了透平，压缩机、烟气冷却器的关键参数的影响。研究表明：再压缩机最佳的分流比随着透平入口压力的提高而降低；烟气冷却器的分流比会显著影响锅炉换热器的功率分布；随着压缩机的入口温度和入口压力的提高，循环效率均逐渐下降；35 MPa，600°C 等级系统的最高循环效率可达到53.34%，此时，再热压力为25 MPa/16 MPa，再压缩机和烟气冷却器的分流比分别为0.3 和0.05。本文的研究结果对大型燃煤SCO₂ 发电系统的建立和优化具有重要的参考价值。

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聚光太阳能驱动下非共沸CO₂ 混合工质跨临界动力循环的性能分析与工质筛选

胥鑫, 吴闯, 刘朝

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1760-1771.

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由于其潜在的热力学性能，跨临界CO₂ 混合工质动力循环成为中低温槽式聚光太阳能热发电系统中动力循环部分的理想替代方案。本文提出了一种基于多目标优化的双层决策框架，用于选择合适的CO₂混合工质，并分析了不同关键参数对系统的热力学性能、经济可行性和环境性的影响。研究结果显示，CO₂/R32 混合工质使得系统的净输出功达到最大值，为253.77 kW。而CO₂/R161 混合工质则表现出较优的热效率(9.80%)、经济性(0.6444 USD/kWh) 和碳减排性(0.0329 kg/kWh)。此外，TOPSIS 决策结果表明在不同的热罐温度下，选择CO₂/R161 混合工质的优先级最高。

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太阳能驱动的化学链氢电联产系统与调控研究

战俊楠, 刘泰秀, 李竺莲, 高硕, 刘启斌

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1772-1779.

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为了解决化石燃料制氢发电过程中二氧化碳捕集困难，以及间歇不稳定太阳能利用中的供需不匹配问题，本文提出了一种太阳能驱动的源头脱碳氢电联产系统。该系统采用铁镍混合载氧体，降低了还原反应温度，同时实现了二氧化碳的高效捕集。研究结果表明，在太阳辐照强度为750 W/m² 的条件下，系统太阳能输入占比达到30.80%，制氢和发电设计工况下的能源利用率分别为67.23% 和59.47%。此外，通过调控入口载氧体的显热及其在反应过程中的氧化程度，系统可在变辐照条件下稳定运行，并灵活调节氢电输出，当太阳辐照强度为750 W/m² 时，氢电比的可调范围为0.17∼0.59 m³/kWh，展现出优异的变工况适应性。本研究为太阳能与天然气互补的高效氢电联产与源头脱碳提供了新的技术路径。

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木质素优先下杨木分级利用系统的建模与评价

钱潜, 骆仲泱, 石靖康, 王元霖, 魏琪, 时云妹

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1780-1790.

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木质纤维素高效利用对降低碳排放和化石依赖至关重要，尽管(半) 纤维素转化已取得进展，但经济性亟待提高。木质素价值化是实现生物质化工盈利的关键，也是当前技术面临的主要难点。为了高效分离木质纤维素主要成分并将木质素及其衍生物转化为较窄产品流，本研究提出水热-热解和水热-生化耦合新路线，基于木质素优先策略构建了两种杨木分级利用方案，通过Aspen Plus 建模并开展评估。研究发现两者的系统碳效率接近但在能量回收方面存在差距。两方案的最低燃料销售价格分别为7456 CNY/t 和6990 CNY/t，与国内汽油市场调研价格相当。技术突破以提升理想产品收率是改善系统经济性的关键。此外，降低固定资本投资、控制主要耗材成本有望进一步提高市场竞争力。

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SOFC 耦合CLC 碳捕集的冷热电联产系统性能研究

李欣璐, 段立强, 王肖梦, 杨超云, 王秋实

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1791-1800.

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提出了一种固体氧化物燃料电池(SOFC) 耦合化学链燃烧(CLC) 碳捕集的冷热电联产系统。甲醇重整后通过膜分离技术分离出H₂用以驱动固体氧化物燃料电池(SOFC) 发电，剩余合成气进入化学链燃烧以实现碳捕集，并集成超临界二氧化碳布雷顿循环(SCO₂)、吸收式制冷(ARS) 和供热系统以实现能量的梯级利用。构建了关键部件及整个冷热电联产系统性能分析模型，研究了重整反应器温度、水碳比，SOFC 运行压力、温度等关键参数对系统整体性能的影响机制。同采用能量分析与㶲分析相结合的方法，对系统性能进行了全面评估。新系统的能量效率为66.29%，㶲效率为57.70%。相较于未集成化学链燃烧的传统SOFC 冷热电联产参考系统，在捕获99% 的CO₂ 后，新系统的发电效率比参考系统高约1.95%，并且㶲效率提升了0.75%。

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高温直线发电机动态测试系统特性研究

罗靖, 孙岩雷, 陈燕燕, 张丽敏, 胡剑英, 罗二仓

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1801-1811.

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直线发电机作为自由活塞斯特林发电机中实现声–电转换的关键部件，对其开展独立详尽的研究测试具有重要意义。本文基于SAGE 软件建立了适用于高温大功率直线发电机动态测试的系统模型，该系统采用对置压缩机作为驱动源，并在模型中引入声学阻抗将压缩机与待测发电机进行高效匹配，进而探究其在不同工况下的动态工作特性。结果表明，在平均压力15 MPa、运行频率70 Hz 的额定工况下，为实现待测发电机输出电功18 kW，压缩机总耗功须达到26.8 kW，其中压缩机电–声转换效率为90.5%，热缓冲管中的声功传递效率为86.4%，待测发电机的声–电转换效率为85.9%。通过与实验结果进行对比，验证了计算模型的准确性，本文对于直线发电机动态测试系统的设计工作具有一定的指导意义。

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针对抛物面碟式聚光系统的新型逆圆锥形全流道制氢反应器的性能分析

蔡嘉豪, 苏博生, 李梁, 袁妁, 龚晓枫

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1812-1824.

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碟式太阳能集热器驱动的热化学反应器由于不均匀聚光特性，极易出现材料寿命衰减甚至出现结构破坏的难题。将传统反应器受热面“二维” 聚光设计思路拓展至“立体” 聚光设计思路，可动态调控受热面聚光比，以促进热化学反应热匹配性，从而具有减少太阳能热化学转化不可逆损失的巨大潜力。本文提出一种基于逆圆锥结构的螺旋流道太阳能制氢反应器，通过设计圆锥夹角以调控聚光比，实现了流道受热面供热温度与热化学反应进程需热温度的合理匹配，相比“二维” 受热面聚光设计，太阳能热化学效率显著提升了38.2%。

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交叉放热型sCO₂-高温ORC 复叠系统的性能研究

唐景春, 代子锟, 李晶, 李鹏程, 马振宇, 聂斯帆, 揭德算, 刘逊芬

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1825-1834.

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超临界二氧化碳(sCO₂) 循环压比低，放热温度高，需预热。由于高压和低压侧sCO₂比热容不匹配，回热器不可逆损失大。在其底部耦合有机朗肯循环(ORC) 构成复叠系统能提高sCO₂ 的发电效率。但目前的研究局限于临界温度<200°C的常规工质，且sCO₂ 向ORC 单向放热，导致整体效率不高。本文提出了一种高温工质联苯–联苯醚(蒸发温度为400°C) 的ORC 与sCO₂ 耦合的新型复叠系统，充分回收sCO₂ 透平排气余热。同时，ORC 工质释放的热量用于加热高压侧sCO₂，提高了其预热温度。提出了四种耦合形式，热力学分析表明第一种耦合方式效率最高。在sCO₂ 透平入口温度为650°C，压力为20 MPa 时效率最大为45.45%，高于相同工况下已有的sCO₂-ORC 复叠系统效率。此外，优化后的效率最大为72.76%。

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秸秆焦掺氨燃烧过程中焦–氨相互作用及氮转化机理的分子动力学研究

王鑫雨, 马滕, 李卓玲, 刘洋, 余波, 陈玉民, 翟明, 周怀春

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1835-1843.

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生物质作为一种具有丰富储量的可再生碳中和能源，是未来能源供应的良好选择。其与NH₃ 的耦合燃烧能有效减少CO₂ 排放，是实现减排的主要途径。本文通过反应力场分子动力学(ReaxFF-MD) 模拟研究了秸秆焦/NH₃ 共同燃烧的燃烧特性并阐明了元素氮的转化机理。研究了温度、氧气当量比(Ω) 和NH₃ 掺混比(CR) 对产物的影响。结果表明：HNO_x· 对H₂O和NO_x 的生成起决定性作用。大部分的自由基如HNO·、HNO₂· 和CH₂O· 等均会与OH· 发生反应生成H₂O。其中HNO·＋ OH· → H₂O + NO 的反应频率最高，为35 次。该反应也是生成NO₂ 的主要反应。在CO₂ 的生成反应中CNO₃· → CO₂+ NO 反应频率最高，为23 次。这项研究可以为后续生物质发电的污染物排放及其利用提供参考。

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基于压气机一维性能分析的导叶调节规律研究

于佳正, 邱佳慧, 杨晨, 张敏, 杜娟, 张磊

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1844-1857.

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为快速评估轴流压气机特性，发展了基于平均中径法的轴流压气机特性一维预测方法，并针对所采用经验模型开发了一种自适应标定方法，以提高模型预测精度。基于上述一维模型，对三台压气机进行了非设计工况特性分析验证，并选取其中一台1.5 级跨音压气机进行变导叶角度特性预测研究，通过与三维数值模拟和实验结果对比，验证了该方法在不同转速和不同导叶调节角度下预测性能的准确性。最后，在上述一维分析方法的基础上，结合NSGAII 算法开展了1.5 级跨音压气机不同转速下导叶调节寻优研究，并通过三维数值模拟验证了优化结果的有效性。研究结果表明，所发展的耦合方法有望为多级轴流压气机变导叶/静叶角度方案的快速筛选提供一种高效准确的预测手段。

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曲率连续的压气机叶型参数化方法及应用

覃锴, 黄典贵

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1858-1864.

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为消除叶型表面曲率不连续对压气机叶片性能的影响，提高压气机平面叶栅的优化设计水平，提出一种表面曲率连续的参数化方法。利用Bezier 曲线端点导矢与控制点的性质，使对应控制点满足特定关系便可实现两条Bezier 曲线在衔接点处曲率连续。基于这一性质，对压气机叶型前、尾缘重新构型，采用最小二乘法对吸力面和压力面重新参数化，解决叶型参数化过程中前缘与叶身衔接点处曲率不连续的问题。运用数值模拟方法进行流场计算，并与原始叶型进行对比。结果表明：该参数化方法可得到表面曲率连续的压气机叶型，有效改善叶型前缘的流动，提高叶型的气动性能。

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重型燃机进气缸支板布局及型线设计

李莉颖, 吴宏, 阙晓斌, 邱迎, 何柳

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1865-1874.

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为了减小重型燃气轮机进气蜗壳总压损失，降低压气机进气畸变，研究了进气缸支板周向非均布设计的作用，并提出了支板采用非一致型线的设计理念，通过不同位置支板型线差异性设计减小支板尾迹，改善压气机进口不均匀性。分析结果表明，进气缸支板的周向非均布及非一致型线设计能够有效减小总压损失，改善进气缸出口的流动状态，降低压气机进口总压畸变和旋流畸变。

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周向多槽对跨声速涡轮叶尖泄漏流调控的数值研究

史旭阳, 吴艳辉, 李紫良, 李浩华

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1875-1882.

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为了探究周向多槽(Circumferential Grooves, CGS) 的设计参数对跨声速涡轮叶尖泄漏流调控效果的影响，以典型跨声速涡轮级TTM 为研究对象，使用经过验证的高精度数值模拟方法，系统研究了CGS 设计参数造型区域宽度(W_SA)、槽数(N)、分配比例(P) 对TTM 涡轮转子叶尖泄漏流调控效果的影响。结果表明：在不同分配比例下，控制能力随WSA增加呈现先降低，再增加，最后再略微降低直至平缓的趋势；在不同槽数下，调控能力随着W_SA 的增加整体呈现先减小，再增加最后略微减小的趋势。通过流场显示手段发现：由于CGS 内流过的泄漏流与原始泄漏流流向相反，所以引入合适参数的CGS，可以使得流过转子叶尖区域泄漏流的净质量流量显著减小，显著减小涡轮转子叶尖处泄漏流带来的流动损失，从而提高涡轮级效率。当周向多槽的设计参数确定为P0.8W_AS10N2 时，转子叶尖泄漏流流量率减小89.76%，涡轮级效率提高0.53%。

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错列布局风电场垂直方向尾流特性实验研究

张立栋, 铁浩, 刘惠文, 田文鑫, 赵秀勇, 常子涵, 李钦伟

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1883-1890.

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错列高度布局对风电场整体尾流结构具有极大影响。为研究错列布局风电场中小风力机的运行对尾流的影响情况，通过风洞对位于下游不同位置运行的小风力机在流场内的尾迹演化规律进行研究。结果表明：小风力机的运行会加剧尾流内部涡结构的裂解，并将涡旋湍动能对整场能量的贡献程度减弱至无小风力机运行时的1/4，在垂直方向上的影响程度随高度的增加而减弱，最大影响范围不高于大风力机的上叶尖位置。在水平方向上，运行的小风力机对下游流场的影响仅出现在其下游2 倍大风力机直径内，但在其上游较远位置处这种影响仍可被观测到。

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风电机组预弯叶片的BEM 模型

冯聿昊, 王晓东, 王立闻, 曾涛, 徐娜

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1891-1897.

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随着风电机组的发展，国内外对预弯叶片的研究日益增多，然而，预弯叶片复杂的几何形态也同时增大了气动性能分析误差，为其理论研究带来了挑战。本文开展了关于BEM 计算预弯叶片气动特性的研究。在已有的三维预弯叶片几何模型的基础上，通过自编程序确定叶片的预弯曲线，将预弯曲线引入传统的BEM 方法中，通过修正现有的BEM 理论，改变入流角度和各叶素处受力情况，来获得预弯叶片更准确的气动性能。此外，针对不同风速范围，将叶尖损失修正因子划分为两个部分，采用Prandtl 尖端损失模型和Shen 尖端损失模型，从而更好地考虑到叶尖效应。结果显示，相较于传统方法，修正后的BEM 方法误差明显缩小，精确度提高，为预弯叶片气动性能的快速计算提供了理论基础。

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来流含气条件下航空旋板泵振动特性研究

袁佳琦, 叶凯杰, 王怡锦, 贺登辉, 阳丽娜, 曹明, 白博峰

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1898-1905.

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为探究航空发动机滑油系统回油泵入口含气对其工作特性的影响，通过测量旋板式滑油泵不同入口含气率条件下振动信号，获得入口含气率的变化对旋板泵振动特性影响规律，并基于完全集成经验模态分解方法对振动信号进行处理和分析。研究结果表明：入口含气率的增加会减弱旋板泵的振动强度，水平与垂直方向振动强度明显高于轴向方向；前轴承座水平方向在低含气率时的振动主要由旋板泵运行时产生的压力脉动诱发，高含气率时振动的主导因素为机械因素；振动加速度信号的样本熵值随着入口含气率增大而下降，呈现良好的规律性，可用于旋板泵入口体积含气率预测以及故障诊断。

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液环泵喷射器内流场可视化及压力脉动特性实验研究

蒋利杰, 张人会, 陈学炳, 郭广强

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1906-1911.

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为揭示液环泵喷射器内部复杂的非定常流动特性，采用流动可视化和压力测试技术，揭示了不同真空度下液环泵喷射器内高速射流结构的空间演化规律和压力脉动特性。结果表明，甘油雾化示踪粒子可以用来描述液环泵喷射器内高速射流的流动结构、分布特征和动态演化规律。高速射流剪切层在低速引射流体的干扰下呈现出明显的褶皱特征，且高速射流存在明显的波动现象。在不同的真空度下，喷射器内各测点压力信号的时域变化具有不稳定的波动。由于液环泵动静相互作用的影响，液环泵喷射器内的流动呈现多频耦合特性，其主导特征频率为轴频fn、叶频fBPF 和高次谐波频率。

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基于交流电润湿的超疏水表面液滴高速驱动的实验研究

谭杰, 娄佳, 夏磊, 姜东岳

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1912-1914.

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实现固体表面液滴的远距离，定向，高速运动在例如水收集，能量回收等应用领域有着重大的意义。目前研究人员在磁驱动、热驱动以及电场驱动方式上取得了巨大的进展，其中，介电润湿的驱动方式因为有着响应速度快，能量消耗低，装置简单等优点得到了广泛的关注。然而，目前的基于电润湿驱动基本上是在疏水表面上进行的，这使得该驱动方式在速度上受到一定的限制。近年来，由于超疏水表面的良好性能得到了深入的研究，但关于超疏水表面的电润湿液滴驱动的研究却鲜有文献报道。本文提出了一种超疏水表面的制备方法，并进一步实现了该表面上的超高速电润湿液滴驱动。实验表明该驱动方式对盐水，酸，碱以及部分有机试剂都能实现稳定的控制，这对于进一步扩展基于电润湿的数字微流控技术有着重要的意义。

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基于比拟思想的回热器热惯性表征及对S-CO₂ 循环负荷变化速率的影响规律研究

马腾, 李明佳, 薛涵文, 倪经纬

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1915-1921.

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本文构建了考虑回热器热惯性的S-CO₂ 循环动态模型，使用流体通道总体积和体积流量表征流动惯性，使用换热量和热导表征传热惯性，对比了流量控制和温度控制下S-CO₂ 循环的动态性能，分析了S-CO₂ 循环实时效率、负荷变化速率等动态性能参数随回热器关键设计参数的变化规律，通过多元回归分析方法拟合了S-CO₂ 循环负荷变化速率与流体通道体积和热导的数学表达式。结果表明，流量控制更有效，效率损失为0.72%，负荷变化速率为10 %/min；当V=1.5V₀，kA=0.5kA₀ 时，S-CO₂ 循环的负荷变化速率最高，为11.32 %/min。

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射流冲击换热装置的实验研究与优化设计

乔兰清, 来庆志, 谭建宇

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1922-1930.

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芯片的集成化使得换热空间减小，而微小换热结构的压降和泵功普遍较大，不利于节能减排。为权衡压降和换热，本文针对受限空间下高功率单芯片散热问题，分别对空流道及全填充泡沫铜射流冲击换热装置开展了多组水冷实验研究，并基于评价因子对填充针肋结构泡沫铜的装置进行了优化设计与实验。实验得到，泡沫铜孔隙率为96% 时，大流量下全填充20 PPI 泡沫铜的装置综合效果最好；在入口雷诺数小于1492 时，填充20 PPI 叉排针肋泡沫铜装置综合性能最优。

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基于改进相平衡模型的孔隙内甲烷水合物分解特性研究

王新, 刘宏伟, 梁冰, 杨新乐, 王芳, 孙维吉, 李维仲, 宋永臣

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1931-1941.

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甲烷水合物是由甲烷分子和水分子组成的清洁能源，维持水合物稳定存在的温度、压力条件称为水合物的相平衡。毛细压力影响着水合物的相平衡条件，尤其是相平衡压力。本文对已有的相平衡压力模型进行改进，并结合已有的水合物分解模型，提出了新的水合物分解模型。应用提出的模型对实验研究进行了数值模拟，数值模拟和实验研究结果的一致性较好，证明了所提模型的可靠性。明确了探究微孔隙内甲烷水合物分解时考虑水合物和水之间毛细压力的必要性。利用提出的模型进一步明确了甲烷生成速率、各相分布、温度分布、相平衡压力分布等的演变。研究结果表明，水合物的分解模型中应该考虑水合物和水之间的毛细压力，因为它严重影响着水合物分解模型的准确性。特别地，当忽略水合物和水之间的毛细压力时得到的累计产气量、甲烷生成速率值偏小。毛细压力、水合物的分解吸热和相间传热的耦合作用影响着相平衡压力的分布、甲烷生成速率的大小、各相的分布、温度的分布乃至相平衡压力的分布。毛细压力促使水合物的相平衡压力升高、水合物分解驱动力增大、促进了水合物的分解。所提出模型可为完善水合物分解模型提供理论基础。

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微波法制备牛粪/钢渣活性炭及其降解养殖废水研究

蔡庆峰, 耿文广, 刘芳

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1942-1946.

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为了缓解畜禽粪污带来的日益严重的环境问题，本文从“以废止废” 的资源化利用角度出发，采用微波法制备了牛粪/钢渣复合活性炭，同时对养殖废水进行降解研究，探究了不同反应条件下养殖废水中化学需氧量(COD) 的降解率。结果表明：适量的钢渣掺混比可以提高COD 降解率，以抵消复合炭比表面积降低带来的消极影响；COD 的降解率随微波功率和微波时间的增加会呈逐渐上升的趋势；在最优反应条件下，养殖废水的COD 降解率最高为55.4%，处理单位体积养殖废水的运行成本约为384.98 CNY。

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自然对流条件下深冷表面初始霜晶生长的实验研究

李一, 李艳霞, 刘中良, 王振强, 马玮琦, 于凤娇

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1947-1955.

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通过液氮制冷低温结霜实验台，系统观察了自然对流条件下深冷表面初始霜晶的生长过程，研究了冷表面温度、空气相对湿度和空气温度对初始霜晶生长的影响。实验研究发现：冷表面温度为−50∼−100°C 时，霜晶覆盖率随着冷表面温度的降低而增加，随着空气相对湿度和温度的增加而增加；冷表面温度为−100∼−170°C 时，霜晶覆盖率随着冷表面温度的降低而减小，空气相对湿度和温度对初始霜晶生长几乎没有影响。可见，冷表面温度对深冷表面上初始霜晶的生长起主导作用。

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低饱和压力条件下Novec 7100 沸腾传热特性研究#br#

喻佳彤, 陈志豪, 宇高义郎, 金旭豪

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1956-1963.

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随着电动汽车和电子设备的快速发展，利用绝缘工质的浸没式相变冷却技术因在温控性能、集成化等方面优势明显逐渐受到关注，对该技术在低温工况下应用的需求也在不断增加。但目前关于绝缘冷却工质的沸腾传热基本机理尤其是低温工况下的研究较少。本文使用饱和压力(温度) 可控的气密性实验系统，在低饱和压力条件下研究液层静压对Novec 7100 在光滑铜表面的沸腾传热特性的影响。实验发现，临界热流密度随饱和压力的下降先降低后上升的特殊趋势。在饱和压力低于8.8 kPa后，池沸腾过程出现间歇性沸腾和自发过冷沸腾两种特殊的换热模式，临界热流密度会随液位高度增加而升高。当饱和压力为0.741 kPa 时，23 mm 和35 mm 液位高度的临界热流密度值相差最大，约39 kW/m²。

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邦德数对倒置冷板水滴凝固过程影响特性研究

刘晓亮, 张旋, 张龙, 宋孟杰, 高玉箔, 李铠良, 吴隆平

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1964-1968.

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为探究邦德数对水滴结冰特性的影响，开展了正置与倒置水滴结冰过程的实验和建模研究，分析了接触角和冷板温度的作用。结果表明：1) 邦德数大于1 时，倒置与正置水滴的结冰特性有明显差异，倒置水滴的冻结轮廓更高且冻结时间更长；邦德数增大，二者的差异增加；2) 接触角增大，水滴冻结轮廓更高且冻结时间更长，倒置与正置水滴结冰特性的差异更加明显；冻结轮廓与冷板温度无关；3) 提出了冻结时间计算关联式，预测误差在20% 以内。该研究对防冰除冰技术优化具有指导意义。

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界面非简谐声子散射的非平衡格林函数理论

郭洋裕

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1969-1974.

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固态界面热输运中非弹性声子散射的理解与建模是热物理领域的一个公开难题。本文基于声子非简谐非平衡格林函数方法，发展了一种计算和分解界面频谱能量交换的理论模型，研究分析了Si/Ge 界面热输运。对于高频声子，局域非简谐散射主导界面能量交换，而对于中低频声子，局域和非局域散射同等重要。界面声子模态的非简谐衰减起到桥接界面两侧声子体模态的关键作用。本文的研究将促进对界面热输运机理的认识和未来的理论模型发展。

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不同典型气膜冷却孔型对平板表面颗粒沉积影响的实验研究

阮荣胜, 刘振刚, 程龙, 张义轩, 刘振侠, 吴丁毅

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1975-1990.

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为了研究孔型对平板表面微颗粒沉积特性的影响规律，本文开展常温条件下的微颗粒沉积实验，用雾化后的石蜡代替微颗粒，气膜冷却平板为实验件。实验选用了典型圆柱、圆锥、CONSOLE、RTSH、后倾扇形以及扩张扇形六种不同孔型实验件，研究了微颗粒在不同孔型实验件表面的沉积分布、沉积量变化规律。实验结果表明：在本文的研究工况下，所有实验件压力面的沉积分布集中在气膜孔下游；与圆柱孔相比，本文的五种气膜冷却孔型都可以有效降低平板表面微颗粒的沉积，CONSOLE 孔沉积率相对减少了69%，其余孔型减少了80% 左右。但沉积前后冷却效率变化并不明显，随后以圆柱孔型实验件探究不同冷气温度下的沉积特性，结果表明，沉积率随冷气温度的降低而升高，且冷气温度越低，沉积前后冷却效率变化越明显。

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基于时空代理模型的热防护结构三维温度场在线重构

陈钰洛, 马晗, 陈强, 费庆国

工程热物理学报. 2025, 46(6): 1991-2002.

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整体式热防护结构是新型可重复使用高速飞行器的关键部件，及时准确地获取时变气动热载荷下热防护结构的三维温度场特性，是监测飞行器健康状态的重要依据。本文提出了一种基于时空代理模型的整体式热防护结构三维温度场在线重构方法。首先，通过本征正交分解对热防护结构的时变全场温度场数据集在时间和空间上进行双重降阶，降低在线重构模型参数数量；进而，基于降阶后的温度场数据和深度神经网络方法，建立结构外部热载荷反演和全场温度场重构的高效代理模型；最后，开展典型工况下结构时变三维温度场仿真分析，以结构局部温度响应为输入，将热载荷反演和温度场重构模型联立，实现热防护结构三维温度场在线重构。研究结果表明：本文所提出的重构方法能够基于少量局部测点的温度响应，在线精确预示时变非均匀载荷下热防护结构的三维温度场。

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匀速滚动制动盘通道传热特性数值分析

王璐, 臧元庆, 卢鑫, 戴子闻, 王艺博, 王良璧

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2003-2011.

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列车制动过程是列车运行过程的重要组成部分，是列车安全的重要保障。车辆在制动过程中通过制动盘和制动闸片之间的滑动摩擦力将动能转化为热能，需要对盘式制动器进行充分的冷却以防止各种因温度过高而产生的制动问题。所以对制动盘散热能力的研究对列车安全非常重要。论文介绍了一种新的制动盘传热特性模拟方法，对制动盘内部通道传热试验中的试验试件及装置进行简化，建立了制动盘在滚动壁面上匀速滚动的运动模型。用动网格方法对制动盘的滚动过程进行了数值模拟，获得了针肋型制动盘试件周围流场和内部通道对流换热特性。

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太阳能甲烷重整膜反应器性能优化研究

王晶钰, 王磊, 沈雷雷

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2012-2020.

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操作参数对由槽式太阳能集热器驱动的甲烷重整膜反应器的性能具有显著影响，本文采用响应曲面法对操作参数进行了优化。建立了反应器内多物理场耦合数值模型，分析了反应器内的物质传递和反应过程，探讨了关键参数对反应器性能的影响；采用中心复合表面设计方法设计了数值实验工况，拟合了甲烷转化率X_CH4、氢气产率Y_H2、氢气回收比R_H2、储能效率η 等与进口温度T_in、进口流量q_m、反应侧与渗透侧压差Δp、以及渗透侧压力p_per 的二次回归方程，R² 均高于0.97；得到了各因子对响应值的贡献率和交互影响规律；以X_CH4、Y_H2、R_H2、η 最大为优化目标，以反应器内最高温度不超过873 K 为约束条件，获得最优的参数为T_in=673.1 K、q_m=0.005 kg·s⁻¹、Δp=0.42 MPa、p_per=0.02 MPa。

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石墨烯夹层对正十八烷相变行为约束效应的分子动力学模拟

常志娟, 郎旭锋, 刘梦瑶, 吴学红, 吕财, 刘勇

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2021-2028.

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为研究石墨烯形成的纳米级有限空间对石蜡相变行为的影响，以正十八烷代表石蜡，采用分子动力学模拟方法研究了厚度为5.1 nm 的石墨烯夹层对正十八烷相变行为的约束效应。模拟结果表明，石墨烯夹层可抑制正十八烷分子的热运动，使其更难融化，更易凝固，与纯正十八烷体系相比，该尺度的石墨烯夹层使正十八烷的凝固温度和融化温度分别提高了51.39 K 和19.33 K，凝固潜热和融化潜热较理论值分别降低了7.41% 和8.10%；在石墨烯和正十八烷的相互作用下，石墨烯作为二维平面可为正十八烷结晶提供模板，使其优先在石墨烯界面形成结晶层，随着温度降低，从石墨烯界面向外逐渐定向结晶，并迫使正十八烷形成与石墨烯界面平行的结晶层。

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燃料电池液态水分布数值模拟和实验验证

张恒, 王虎, 隋邦杰, 詹志刚

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2029-2036.

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为深入研究质子交换膜燃料电池中液态水分布规律，本文建立了包含气水热电力多物理场的非等温两相流模型，模拟两种不同类型气体扩散层( GDL) 材料在80°C、200 kPa(abs) 和80% RH 操作条件下的电池性能和液态水分布，同时开展性能测试及中子成像实验，并与模拟结果进行对比验证。结果表明：与使用Toray GDL 的燃料电池相比，使用Freudenberg GDL 的燃料电池具有更好的性能，尤其是在高电流密度下。使用Toray GDL 的电池液态水饱和度峰值出现在肋板下方的催化层中可达0.42，使用Freudenberg GDL 的液态水饱和度峰值出现在肋板下方的气体扩散层中可达0.25。

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非能动安全壳水膜冷却性能数值模拟研究

黄镜宇, 武心壮, 夏栓

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2037-2044.

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基于开源计算流体力学软件OpenFOAM，本文开发了一套第三代核电厂非能动安全壳水膜冷却性能分析的专用求解器，并针对水膜蒸发量将数值模拟结果与试验数据进行了对比，计算误差在±10% 以内，验证了该求解器适用于非能动安全壳水膜冷却性能分析的工程计算，可以应对热工水力条件复杂的应用场合。同时基于该求解器，分别模拟了水膜质量流量、环腔空气流速和安全壳外壁面温度对水膜冷却性能的影响。结果表明：水膜蒸发量模拟误差小于±10%；当水膜质量流量和环腔空气流速变化不超过±25%、安全壳外壁面温度变化不超过±10°C 时，对水膜蒸发量的影响是很小的。

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预燃室发动机射流燃烧机理研究进展

唐青龙, 尧命发

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2045-2054.

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预燃室射流燃烧技术是实现点燃式发动机热效率突破的重要技术路线，目前针对预燃室发动机射流燃烧机理仍存在诸多研究不足。本文回顾了预燃室发动机射流燃烧技术发展，报道了预燃室发动机射流燃烧激光诊断和数值仿真近期研究进展。研究表明，预燃室发动机点火模式分为“火焰点火” 和“射流点火” 两种。“火焰点火” 模式下预燃室喷孔处不发生火焰淬熄，燃烧稳定性好，利于提高发动机热效率。氨燃料由于火焰淬熄距离大，预燃室点火易出现“射流点火” 模式，导致发动机燃烧稳定性和热效率下降。

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液雾旋流燃烧火焰参数化学发光测量与表征实验研究

张炜, 柳伟杰, 周毅, 苏贺, 许传龙

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2055-2063.

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采用紫外相机和增强型光谱仪对乙醇燃料液雾旋流火焰的自由基化学发光特性开展了实验研究，针对化学发光峰值强度位于310 nm、431 nm、516 nm 波段的OH^∗、CH^∗、C₂^∗ 三种自由基，基于自由基发光强度建立了液雾旋流火焰参数表征模型，同时研究了不同自由基组合(OH^∗/CH^∗、OH^∗/C₂^∗、CH^∗/C₂^∗) 的化学发光强度比值与火焰当量比、释热率的对应关系。研究发现，在不同气流出口速度下，OH^∗、CH^∗、C₂^∗ 三种自由基化学发光强度与当量比、释热率具有较好的线性关系，其中自由基组合中OH^∗/C₂^∗ 化学发光强度比值与火焰参数相关性最高，可以用于液雾旋流火焰的当量比、释热率等参数测量与表征。

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基于化学链技术的钴酸锂还原特性与机理研究

邵家宁, 杨丽, 曹运齐, 宋晨, 刘方

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2064-2072.

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本研究基于化学链技术，探讨了废旧钴酸锂电池的回收与还原特性。采用氢气还原法，通过化学链反应器对废旧钴酸锂进行还原实验，分析了不同温度和时间条件下钴酸锂的还原率、回收率及反应机理。实验结果表明，温度是影响钴酸锂还原反应最重要的因素，高温可显著提高还原率，最佳还原条件为800°C-120 min。通过热力学分析揭示了钴酸锂还原的具体过程。模拟计算结果表明合适的氢气浓度可以减少还原过程中的能量消耗。该研究为废旧钴酸锂电池的高效回收提供了新的思路，并为化学链氢气还原法的应用奠定了实验基础。

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轴向空气分级方式下CH₄/NH₃ 旋流预混火焰的燃烧及排放特性实验研究

张海洋, 涂垚杰, 刘子睿, 刘豪

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2073-2080.

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本研究基于自行搭建的5 kW 旋流预混火焰实验台，开展了轴向空气分级方式下CH₄/NH₃ 旋流预混火焰的实验测试，重点考察了分级风比例、分级风高度及分级风喷口数目对CH₄/NH₃ 旋流预混火焰燃烧及排放特性的影响。结果表明：随着NH₃ 占比的增大，火焰高度变长，燃烧室出口的NO 排放量呈先增大后减小的趋势且在NH₃ 占比为50% 达到峰值；在50% 掺氨工况下采用轴向空气分级使一级燃烧室处于富燃状态可以有效降低NO 的排放，其中分级风的最佳比例范围是30%∼50%(当量比1.21∼1.70)，且随着分级风高度的增大呈下降趋势；此外，在最佳分级风比例和高度条件下(分级风高度80 mm、占比30%)，增加分级风的喷口数目可减轻分级风碰撞对上游主燃区富燃状态的影响，使NO 排放进一步降低。

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正庚烷/异辛烷掺混2,5-二甲基呋喃热解过程中碳烟生成分子动力学研究

董文龙, 杨宇航, 姚锦芳, 严亮, 洪润, 楚化强

工程热物理学报. 2025, 46(6): 2081-2089.

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本文选取正庚烷，异辛烷和2,5-二甲基呋喃作为研究对象，通过反应力场分子动力学(ReaxFF MD) 模拟，在原子层面分析了汽油替代燃料掺混2,5-二甲基呋喃热解过程中不同体系密度(0.01∼0.2 g·cm⁻³) 和模拟温度(2000∼3500 K) 对产物的生成，键的生成与断裂以及最大分子的特性等影响。研究表明体系密度的增加会抑制C1，C2，C3 物种数量的生成，C-C 的断裂速度会减慢，并且对C-C 键的断裂起到抑制作用。模拟温度较低不利于研究碳烟颗粒的生成，而模拟温度过高则会导致碳烟颗粒的分解。伴随着体系密度的增加，最大分子的氢/碳比依次为0.314，0.181，0.204，0.184。伴随着模拟温度的增加，最大分子的氢/碳比依次为1.467，0.902，0.126，0.0006。与体系密度相比，模拟温度对碳烟的形貌及氢/碳比的影响更为明显。

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