工程热物理学报

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陈泽兵, 李文, 朱阳历, 王星, 陈海生

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2091-2105.

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压缩空气储能(CAES) 系统在释能阶段储气室中空气的压力逐渐降低，当其低于某一值后，机组无法实现额定的总输出功率，为了解决此问题，本研究提出将旁路系统应用于CAES 系统的膨胀机中。本文为某CAES 系统的膨胀机组设计了3类旁路系统：一级(3 种)、二级(3 种) 和三级(1 种) 旁路系统，共7 种。通过调节主阀和旁路阀的开度，改变部分涡轮的进出口总压，进而改变其质量流率和输出功率，实现机组额定的总输出功率。结果表明：能实现预期工作效果的共有5 种，采用三级旁路系统能实现最低的储气室中空气的终态压力，扩大机组的滑压运行范围。效果最优的为分别调控T1、T2 的二级旁路系统，能实现机组最长的发电时间和系统最高的能量密度，相比于原机组提升了71.25%。采用旁路控制的方法能延长机组的发电时间，提高系统的能量密度。

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电解海水耦合低电耗氧化反应辅助制氢技术现状及发展方向

孙苗婷, 周伟, 李隆浩, 张学伟, 黄玉明, 孟晓晓, 孙飞, 高继慧, 赵广播

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2106-2127.

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电解海水制氢被认为是未来极具发展前景的新型制氢方法。然而，阳极侧存在析氧反应(OER) 过电位高、动力学过程缓慢以及析氯反应(CER) 对电极造成腐蚀等问题，使电解海水制氢技术面临巨大挑战。近年相关研究表明，将肼、尿素、硫化物、糖类、微塑料等物质的氧化反应耦合入电解海水制氢体系的阳极侧，可替代OER，避免氯腐蚀等问题并实现更高经济效益。本文系统综述了电解海水制氢的原理、面临的挑战和相关催化剂的研究现状，重点总结了近年来电解海水耦合低电耗氧化反应在制氢领域的进展，并对电解海水制氢技术仍需突破的问题和未来的研究方向进行了展望。

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仿生离子通道实现太阳能蒸发分质结晶

包艳琼, 刘浪, 刘朝

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2128-2135.

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针对太阳能海水淡化过程中盐资源化利用率低的核心难题，本研究设计了一种仿生离子通道氧化石墨烯/聚酰胺(GO/PA)界面蒸发器。通过调控PA 层电荷特性设计出双负电GO/PIP 膜与异质电荷GO/PEI 膜，其中，GO/PIP 膜利用Donnan效应和尺寸筛分效应实现Cl−/SO²⁻₄ 选择性分离，并通过横向离子通道诱导NaCl 在膜边缘结晶；GO/PEI 膜则在膜内部形成垂直电场驱动阴阳离子纵向迁移，从而在短期内有效抑制盐沉积。实验结果表明，GO/PA 膜的蒸发速率比纯水提高了2.6 倍以上，其中GO/PIP 膜蒸发速率最高，高达1.94 kg·h⁻¹·m⁻²。GO/PIP 膜的结晶速率达280 g·m⁻²· h⁻¹，经三次循环后NaCl 纯度达96.13%(分离系数3.5)。该研究提出的抗盐-结晶动态平衡策略，为高盐废水的零液体排放处理提供了可工程化的解决方案。

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平流层中薄壁丝管管束结构对氨凝结换热影响

王坤, 张佳钰, 高深, 赵延兴, 公茂琼

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2136-2141.

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通过氨气相变的大体积变化调控浮空器的浮力和高度，是解决浮空器长期稳定驻空难题的创新思路，其核心是强化平流层环境下氨在管外的凝结换热过程。本文对6.5 kPa 下氨在七种不同薄壁丝管管束结构下的凝结换热过程进行了数值模拟。研究发现在管束排列角为98◦，管间距为2d 时，氨的管外凝结效率最佳，相较于管束排列角60° 结构下管周平均凝结换热系数提高了49.1%，凝结速率提高了1.1 倍；相较于管间距1.5d 结构下管周平均凝结换热系数提高了82.9%，凝结速率提高了89.4%。

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太阳能驱动的自漂浮MXene-rGO 气凝胶用于甲酸制氢

刘琨, 王睿, 李印实

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2142-2147.

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利用丰富的太阳能资源转化为绿色清洁能源具有成本低、无污染等特点，展现出了广阔的应用前景。本文提出了一种太阳能驱动的漂浮式制氢方法，通过界面加热和传质增强，实现了光热的迅速转换以及传质速率的提升。研究结果表明，漂浮式系统在1 kW m⁻² 的光照下，利用甲酸实现了72.1 mmol g⁻¹ h⁻¹ 的制氢速率，且在5 次循环后依然维持稳定。另外，漂浮式系统在催化剂回收的过程中，节省了过滤等耗能手段，进一步证实了漂浮式系统在太阳能室温制氢中的应用潜力。

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基于机器学习的燃煤发电机组运行参数寻优

陈东超, 吕佳乐, 祁琳, 王仲, 司和勇

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2148-2159.

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面向燃煤机组的安全、节能和低碳环保运行，提出了集成多种机器学习算法的运行参数寻优方法：1) 通过稳态判别算法筛选出燃煤机组历史运行数据中的稳态数据，在多步聚类算法的基础上，提出了一种改进的运行工况划分方法，将机组运行参数同工况解耦；2) 结合粒子群优化、高斯混合模型和基于密度的聚类算法自动去除每个工况数据中的离群点，提高数据质量；3) 结合模糊C 聚类、主元分析和极端梯度提升算法，建立安全、高效、低碳供能约束下的机组全工况运行参数最优值求解模型；4) 将所提出的方法应用于某百万机组实际运行数据，挖掘运行参数最优值。结果表明如按照寻优值进行机组运行参数调整和控制，可实现燃煤机组节能降碳运行。

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基于NSGA-II 和EWM-TOPSIS 的双级蒸发双回热有机朗肯循环系统多目标优化

戴文智, 沈雄健, 张海兴, 杨新乐, 阎帅

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2160-2171.

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为了有效利用膨胀机排放后余热，提高有机朗肯循环的有效利用效率，构建基于地热能作为驱动的双级蒸发双级回热有机朗肯循环(DEDR-ORC) 系统。建立热效率、㶲效率和平准化电能成本的多目标评价准则，并探究热源温度、蒸发温度和蒸发器的窄点温度对系统性能的影响，利用NSGA-II 和熵权-优劣解距离法(EWM-TOPSIS) 对系统进行多目标优化。选用5种工质进行对比研究，研究结果表明：蒸发温度、热源温度和蒸发器窄点温度升高，DEDR-ORC 的所有工质相对双级蒸发回热有机朗肯循环系统(DESR-ORC) 的热效率、净输出功、㶲效率和平准化电能成本(LEC) 更有优势；与DESR-ORC 相比，DEDR-ORC 的热效率、㶲效率分别提高至11.365%、88.632%，LEC 降低至9.131%。DEDR-ORC 和DESR-ORC 中性能最优工质为benzene，综合性能提高最大的为hexane。

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太阳能烟囱卤水浓缩系统在当雄错盐湖的应用

吕瑞灵, 张大禹, 张斌, 郭朋华

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2172-2180.

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本文首次提出一种基于太阳能烟囱的盐湖卤水浓缩系统，并建立了系统的瞬态热力学模型。以提高当雄错盐湖卤水蒸发浓缩速度为应用背景，将该系统与传统盐田日晒浓缩工艺的蒸发速度进行对比研究，并采用相关性分析和多元回归模型方法探讨不同时间尺度下气象要素对盐田蒸发过程的影响规律。结果表明：相较传统日晒工艺，该系统的卤水浓缩周期能够缩短24.4%。月尺度下，系统蒸发量和水温主要受辐照强度影响；日尺度下，蒸发量主要受辐照强度影响，卤水温度主要受环境温度影响。

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小管径翅片管式家用空调蒸发器流路结构混合优化

王文莉, 崔松林, 吴俊鸿, 单联瑜, 蔡姗姗, 谢军龙

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2181-2190.

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采用稳态分布参数法构建了适用于小直径翅片管蒸发器的模型，并开发了一种结合结构和流路参数的优化搜索策略用于翅片管式换热器。通过执行敏感性分析，探讨了影响此类蒸发器换热性能的关键因素。在此基础上，选取主要的结构设计和流体路径参数作为输入变量，以换热量和制冷剂侧的压力损失为输出目标，建立了基于神经网络的预测模型，并采用具有精英策略的非支配算法(NSGA-II) 对神经网络模型进行求解，得到小管径翅片管蒸发器在一定的结构参数变化范围内的最优结构参数及最佳流型。

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基于空化效应的冲击式水轮机磨损特性分析

李琛玺, 沈佩荣, 潘佳平, 黄方舟, 郭鹏程

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2191-2198.

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冲击式水轮机面临的核心问题之一是泥沙磨损，其关键部件还可能同时发生空化，严重威胁机组安全可靠运行。本文结合泥沙颗粒的运动特性，开展基于空化效应的冲击式水轮机磨损特性及空泡形态受颗粒粒径的影响研究。结果表明，喷嘴座和水斗背面存在明显的空化区，随粒径增大，喷嘴表面的平均磨损率逐渐增大，喷针表面则先减后增；而水斗的分水刃尖端由于受射流直接冲击，其表面的磨损率随粒径呈增大趋势。此外，大粒径下，颗粒轨迹更靠近喷嘴壁面和水气交界面，发生空化的喷嘴座和水斗背面会聚集更多颗粒，因而抑制该区域空泡结构的形成与发展。

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核动力S-CO₂ 系统热力性及透平变工况特性研究

娄聚伟, 王江峰, 夏家曦, 张国路迢, 赵攀, 杜洋

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2199-2207.

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核能具有清洁和能量密度大的特点，其高效利用是实现碳达峰和碳中和的关键途径之一。基于核动力超临界CO₂ 布雷顿循环系统开展了参数分析，采用GA 算法获取了系统的最佳热效率及匹配参数。针对优化结果对透平进行了一维气动设计和三维仿真分析，并通过三维方法评估了透平变工况性能。结果表明：存在最佳的参数组合使系统热效率最高，透平一维设计和三维仿真效率偏差0.85%，功率偏差2.98%；透平变工况性能良好，高速区具有较大的高效运行流量范围。

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涡轮旋转盘腔实验技术研究进展

吴磊, 尹钊, 张华良, 徐玉杰, 陈海生

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2208-2222.

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转静盘腔作为涡轮的重要组成部分，对部件效率、轮盘换热以及轴向力分布等均有显著影响。人们通过大量实验研究，在盘腔内部流动机理认知、性能评价和结构改进等方面获得了长足进步，特别是结合新型测试技术获得了新视角、新模型和新结构，然而目前仍存在小空间、高转速、高温度、非定常、难观测等挑战。本文基于公开文献以及相关实验团队的研究成果，对国内外典型涡轮旋转盘腔试验台的构成以及主要系统进行分类和介绍，并着重对涡轮内压力、温度、速度、以及封严效率测量技术进行总结。总的来看，现有试验台各具特色并涵盖了不同主流入侵形式以及研究要点，但在参数指标方面仍有待提升，同时各种新型测量技术手段丰富，但需要在降低流场影响、提高抗干扰能力、可视化技术以及非接触测量等方面进一步加强。

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电站水蒸气压缩机损失机理研究

张磊, 雷彤彤, 郎进花, 安光耀, 袁威, 张倩

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2223-2233.

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水蒸气压缩机是蒸汽增压提质系统的核心设备，研究其内部复杂流动机理及损失特性对于高性能水蒸气压缩机的研发具有重要意义。本文基于熵产理论对电站水蒸气压缩机在不同工况下的损失机理进行了研究，对比了压缩机在近堵塞、峰值效率、近失速三种工况下，叶轮、扩压器的损失特性。结果表明：黏性剪切引起的熵产为压缩机内的主要损失来源，随流量增大，叶轮与扩压器损失先减后增，叶轮损失变化量较小，扩压器由峰值效率到近堵塞工况损失大幅增大，占压缩机总损失比例由35%急剧增加为71%；叶轮内损失主要由轮盘附近区域叶尖泄漏流与二次流造成，这一区域的损失占叶轮总损失约40%；扩压器内损失集中在主流通道区域，峰值效率工况下，前缘阻塞及流动分离状况得到改善，损失比例从近堵塞工况48% 降至24%，且除进口区域外其他损失也出现明显降低。该研究为高效宽裕度水蒸气压缩机的研发提供了理论支撑。

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压气机平面叶栅的多工况优化设计

邱庆辉, 覃锴, 黄典贵

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2234-2241.

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本文提出一种中弧线加厚度分布的参数化方法，并给出了该参数化方法中求解叶栅中弧线、厚度分布以及反推叶栅表面型线坐标的公式。基于该参数化方法编程实现压气机平面叶栅造型程序。搭建可实现流场并行计算的多工况仿真优化平台，以静压升、叶栅折转角和最大厚度作为约束条件，以多个工况下叶栅总压损失系数的加权平均值为多工况优化目标函数，采用多岛遗传算法对压气机平面叶栅进行多工况优化研究。结果表明：本文提出的参数化方法可对压气机平面叶栅进行较好的参数化拟合。分析流场可知，优化叶栅的前缘附近流动更均匀，前缘的扩压能力增强，在多个攻角下总压损失系数均低于原始叶栅，表明优化叶栅能够在更广的攻角范围内保持较好的气动性能。

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可调叶片对宽工况风扇性能与内部流动的影响机理研究

王浩然, 赵胜丰, 罗乔丹, 韩戈, 卢新根

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2242-2253.

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H 风扇在低折合转速下稳定工作裕度和绝热效率急剧下降，难以满足宽空域宽速域条件下航空发动机压缩系统稳定高效运行的要求，亟需发展低折合转速下风扇内部流动的控制方法。本文提出通过调节可变弯度导叶弯角和第一级静叶转角来改善低折合转速下风扇稳定裕度和绝热效率。数值计算结果表明：可变弯度导叶通过改变后排叶片的攻角扩展风扇的稳定工作裕度，并减小第一级动叶叶顶间隙泄漏流造成的流动损失提高风扇的绝热效率；第一级静子叶片反向调节可以进一步提升裕度，但第一级静子叶片调节对于峰值点绝热效率影响不大，这是由于反向旋转时第一级动叶叶顶泄漏流造成的损失增加，同时第一级静叶由于攻角改善从而损失减小。通过对全转速范围内的稳定工作裕度和设计点绝热效率优化设计，在全转速范围内得到了一个高效工作区间，实现了100%、90%、80%∼70% 和60%∼40% 折合转速下的设计点效率分别优于0.88、0.87、0.855 和0.84；同时高效工作区间右边界的失速裕度大于18%。

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15 MW 级风力机纵荡过程中的气弹耦合特性研究

周乐, 李逸佳, 马璐, 沈昕, 欧阳华, 杜朝辉

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2254-2260.

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基于升力线自由尾迹模型及几何精确梁模型，以IEA-15 MW 风力机为对象研究了纵荡条件下风力机的气弹耦合特性。结果表明：纵荡工况下风力机的载荷会呈现出周期性波动，且受风轮尾迹的诱导作用、翼型的非定常气动特性及叶片形变运动的影响，载荷的响应存在一定的延迟。在考虑叶片柔性后，叶片的形变(尤其是扭转变形) 会降低风力机的功率和推力。此外，纵荡工况下浮台运动和叶片自身重力影响的叠加会使叶片的形变特征较固定工况更加复杂。

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考虑尾流影响的风电机组机舱风速特性研究

王晓东, 马梦茹, 汪涛, 邹嘉鑫

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2261-2268.

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水平轴风电机组的功率预测和运行控制通常基于机舱风速。由于风轮的影响，机舱风速仪测得的风速与来流风速存在差异，需要建立机舱传递函数进行修正。采用计算流体力学(CFD) 对串列的两台2 MW 三叶片水平轴风电机组进行了模拟。研究了两台机组的总体性能以及机舱风速。研究发现，上游机组的尾流在7D 距离处仍未完全恢复，造成下游机组的功率大幅降低，且呈周期性的小幅波动。稳定来流下上游机组的机舱风速呈现周期性波动，叶片的分离流动对串列机组的影响较大。下游机组机舱风速变化的主要影响因素是叶片/风轮旋转。正弦来流下两台机组机舱风速变化的主要因素均为来流风速波动。比起单台机组，串列机组的尾流恢复得更慢，正弦来流会加快尾流恢复。

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低重力池沸腾双气泡相互作用数值模拟

杜王芳, 张良, 何发龙, 李会雄, 赵建福

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2269-2273.

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核态池沸腾现象中气泡动力学行为与其传热性能间具有密切关联，一直是多相流和传热传质领域的研究热点。基于OpenFOAM 开源代码开发了微重力沸腾过程流固耦合传热求解器µgBCHT，以实现流固共轭传热求解、气液宏观区与微观区相变传热与流动耦合求解、气泡核化点随机与定位活化等功能。针对一维Stefan 问题和一维Sucking 问题进行的仿真结果与解析解相符合，验证了求解器预测能力。利用该求解器对0.1g 低重力条件下FC-72 双气泡核态池沸腾过程进行了三维数值模拟研究，揭示了低重力条件下气泡生长过程特点及其间相互作用机制，提供了理解低热流密度核态池沸腾传热机理的细观尺度物理图景。

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双重入结构液滴润湿转变的模拟研究

常宇煊, 张鑫磊, 陈彦君, 刘修良

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2274-2282.

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双重入结构因其优异的超疏水调控能力而备受关注。目前对双重入结构超疏水润湿转变的研究大都基于连续Cassie 润湿模型，而结构自身尺寸非连续性的影响并未得到充分的认识。本文采用三维伪势格子Boltzmann 方法，对双重入结构液滴润湿转变过程进行了模拟分析，发现液滴表观接触角在不同结构尺寸区间内阶跃分布，呈现多个Cassie 亚稳态区间。并且，本文从汽液固三相界面能相对大小变化的角度给出阐述：三相接触线钉扎作用及结构之间悬挂液面界面能变化综合影响了Cassie 润湿模式的阶跃变化，该过程将引发结构顶部的界面能突变，使得接触角在不同亚稳态区间离散分布。

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条状梯度结构吸液芯柔性平板热管传热特性

卢红岭, 贾力, 王宙

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2283-2289.

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随着可穿戴电子设备的不断发展，刚性结构热管越来越难以满足其散热需求，因此柔性平板热管研究领域备受关注。本研究制作了厚度为1.6 mm 的具有条状梯度结构吸液芯的柔性平板热管，实验研究分析了不同蒸汽腔高度、外形尺寸、丝网目数对热管均温性及热阻的影响。同时为了评估不同样式热管传热性能最佳时的充液率范围，提出了单位体积含液量的概念。结果表明当单位体积含液量位于0.0003∼0.0004 g·mm⁻³ 区间内，蒸汽腔高度为0.8 mm、具有7#200 目+ 2#350 目条状梯度结构吸液芯的柔性平板热管表现出卓越的传热性能，热阻低至0.205 °C·W⁻¹，同时能承受高达10 W 的加热功率。

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强对流条件下低温翼型结霜行为实验研究

夏斌, 徐向华, 梁新刚, 张昊元, 曾磊, 冯毅

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2290-2295.

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针对低温飞机机体进入暖湿空域时的结霜问题，根据其结霜特点，提炼其基础问题为强对流条件下低温翼型结霜的行为，并开展了结霜特性及结霜影响规律的研究。以NACA0012 翼型为研究对象，使用风洞提供翼型结霜实验环境，观测总结翼型表面的结霜特征，并监测霜层形貌变化情况及结霜速率，定量化地研究了来流速度、翼面温度和来流湿度对翼型结霜行为的影响规律。研究表明：翼面温度越低或者来流湿度越大，霜层生长越快，霜层越厚；来流速度越大，霜层生长却越慢，霜层越薄。此外，当来流湿度大于冰点的饱和湿度时，会进入湿模态结霜，霜面出现液态水膜，霜层呈现出起伏不平的波浪状形貌。

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TiO₂/SiO₂ 纤维掺杂粒子含量调控复合材料辐射特性

殷金英, 孙龙振, 宝伟芳

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2296-2300.

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采用时域有限差分方法(FDTD) 计算了TiO₂/SiO₂ 复合材料辐射特性参数，分析了含量和结构对辐射特性影响。结果表明无基底TiO₂/SiO₂ 复合材料光谱辐射特性随波长变化遵循TiO₂ 与SiO₂ 红外光谱峰值规律，而加入聚苯乙烯基、聚酰亚胺基体时体积占比20% 的SiO₂ 粒子掺杂TiO₂ 纤维复合材料吸收截面大于TiO₂ 粒子掺杂SiO₂ 纤维复合材料值1 倍左右，其阻隔热辐射能性能优于其它结构。

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三元氯化物熔盐深度势能分子动力学研究

何灿, 董文浩, 田禾青, 郭茶秀, 周俊杰

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2301-2308.

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NaCl-MgCl₂-CaCl₂ 三元氯化物熔盐是新一代聚光太阳能发电技术潜在的储热材料。本文将第一性原理模拟结果作为数据集，采用神经网络机器学习方法开发了三元氯化物熔盐相互作用势，进行深度势分子动力学(DPMD) 模拟，预测了NaCl-MgCl₂-CaCl₂ 熔盐在773∼1173 K 下的局域结构和热物理性质。结果表明，DPMD 模拟可以准确地计算三元氯化物熔盐的局域结构和热物性参数。阴离子Cl⁻ 与阳离子的结合能力强弱为Mg²⁺ > Ca²⁺ > Na⁺，配位数随温度升高逐渐降低，熔体结构逐渐松散无序。此外，密度、比热容和热导率等热物性参数均与实验测量值符合良好，离子自扩散系数变化符合实验规律。这些表明DP 势可以通过对复杂原子间相互作用的恰当描述，准确模拟液相熔盐的熔体结构和热物理性质。

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非辐射复合对近场热光伏系统饱和电流的影响

王天兵, 李松, 赵军明

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2309-2315.

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近场热光伏系统中，近场辐射对仅辐射复合下的饱和电流具有很大影响，采用恒定饱和电流假设的J-V 特性解析近似模型无法适用。然而非辐射复合必然存在，考虑非辐射复合时近场辐射对饱和电流密度的影响尚不明晰。本文对比仅辐射复合与所有复合过程条件下近场辐射对W-GaSb 热光伏系统饱和电流密度的影响，说明满足恒定饱和电流条件的复合机制，并分析这一机制所需的电池厚度及辐射器温度要求，确定解析近似模型的适用范围。结果表明，考虑非辐射复合后近场辐射对饱和电流密度的影响被削弱，非辐射复合占据主导时饱和电流密度恒定，解析近似模型适用。增加电池厚度会强化非辐射复合，这是由于热光伏电池厚度的增加会提升载流子扩散路径，进而提升非辐射复合。辐射器温度的降低会增强非辐射复合主导地位，这是由于低于系统最佳工作温度时，会降低近场辐射换热光谱与半导体带隙的匹配性，进而抑制辐射复合。0.4 µm 电池厚度下，为满足恒定饱和电流密度条件，辐射器温度不高于1200 K。本研究对热光伏系统的设计具有指导意义。

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带斜向连通沟槽的逆流微通道的换热特性研究

黄勃侨, 汪大海, 张朝阳

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2316-2323.

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随着科技的发展，传统的单相流散热已经难以满足高功率电子设备的散热需求，微通道两相流换热技术日益受到关注。本研究通过以R1233zd(E) 为工质的泵驱动两相流实验回路系统，设计了两种斜向连通沟槽逆流微通道热沉结构，研究了它们的换热效果、壁面温度和压降特性。实验发现，由于相邻通道中冷热流体掺混效果的增强，两种微通道结构在质量流量较高时，在高热流密度区间有更好的换热性能。高热流密度下这两种结构能显著降低通道两端的壁面温度，使微通道中部保持核态沸腾状态，相对于平直通道有较好的均温性，且两种结构的压降在高热流密度下也显著优于平直通道。

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基于梯度孔径微尺度铜反蛋白石的渗透性研究

刘栋城, 吴永佳, 张鹏, 高亚辉, 明廷臻

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2324-2331.

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铜反蛋白石(IO) 是一种可以精细控制孔隙结构的微孔金属，因其高毛细力、高渗透率和低热阻等特点备受关注。本文借鉴植物导管结构，通过模板组装和电化学沉积技术，制备出了具有梯度孔径铜IO。该结构结合了小孔的毛细驱动力和大孔的流动性及蒸汽排除能力。为评估其渗透性能，搭建了试验台进行表征，并构建了渗透率的数学物理模型，将模拟值和实验测量值进行了比较验证。结果表明：梯度孔径铜IO 的渗透率得到了优化。

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三元碳酸熔盐热物性能理论计算及实验研究

毛帅, 安周建, 杜小泽, 张东

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2332-2340.

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为解决碳酸盐在高温下易分解和工作温度范围窄的问题，本研究通过理论计算得到三元碳酸盐Salt 1(31.5%(wt)Na₂CO₃-31.5%(wt) Li₂CO₃-37%(wt) K₂CO₃) 的配方，并进行实验研究。此外还制备了四组不同配比的碳酸盐，并检测其热物性。结果表明，Salt 1 的综合热物性较好，其熔点和相变潜热分别为668.72 K 和322.06 J·g⁻¹。在653.15 K 开始熔化时，碳酸盐比热容缓慢增加。在766.15 K 下，比热容保持在1.5 J·g⁻¹·K⁻¹ 左右，在783.15 K 以上黏度低于0.01 Pa·s，具有良好的流动性能。样品Salt 1 的分解温度和热导率分别为1158.88 K 和1.325 W·m⁻¹·K⁻¹)。最后，在873.15 K 下保温100 h，在室温至873.15 K 冷却/加热100 次，混合碳酸盐表现出良好的热稳定性。

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Al-12Si/Al₂O₃ 高温定型相变复合储热材料的制备及性能研究

盛楠, 陆莎莎, 施松岑, 刘全胜, 朱春宇, 饶中浩

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2341-2347.

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本文以Al-12Si 合金微球为相变材料，以Al(OH)₃ 粉体为复合基体原料，通过对混合原料进行水煮预处理、压制成型、高温热氧化处理制成Al-12Si/Al₂O₃ 高温定型相变复合材料。对样品的宏观形貌、微观结构、相变特性、热循环稳定性、防泄漏特性进行测试分析，结果表明，在Al(OH)₃ 粉体添加量为50% 时制成的复合材料其封装效果最佳，能够有效阻止金属在高温熔化后泄漏，也具有良好的热循环稳定性，在100 次熔化凝固实验后保持完整、蓄热性能无明显衰减。本研究的定型相变复合材料在高温储热领域有着良好的应用前景。

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内置转子强化管的流动与传热数值模拟

欧根, 刘志春, 刘伟

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2348-2352.

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针对有关自转插入物的传统数值模拟方法的不足，本文引入六自由度模型，优化了转速求解过程，提出了一种新的数值模拟方法，对内置叶片型转子圆管的流动传热过程进行数值模拟，并与实验对比来验证模型的准确性。通过与固定转子的比较发现，转子的旋转使得管内换热性能略微降低的同时有效降低了流动阻力，自转转子的综合性能更为优异。此外，本文还分析了结构参数对管内流动换热的影响，可为后续的结构参数优化设计提供指导。

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质子交换膜燃料电池L 型泡沫金属流场研究

贡安一石, 夏玉珍, 胡桂林

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2353-2360.

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泡沫金属用作质子交换膜燃料电池(PEMFC) 的流场，存在气体分布不均，一些死角区域无法获得足够反应物，特别是在较高湿度下出现内部积水等问题。本研究设计了不同孔隙率泡沫金属组合的L 型阴极流场，基于多相流数值模拟研究质量传输和水管理。结果表明，相比于三种均匀孔隙率的泡沫金属流场(ε = 0.9、0.8、0.7)，阴极流场为L 型流场(LSF) 时，电流密度为1.8 A·cm⁻² 条件下阴极气体扩散层与催化层界面的平均氧气浓度分别提升了5.9%、2.4%、4.6%，此外，在出口的位置增设排水区域的L 型流场(LSF-D) 平均氧气浓度分别提升13.5%、9.7%、12.0%，平均水饱和度分别下降24.0%、25.9%、35.9%。因此，LSF-D 流场在改善传质的同时能显著提高PEMFC 的排水性能，有利于提高电池工作性能和使用寿命。

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压力对纤锌矿XN(X=Al, Ga) 材料热输运特性显著的调节作用

田鹏, 宋鑫, 李庆刚, 李文贺, 高宇飞, 唐大伟

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2361-2367.

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本文基于第一性原理和声子玻尔兹曼输运方程方法系统地研究了纤锌矿GaN、AlN 晶格热导率在单轴(z 轴) 和双轴(xy 轴) 压力作用下的变化特征。研究表明随着轴向压力的增大，GaN 的热导率呈现出非单调趋势(先升后降)，其热导率在单、双轴压缩作用下的最大增幅分别达到25%、48%；而AlN 的热导率则表现出单调的压力依赖性，在单双轴压缩下其热导率的最大增幅可达到60%。进一步，发现压力可以有效调控两种材料热导率的各向异性：在压力作用下，GaN 的热导率可由各向同性变为各向异性，而AlN 的热导率则可变为与零压状态相反的各向异性。此外，还分析了同位素散射对上述两种材料热输运特性的影响，以及轴向压缩对GaN、AlN 电子结构的影响，并与静水压力结果进行对比。本文研究为半导体热输运性能和带隙的压力调控提供了一些有意义的结果，将为相应材料的工程应用提供一定的导向性建议。

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微直肋管内置涡产生器流动与传热特性研究

王崇兆, 吴林凯, 李鑫鹏, 林志敏, 侯博, 王良璧

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2368-2381.

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采用数值方法探究了微直肋管内置涡产生器的管内流动与传热特性及不同结构参数如扭率(T_r = 3、4、5 和6)、涡产生器间距比(S_t/W = 0.83、1、1.25 和1.67) 和基带宽度比(W_b/W = 0.3、0.45、0.6 和0.75) 对强化传热性能的影响。结果表明：在Re = 3000∼30000 和所研究的结构参数范围内，微直肋管内置涡产生器的Nu_m/Nu₀ 和f/f₀ 分别为1.17∼2.16 和3.87∼5.07，强化传热因子JF 最大可达1.3；微直肋管内置涡产生器后，管内平均努塞尔数Nu_m 随着T_r 的减小而增大，而W_b/W 和S_t/W 对Nu_m 影响较小，尤其是在较低Re 下；而在较高Re 下，Nu_m 随着S_t/W 增大而稍有减小；在相同的Re下，管内f 随T_r、S_t/W 的减小以及W_b/W 的增大而增大。相较于光滑圆管、微直肋管、圆管内置涡产生器及扭带，微直肋和涡产生器各自优点相结合，共同起到了强化传热的作用，因而具有更好的换热效果。

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热处理增强石墨烯/硅基底界面热输运

刘文享, 孙强胜, 黄德钊, 黄小娜, 岳亚楠

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2382-2387.

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本文针对界面热调控问题，研究退火对石墨烯和硅基底间界面热输运的影响，通过拉曼热测量方法测量不同退火次数下石墨烯和二氧化硅/硅基底之间的界面热阻。实验结果表明，界面热阻值从未退火前的9.51 × 10⁻⁵ K·m²·W⁻¹ 降低一个数量级至5.00 × 10⁻⁶ K·m²·W⁻¹。主要原因为退火使得单层石墨烯与基底贴合更紧密，原子力显微镜测量结果表明，退火前后石墨烯表面粗糙度从0.609 nm 降低到0.433 nm。

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基于膜电极组件CO₂ 还原电解池的传质特性研究

杨康, 徐国梁, 段静静

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2388-2393.

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膜电极组件(MEA) 是电催化二氧化碳还原(eCO₂RR) 的关键部分，它将二氧化碳转化为有价值的化学品和燃料。本文提出了一种基于膜电极组件CO₂还原电解池的结构设计，同步实现CO₂ 的扩散和产物一氧化碳(CO) 的及时排出。实验考察了不同流道构型对于反应体系的催化活性、产物分布以及电流密度的影响，结果表明叶脉型仿生流道在2.5 V 槽压时，实现了高达96.72 % 的CO 法拉第效率，电流密度为115 mA·cm⁻²。结合数值模拟，建立起CO₂ 传质与电化学反应的耦合关系。

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基于纹影法的翻滚过程双扩散特性研究

胡志昊, 董亮, 左忠琪, 童莉葛, 吴平, 王立

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2394-2400.

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对于低温液空、液化天然气储罐的需求随着近年来储能技术的发展日益增长。研究人员大多通过数值方法探究低温混合物间双扩散对流引起的翻滚现象。但由于缺乏实验数据支撑，数值仿真模型在实际应用中的可信度仍有待提高。本文创新性地将纹影法应用于多组分混合物分层界面的双扩散对流研究中，设计并搭建了常温混合物双扩散分层可视化实验系统。通过调整盐水溶液浓度差、外热流强度及加热位置和PIVlab 后处理图像，获得了密度分层界面处翻滚时间、速度、涡量等参数与加热功率、界面两侧浓度差和加热位置的关系，并提出了加热功率、Ra 数与混合物翻滚出现时间的拟合关系式，可为预防低温混合物翻提供有效参考。

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喷雾撞壁过程中液膜形成与演化研究进展

骆洪亮, 许茹, 陆超, 王怀宇, 刘岱, 王洋, 熊仟, 刘龙

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2401-2414.

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全球碳减对内燃机提出新的挑战，绿色低碳、节能减排与高功率密度将是未来内燃机的主要发展方向。随着高压直喷射流技术的应用，未来不论是传统燃料还是绿色低/零碳燃料，缸内直喷射流所引起的“湿壁” 问题都不可忽视。为此，本文综述了国内外对燃料液膜的定量测量方法、液膜形成机理、计算仿真模型等相关研究成果, 并针对液膜蒸发特性详细阐述了温度以及其他复杂环境耦合作用下液膜蒸发演化机制。最后本文对今后研究做了展望，指出在内燃机未来绿色甲醇直喷撞壁问题和对应的“湿壁” 特性是值得关注的热点问题，关于甲醇燃料发动机液膜模型构建、仿真标定与高精度计算以及与之对应的液膜削减策略等研究都是工程热物理领域未来研究的重点和难点问题。

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水蒸气稀释下富氢燃料/纯氧预混射流火焰回火特性

覃思博, 么强, 吕海陆, 张扬, 张海

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2415-2426.

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富氢燃料作为典型低碳能源，在“双碳” 大背景下受到广泛关注。微混燃烧及水蒸气稀释燃烧能显著降低富氢燃料回火风险。本文通过微混单喷嘴射流火焰实验，获得了水蒸气稀释下不同富氢燃料回火边界的变化规律。实验发现，所用富氢燃料的回火过程都呈现出边界层回火特征。水蒸气稀释比、燃料含氢量、当量比会对回火时刻的平均出口流速、层流火焰传播速度、喷嘴边缘温度等参数产生较大影响，进而影响回火过程。基于边界层回火临界速度梯度理论建立了水蒸气稀释下不同富氢燃料微混单喷嘴射流火焰回火边界的预测模型，模型预测值均能在定性及定量上符合实验值，预测误差小于17%。

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稀释剂对氢气层流燃烧速度影响的实验和数值研究

吕森林, 胡二江, 殷阁媛, 黄佐华

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2427-2434.

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本文在定容燃烧弹实验平台，测量了不同N₂ 和CO₂ 稀释比例下的H₂/空气的近贫燃层流燃烧速度。利用数值模拟结合实验数据验证了六种H₂ 机理，并最终选用NUIG 2013 机理结合伪稀释气体法开展了四种稀释剂(N₂、AR、HE 和CO₂)化学效应、物理效应以及全局效应的研究，最后开展了化学反应动力学分析。结果表明，H₂/air/稀释剂预混火焰测量的最小层流燃烧速度约为2 cm/s；在近极限工况，不同机理模拟预测值偏低，明显低于实验值。稀释抑制能力CO₂>N₂>AR>HE，CO₂稀释气的化学效应抑制作用最强，HE 稀释气抑制作用最弱，这得益于其强于其他三种稀释剂的高热扩散率以及低比热容。化学反应动力学分析表明，随着稀释剂的增加，反应H+O₂+M ⇔ HO₂+M 的敏感性增强，稀释剂作为系统第三体M 控制着反应速率，此反应的速率差异可能是造成近极限处机理预测和实验值差异的原因。

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钝体温度对贫燃预混火焰形态与结构的影响

蔡思琪, 杨文泉, 李朗, 万建龙

工程热物理学报. 2025, 46(7): 2435-2439.

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为进一步提升钝体稳燃下的贫燃预混火焰性能，揭示钝体温度对贫燃预混火焰动力学的影响，本文通过实验和数值模拟研究了钝体温度对甲烷–空气贫燃预混火焰形态与结构的影响。采用了三种温度的钝体：火焰–钝体自然热耦合(NHB)、钝体外表面温度为600 K(HB-600) 和外表面温度为900 K(HB-900)。结果表明，在HB-900 工况下，贫燃预混气的可燃极限显著拓宽，并首次在刘易斯数为1 下观察到了稳定滞留火焰。之后，通过数值模拟揭示不同温度钝体稳燃下的火焰结构。NHB 工况下，火焰包括绝热区和混合区；HB-600 和HB-900 工况下，火焰包括绝热区、过度反应区与弱反应区。本研究为采用控温钝体提升贫燃预混火焰性能提供了理论基础。

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