工程热物理学报

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杨新乐, 赵晨毓, 卜淑娟, 李惟慷, 于宁, 戴文智

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2441-2452.

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为解决低压级热源温度与蒸发压力不匹配问题，在基本串联双压有机朗肯循环(dual-pressure organic Rankine cycle,DPORC) 系统基础上提出一种双气液分离器的DPORC(double gas-liquid separator, DS-DPORC) 系统。对比分析DPORC与DS-DPORC 系统热力性能；并分别采用传统㶲与先进㶲分析方法对优化后DS-DPORC 系统及各部件改进潜力和相互影响关系展开研究。结果表明：高、低压级循环分别存在最佳蒸发压力使得两系统热力性能达到最优，优化后DS-DPORC 相比DPORC 净输出功提升10.02%，㶲效率提升10.4%；传统㶲与先进㶲分析方法获得DS-DPORC 系统各部件优先改进顺序有所区别，前者认为㶲损最高的预热器具有最大改进潜力，而后者综合考虑可避免㶲损率及实际㶲损认为高压透平改进优先级最高，且各部件㶲损大部分为内源㶲损，各部件间相互依赖性较差。

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锰掺杂改性钢渣用于钙基热化学储能特性研究

李文杰, 李晨光, 雷少敏, 郭欣

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2453-2462.

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钙循环技术(CaL) 因其耐高温、高储热密度，与聚光太阳能(CSP) 电站高度契合。然而，CaO 循环稳定性差、吸光性能差，限制了系统的整体效率。本研究以钢渣为原料，通过醋酸浸渍并掺杂不同比例的锰来制备新型钙基材料。结果表明，掺杂5% 锰的材料性能最佳。通过热重测试和30 次循环储热实验，与CaO 相比，吸附速率提高85%，储能密度提升73%。此外，其吸光率为CaO 的9.5 倍。光驱动模拟实验也进一步验证了其在系统中的应用潜力，展示了用于新一代CaL-CSP 系统的广泛前景。

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基于不同光伏电池的水冷型PVT 热泵系统性能分析

刘蕾, 姜山, 李鑫盛, 贾腾, 赵耀, 代彦军

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2463-2470.

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对基于不同光伏类型的水冷型PVT(光伏光热一体化) 热泵系统进行了仿真研究。建立了光伏电池能量损失模型与水冷型PVT 热泵系统数学模型，并进行实验验证。分析了PERC(钝化发射极和背面电池)/TOPCON(隧穿氧化钝化接触电池)/HJT(异质结电池) 三种高效单晶硅光伏组件在不同温度下的能量分布、计算得出温度系数。结果显示不同电池的温度敏感性不同，其中HJT 温度系数的绝对值最低，为−0.27%。比较了基于3 种电池的水冷型PVT 热泵系统在全年典型日下的性能，表明HJT 组件发电效率相比PERC 可提升12%∼15%，典型日平均COP 相比PERC 系统仅降低了0.8%∼1.3%，选用高性能光伏组件是PVT 热泵系统提质增效的有力途径。系统夏季COP 可达7.11，冬季COP 可达4.62。

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低温环境下S-CO₂ 混合工质布雷顿循环系统热力学性能分析

牛晓娟, 付亚楠, 雷有哲, 岳桂磊, 祁磊, 洪文鹏, 司和勇

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2471-2480.

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超临界二氧化碳(S-CO₂) 布雷顿循环应用于深海、极地等低温冷源场景时，压缩机入口温度受限于CO₂ 的临界参数(30.98°C) 而无法进一步降低，在CO₂ 中添加第二组分工质是调整临界温度、提高系统循环效率的有效途径。本文对低温环境下的S-CO₂ 混合工质布雷顿循环系统进行热力学性能分析，选取SF₆、Xe、Kr、Ar 气体作为添加工质，分析主压缩机入口温度、透平入口温度、透平入口压力和分流比在不同工质和不同临界温度下对系统循环热效率的影响。结果表明，加入上述添加剂均能提高循环热效率，其中加入Xe 和Kr 对系统循环热效率的提升最大，在混合工质临界温度为14°C 时，CO₂-Xe 和CO₂-Kr 相对于纯CO₂ 的最佳循环热效率增加分别为2.4%、2.3%

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铯热离子–温差热电混合发电系统建模及优化

马方惟, 张昊春, 邓明浩, 罗曦

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2481-2491.

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随着空间探索任务的不断深入，对高效、可靠的空间核电源需求日益迫切。本文建立了一种由铯热离子能量转换器(Cesium Thermionic Energy Converter, CTEC) 和温差发电器(Thermoelectric Generator, TEG) 组成的静态混合动力发电系统的数学模型，考虑了CTEC 模块的不可逆热损失和附加能垒，以及TEG 模块的汤姆逊效应。探究CTEC 输出电压、阳极功函数、TEG 电流对系统输出功率、转换效率的影响。结果显示：混合发电系统的输出功率与转换效率随CTEC 输出电压的增大呈抛物线关系，减小阳极功函数有利于提高系统性能，TEG 电流变化对系统影响较小，通过效率随输出功率的变化确定了该系统的最佳工作区间，为今后CTEC-TEG 混合发电系统的优化设计和应用提供了参考。

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CO₂-煤气化耦合绿氢制备甲醇系统集成

郑雅文, 王珺瑶, 刘建辉, 何松, 曾雪兰, 杨光

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2492-2504.

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传统的煤化工行业面临着高能耗和高CO₂ 排放的问题。为了提高能量效率并减少CO₂ 排放，提出了一种将CO₂ 间接加氢与煤化工集成的新系统，即将CO₂ 作为气化剂送入煤气化炉，同时将绿氢送入化工产品合成单元调节氢碳比的新系统。以甲醇生产系统为例，研究了新系统的热力学和环境性能。结果显示，新系统的较优运行条件为CO₂/煤比在0.2∼0.25，O₂/煤比在0.75∼0.8 范围内，此时系统的能量效率和节煤率分别在57% 和56% 左右。与CO₂ 直接加氢和传统煤制甲醇系统相比，新系统可以实现56.4% 的节煤率。此外，新系统通过CO₂ 利用和采用可再生能源实现了94.8% 碳利用效率以及-0.06 t (CO₂)/t(甲醇) 的净CO₂ 排放。而传统的煤制甲醇系统的碳利用效率和净CO₂ 排放分别为32.6% 和2.8 t (CO₂)/t (甲醇)。当可再生电力价格降低至0.15∼0.20 CNY/kWh，新系统甲醇生产成本为1900∼2300 CNY/t，在经济性上也具有较大的优势。因此，新系统为煤化工行业实现低碳排放和高效的化学能转换提供了可行的技术解决方案。

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基于微纳超材料结构的热光伏发射器研究进展

袁昆鹏, 陈冰虹, 徐珺涵

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2505-2519.

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微纳超材料结构由于其可调谐的选择性吸波或辐射特性，被广泛应用于热光伏系统中选择性热发射器的研究。本文从热光伏系统常用的光伏电池出发，针对几种光伏电池的外量子效率进行理想化辐射光谱分析，之后基于文献调研解释超材料发射器光谱调控机理并分析其性能指标。最后，根据辐射光谱，归纳现有超材料发射器结构并按时间顺序总结热光伏系统的实验研究，并在展望部分针对目前技术发展的挑战列出对策，为未来热光伏技术的发展提供理论指导。

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梯度组分阳极对SOFC 电化学性能影响的数值研究

付佩, 曹自强, 陈颖, 谢洋, 刘青山, 陈轶嵩

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2520-2531.

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固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 是一种高效利用氢能的新型绿色能源技术，应用范围广泛，有利于转变我国的能源结构。对于平板式阳极支撑型SOFC，梯度阳极设计被认为是一种有望提高其综合性能的重要结构。本文针对梯度组分阳极SOFC 开展数值研究，通过建立等温工况下三维多物理场耦合模型，模拟了SOFC 内部的气体传输现象与电化学反应过程，通过对比梯度组分阳极SOFC 与均质组分阳极SOFC 的传质特性与电性能，深入分析了梯度组分阳极对SOFC 性能的影响机理，揭示了梯度组分阳极设计的优越性。研究发现，在均质组分阳极SOFC 中，随着电子导体体积分数的增加，阳极流道和多孔阳极中的氢气摩尔分数增大，梯度组分阳极设计的SOFC 中氢气摩尔分数分布较高，有效提高了多孔阳极的传质性能；相较于均质组分阳极SOFC，梯度组分阳极设计在减小活化极化损失和欧姆极化损失方面不具有明显的优势，但可以显著减少浓度极化损失，降低阳极的总极化损失；在本文的模型中，梯度组分阳极设计SOFC 的最大输出功率密度为1.24 W·cm⁻²，相较于阳极电子导体体积分数为0.65、0.50 和0.40 的均质组分阳极SOFC，增幅分别为28.40%、9.13%和10.68%，梯度组分阳极设计可以显著提高SOFC 的电性能。本研究可为SOFC 梯度阳极组分的优化设计提供理论指导依据。

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基于螺旋流道太阳能有序制氢反应器性能研究

李梁, 苏博生, 袁妁, 蔡嘉豪

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2532-2543.

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针对碟式太阳能聚光器产生的不均匀光斑的问题，本研究提供了一种新的解决思路，从化学反应本身吸热特征与受热面温度场的匹配性出发，设计了一种与聚光光斑温度梯度相匹配的新型螺旋流道太阳能有序制氢反应器。通过引入螺旋反应进程，反应器受热面最大温差从450 K 下降至279 K，温度的下降能够明显提高反应器材料的物理性能，缓解反应器由聚光不均匀引发的材料疲劳和安全问题。通过与盘式反应器对比研究发现，在同等合适的边界条件范围下，螺旋流道太阳能有序制氢反应器受热面最大温差降低了200 K，甲烷相对转化率提高了7.6%，太阳能相对热化学利用效率提高了9.8%。

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基于前尾缘精确控制的超音速压气机叶型参数化设计方法研究

唐宇安, 阳诚武, 赵胜丰, 卢新根, 邓坤盈

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2544-2556.

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超音压气机叶型面临着进口高马赫数带来的激波损失增加和激波与附面层之间强烈干涉等难题，这些因素严重限制了超音叶型的实际应用，而超音叶型的造型方法对叶型流动和损失影响显著。本文以唯一进气角理论为基础，将进口马赫数、气流角和叶型进口段设计参数关联，采用前尾缘精确控制方法，结合多段低阶Bezier 曲线发展了超音压气机叶型参数化造型方法。利用该参数化方法对ARL-SL19 叶型进行了拟合，并通过Fluent 数值计算验证了造型方法的高精度特性。在此基础上，设计了进口马赫数适用范围1.6∼1.7 的超音叶型，并开展了喉道面积和喉道位置对叶栅流动和性能的影响机制研究。结果表明，喉道参数主要通过改变激波系的结构而影响超音叶栅的性能和流动；而喉道面积比是影响总压损失的关键因素；叶栅的喉道面积比越小、喉道位置越靠前，其总压损失系数越小，但做功的有效范围也越小。

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非轴对称端壁对压气机叶栅迎角特性的影响

郭汉文, 金东海, 于豪, 张健成, 戴宇辰, 刘西武, 桂幸民

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2557-2565.

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基于三维反问题设计方法研究了非轴对称端壁对压气机叶栅迎角特性的影响。反问题设计方法通过在端壁上给定静压分布迭代出相应端壁形状，使流动机理得以介入设计过程。反问题设计中，定量地给出合适的端壁压力分布是一个重要的问题。通过横向流的动力学模型来确定端壁上的横向压力分布，进而探讨0◦ 迎角下设计的非轴对称端壁在不同迎角下对角区流动的影响。结果表明，在保证吸、压力面压差不变的情况下，局部加强叶栅通道后段吸力面附近的横向流，可以将端壁边界层内速度较高的流体引入角区，从而抑制角区分离。在−4◦ ∼ +8◦ 迎角范围内，角区分离均得到有效控制，在+4◦ 迎角下，流动控制效果最好，叶栅总压损失降低了13.5%。

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热喷流中的相干尺度及声场分析

李鸿儒, 刘琪麟, 赖焕新

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2566-2575.

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为了揭示喷射流场中温度对气动噪声的影响，本文对马赫数M = 0.9，喷口温度与环境温度比T_j/T_∞ = 2.0 和3.4 的热喷流进行了大涡模拟研究，分析了流场的自相似统计特征。针对前人基于特征尺度的偶函数相干函数模型及其存在的缺陷，本文考虑热喷流中相干函数上下游不对称现象，构建了一个半经验模型并用于波包模型声场预测，改善了对大尺度结构主导的小角度远声场预测结果。采用特征尺度的简化线性拟合模型，结果表明线性模型也可以起到好的预测效果。文中进一步讨论了线性模型参数的影响。

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基于LES-FEM 方法的低比转速离心泵流噪声特性研究

顾嘉嵘, 高波, 倪丹, 张宁, 王非凡

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2576-2583.

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为了探究低比转速离心泵流噪声分布特性，本文基于大涡模拟(LES) 结合有限元(FEM) 的混合法对不同工况下泵内部声源特性进行求解，获得了泵内部流噪声频域响应特性，揭示了不同声源对流噪声的贡献，并基于傅里叶逆变换(IFFT) 对频谱进行转化，阐明流噪声随时间的变化规律。研究表明：由于动静干涉作用，叶轮出口具有较高的声功率；叶片偶极子噪声主要受流体作用在叶片表面的脉动载荷激励，呈现典型的宽频噪声，随着流量增加，叶片载荷增加，泵出口平均总声压级提高；蜗壳偶极子噪声主要受动静干涉作用激励，呈现典型的单音噪声分布，叶频分量的离散信号幅值明显；随着流量增加，噪声能量逐渐增加。

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涡轮叶片典型圆孔气膜冷却与热障涂层融合特性

浦健, 赵巍, 赵庆军, 朱志豪, 雒伟伟, 马广健

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2584-2596.

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为建立近孔区气膜冷却与热障涂层融合设计方法，基于热流弱耦合数值模拟技术，以典型圆形气膜孔为对象，在热障涂层隔热热阻和冷气流量变化下，探讨了气膜孔基材敷设涂层和基材裸露设计对不同曲率气膜板金属综合冷却效率的影响。结果表明：基材裸露设计在薄型涂层和小冷气流量下并无显著优势。涂层增厚时，合理的基材裸露构型可诱导金属冷效提升2∼3 倍，但其对构型参数强烈的敏感性增加了工程实现难度。针对涂层诱发的缩孔效应，利用堵塞规律形成预扩孔径可实现等价冷效。

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多台压气机串并联增压系统匹配分析方法研究

王啸宸, 顾春伟

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2597-2605.

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压缩空气储能等领域对增压系统压比、流量等调节范围提出了很高要求，需采用多台压气机串并联设计，以满足复杂工况的安全稳定运行，给系统匹配的准确预测和运行调节带来巨大挑战。本文提出了基于压气机通流计算的多台压气机串并联增压系统匹配分析方法，基于自主开发的压气机二维通流工具，建立了压气机通流和管路一维特性耦合计算的预测模型及平台，具备增压系统启停、升负荷等过程的准稳态匹配分析功能。针对某多台压气机增压系统，计算了不同运行模式的运行窗口和启停过程，分析了旁路放气、可调导叶等调节策略对启停特性和匹配规律的影响机制，为多台压气机增压系统设计、分析与运行提供了更加完备可靠的理论方法和工具。

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混合型添加剂氨基溶液的CO₂ 捕集与氨逃逸研究

杨宁, 揣宇恒, 唐鸿强, 郝敬洋, 郜时旺, 包志铭, 焦魁

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2606-2613.

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氨法碳捕集存在氨逃逸问题，导致环境污染和溶剂损失，限制了其工业化应用。本研究制备了Fe₃O₄@SiO₂ 纳米颗粒和Ni²⁺/Co²⁺ 金属离子混合型添加剂，探讨其在氨水溶液中的协同作用机制，结合气液传质分析研究，考察了不同浓度添加剂对氨法碳捕集性能的影响。结果表明，Fe₃O₄@SiO₂ 纳米颗粒浓度ω(Fe₃O₄@SiO₂) = 0.27 时，CO₂ 吸收性能达到最佳，吸收率为56.28%；Ni²⁺/Co²⁺ 浓度为0.09 mol/L 时，氨抑制率最佳为54.19%。针对氨逃逸问题在Fe₃O₄@SiO₂ 纳米颗粒的氨溶液中添加Ni²⁺/Co²⁺ 添加剂，混合添加剂的吸收率和氨逃逸抑制率处在单独添加Fe₃O₄@SiO₂ 和Ni²⁺/Co²⁺ 两者之间，在兼顾碳捕集能力的同时降低了氨气的逸出。

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上升管内气液两相流多尺度能量分布特性研究

李乃良, 刘力闻, 刘常松, 杜雪平

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2614-2621.

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开展上升管内气液两相流动力学运动特性研究，可为流型的准确识别和监测提供理论依据和数据支撑。从能量分布的角度实验研究了上升管内空气–水两相流泡状流、弹状流、环状流和段塞流的相间作用机理。基于多分辨率分析方法，利用db2小波将上升段压差信号时间序列分解到1∼8 尺度上，计算得到了各流型压差信号细节分量的无量纲能量，揭示了流型的多尺度能量分布机理。结果表明，泡状流的能量分布为双峰结构，而环状流、弹状流和段塞流的能量分布为单峰结构，且段塞流能量主峰对应的尺度最大，而环状流能量主峰对应的尺度最低。不同流型的能量分布尺度和主峰对应的最大能量存在明显区别，可将压差信号的多尺度能量分布作为流型识别的有效依据。

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二元密度椭球体在旋转滚筒内的径向混合与分离

谢磊, 丁诺, 单继鹏, 陈华, 王淑彦

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2622-2629.

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本文采用离散元法(DEM) 研究了不同密度的二元椭球颗粒在滚筒中的径向混合和偏析行为，椭球颗粒采用多球模型构造，分析了颗粒长径比和密度比对混合质量和偏析程度的影响。模拟结果表明，轻颗粒倾向于占据颗粒床的壁面区域，而重颗粒则集中在颗粒床的中心区域。随着颗粒长径比偏离1，即扁圆形或扁长形颗粒，混合指数增加，最终偏析程度降低。在运动过程中，颗粒以平动为主，椭球体更容易发生旋转。轻颗粒与重颗粒的密度比的降低可以增大偏析程度，并且颗粒的平动动能随密度比的增大而增加；相比于重颗粒，轻颗粒的转动动能更易受到颗粒密度比变化的影响。

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壁面温度对燃油液滴撞壁后飞溅规律影响的实验研究

靳爽, 张卫正, 郭镇瑶, 颜杰, 原彦鹏, 石智成

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2630-2640.

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为了揭示壁面温度对燃油液滴撞壁后飞溅现象的影响机制，本文搭建光学实验系统开展壁温对燃油液滴撞壁后飞溅现象的可视化研究。实验结果表明，在壁面温度−40∼400°C 和韦伯数42∼720 下，燃油液滴撞壁出现沉积、飞溅、破碎、二次雾化及反弹等行为模式。飞溅现象由于液冠结构破裂差异可分为先边缘脱落后整体破裂和液冠直接破裂呈现环形或指状溅射两种子模式。这主要是驱动液冠边缘脱落及整体破碎的不稳定性差异导致。壁温上升抑制了液冠结构的形成，飞溅现象逐渐减弱，且飞溅发生时刻液冠的量化参数(无量纲直径和高度) 也随壁温升高而大幅下降。将壁温对飞溅的影响概括为液体片层形成中的传热及液冠形成后受近壁处变温气体的气动作用，基于定性温度假设分析建立液滴撞击不同温度壁面的飞溅速度阈值预测模型，其能够反映飞溅现象受壁温影响的变化规律，也能较好地预测相关文献中的实验结果。

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基于离散多相流的宽域飞行器结冰数值研究

孙志欣, 刘汉涛, 李海桥

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2641-2651.

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本文基于离散多相流理论，采用雷诺平均N-S 方程和k-ε 湍流模型求解了气流流场，应用欧拉法计算获得了水滴运动轨迹和壁面撞击率，利用移动网格法实现了结冰后表面网格重构，通过多时间步长的冰层增长计算，完成了宽速域飞行器的三维结冰计算和分析，获得了飞行攻角和飞行器几何构型对水滴撞击特性、结冰冰形及分布位置的影响规律。研究发现，亚声速飞行的翼身组合体前缘钝化程度越大，上下表面形成的水滴遮蔽区越大；宽域飞行器翼型主要为菱形薄翼，前缘较尖锐，水滴撞击和结冰分布范围较大，结冰主要集中在机身头部、机翼和垂尾前缘，宽域飞行器机翼具有后掠角越大冰形越小的结冰特性，在边条翼上未出现结冰现象；随着攻角的增加，结冰向垂尾稍部和外侧靠近，机翼后掠角的增加会减小水滴撞击率，水滴撞击率最大减小了约75%，有效抑制了结冰；在AOA=8° 状态下，宽域翼型结冰后机翼升阻比降低约13.6%。这些研究工作可为宽域飞行器的结冰特性研究提供参考。

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电容去离子技术在离子选择性分离中的研究进展

顾海波, 石睿晗, 沈子博, 顾艺豪, 李卓, 毛云峰, 陶文铨

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2652-2659.

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电容去离子技术(CDI) 作为一种新兴的离子分离方法，尤其具有选择性去除目标离子的特点，近年来在环境保护、资源回收等领域受到了广泛关注。本文聚焦于CDI 技术在离子选择性去除方面的独特优势，重点探讨了电极孔隙结构特征、数值模拟方法在CDI 研究中的应用，并分析了最新的研究进展。在电极孔隙结构特征方面，通过对已报道阳离子和阴离子选择性吸附研究的分析，归纳了三种假说：价态型、亲和型和尺寸型，讨论了在不同效应下的CDI 内在选择性机理；在数值模拟方面，总结了宏观传质模型、格子玻尔兹曼方法和分子动力学模拟在CDI 研究中的应用，展示了其在电容去离子过程分析和优化研究中的重要作用。通过对当前CDI 选择性研究现状的总结与分析旨在为该技术进一步的深入研究提供有益的参考。

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基于模型耦合的多介质复合材料导热系数预测

马令勇, 李昕瑶, 王志国, 刘洋, 李清

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2660-2668.

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提升建筑材料储热性能及其对太阳能的利用率是实现建筑节能的有效方法。本文针对一种多介质复合的建筑储能新材料进行研究，提出了适用于该种材料的导热系数的计算模型，并通过材料制备及实验对计算模型进行对比分析。研究发现，通过广义自洽模型与等效介质理论模型耦合最终推导出的等效导热系数符合实验测试和串并联模型得出的结果，适用于预测该种结构的材料等效导热系数。随着相变玻璃珠含量增加，材料整体的导热系数越小，储热性能越好，过程呈线性变化趋势。

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纳米粒子对氧化铝泡沫骨架表面光谱辐射特性的影响

刘博, 冯杰, 时国华, 王子昂

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2669-2675.

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在氧化铝泡沫骨架表面附着纳米粒子可有效影响其光谱辐射特性。本文构建了具有Au 实心球结构、Au-Si 双层核–壳结构、Au-Si-Au 三层结构的纳米粒子结构模型，改变其尺寸参数，利用FDTD 方法计算了不同粒子结构在200∼2000 nm 入射波段的光谱吸收因子，比较了纳米粒子引起的局域电磁场变化差异，同时，对于构建的不同微尺度结构模型，进行了光谱反射率计算，分析了纳米粒子对骨架表面辐射特性的影响。结果发现，Au-Si 双层核–壳结构的纳米粒子具有较好的宽光谱吸收特性且具有明显的光谱调控特征，将纳米粒子附着在氧化铝泡沫骨架表面，可以有效增强其对入射辐射的吸收性能，优化纳米粒子的尺寸和内部结构，可在不同波长处对辐射物性进行调控。

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刀板结构介电液体浸没射流冷却实验研究

孙志浩, 张梓瑶, 易红亮, 吴健

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2676-2683.

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基于主动施加电场驱动的流动技术具有无运动部件、智能控制、低功耗、低震动等内在优势，非常适用于微重力空间下的热管理。本文对非对称刀片–平板电极结构内电场驱动25# 变压器油浸没射流冷却流动及传热特性进行了研究. 实验结果表明：平均传热努塞尔数随着施加电场强度增强而增加；刀电极施加负极性电压强化传热效果更加明显，平均努塞尔数最高可提升82.5%，电场功耗仅为0.036 W；库伦力为电场强化流动传热的主要作用力。

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应用TFE 材料的升华发汗复合冷却特性实验研究

麻玉龙, 吕玉妹, 吴万范, 伍楠, 贺菲, 王建华

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2684-2692.

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升华-发汗冷却是一种先进的主被动一体化冷却技术，通过在多孔结构表面涂覆可升华涂层材料，实现局部高热区域的高效冷却和自适应冷却，可用于解决航天飞行器在极端热环境下的热防护问题。利用高温喷枪和高温风洞实验台，研究了三种TFE(四氟乙烯类聚合物) 涂层材料(PTFE、ETFE、PFA) 应用于升华–发汗复合冷却技术时的热响应特性和冷却效果，分析了该技术非稳态过程的冷却机理。研究结果表明，结构表面的温度变化主要受涂层材料热物性的影响，结构表面温度分布受到高温主流和涂层材料物相变化的耦合影响。相较于其他两种四氟乙烯类聚合物(ETFE、PFA)，PTFE 材料具有较好的热响应特性和冷却效果。

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多层环形辐射加热器结构热试验热流分布研究

邢宏杰, 梁勇, 张龙飞, 刘兵, 周致富

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2693-2701.

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固体发动机地面结构热试验中，通常采用石英灯辐射加热发动机壳体来模拟其高速飞行时受到的气动热。为了研究复杂结构石英灯辐射热加载的均匀性与效率，本文提出了一种基于蒙特卡洛法的多层环形石英灯加热器对圆柱形发动机壳体表面辐射热流预测的模型，并搭建了石英灯阵辐射热流密度测试系统，对模型的准确性进行了实验验证，模拟结果的平均绝对误差小于7.44%，且误差矩阵的标准差小于8.74%。进一步探究了石英灯层间距、灯管辐射角度以及灯管与壳体的距离对辐射分布的影响。结果显示，灯管与壳体的距离对辐射场均匀性影响最为显著；边缘效应与灯管层间距将会在试件表面产生严重的辐射低谷；合适的灯管辐射角对均匀的辐射分布和较高的辐射效率有积极意义。

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螺旋锯齿翅片管束通道内涡流和传热特性研究

杨瑞霞, 王国龙, 王朝霞, 林志敏, 侯博, 王良璧

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2702-2714.

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采用数值方法研究了不同结构参数下的螺旋锯齿翅片管束通道内流动瞬时涡流特性和传热特性及其作用关系。结果表明：在研究范围内，时均努塞尔数随横向管节距的减小而增大，随纵向管节距和翅片间距的增大而增大，时均欧拉数随横向管节距的增大而减小，随翅片间距的增大而减小；涡脱落频率随着横向管节距的增大而减小，随纵向管节距和翅片间距的增大而增大。卡门涡的脱落可以使翅片管局部换热更均匀，在卡门涡不易脱落时，翅片管前排有更多的热量传向了低温的流体，但在翅片管后的换热效果明显变差，导致翅片管前后温差变大，易导致翅片管的局部损伤。在所研究的结构参数范围下获得了时均努塞尔数Nu、时均欧拉数Eu 与斯特劳哈尔数St 与所研究的结构参数与雷诺数Re 的拟合关系式。

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双壁碳纳米管的热泳特性模拟研究

王雨霏, 王军, 夏国栋

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2715-2721.

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本文基于分子动力学模拟方法，研究了温度梯度导致的双壁碳纳米管热泳驱动现象。当内管存在温差时，外管总是沿着轴向由高温向低温方向运动。但是，外管的布朗运动给热泳力及其分力的计算带来一定的困难，其热泳机制尚不明确。本文通过对外管施加简谐回复力，计算得到了外管所受热泳力。结果表明，热泳力包括由内外管间相互作用势能引起的梯度力和由外管边缘势垒引起的边缘力两部分。热泳力及其分力的模拟计算结果与理论公式吻合较好；外管所受热泳力与温度梯度和内外管平均直径成正比；随着外管长度增长，梯度力逐渐增大；当系统温度升高时，内外管之间的相互作用势能增强，因而其热泳效应也会得到增强。本文揭示了双壁碳纳米管的热泳机理及其影响规律，有助于理解固体表面的热泳现象。

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不同大气稳定度下污染物扩散的多尺度问题研究

杨锋, 王佳齐, 陈一, 陈微秋, 崔鹏义, 黄远东

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2722-2729.

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随着复合型空气污染问题日益凸显，大气污染物在跨尺度空间中扩散问题成为研究的热点。本文应用CFD 数值模拟方法，通过建立街道尺度内大气污染物扩散模型，来研究不同大气稳定度条件下室内外污染物跨尺度扩散的运动规律。研究表明，稳定大气条件比中性和不稳定条件更不利于污染物扩散，而在同一大气稳定度条件下的建筑群，交错排列比方阵排列更有利于室内外污染物的扩散。本研究所得结论为更全面优化城市建筑布局提供参考依据。

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基于超声非侵入测温测热技术的飞行试验研究

崔悦, 魏东, 刘深深, 杜雁霞, 桂业伟

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2730-2740.

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为获取高速飞行器服役时的结构内部温度变化特性，提出了一种基于超声波声时的无损测温测热技术方法，实现对飞行器结构表面热流及其内部温度场的测量。建立了超声测温测热数理模型，发展了超声测温测热方法，结合航天飞行试验实际，对测量装置进行了改进设计。地面验证实验得到的温度场整体重建偏差约为1.7°C，并研究了厚度尺寸和波速与温度标定关系对超声测量结果的影响，初步验证了超声测温测热方法的可靠性。最后，超声装置在航天飞行试验中进行了搭载测试，获得了飞行器飞行过程中测点位置处沿结构壁厚方向的一维动态温度分布和外壁面热流，其结果与在飞行器结构内表面预先设置的温度传感器辨识结果规律基本保持一致。飞行试验研究表明：超声测温测热技术方法能够做到在线监测飞行器结构内部温度变化特性，为飞行器结构热安全评估提供了新思路和新方法，具有重要的工程应用价值和前景。

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3D 打印高岭石催化填料强化胺溶液CO2 解吸机理研究

孟如萍, 江砚池, 姜俊锋, 刘健, 孔成栋, 张忠孝

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2741-2748.

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使用固体酸催化剂和混合胺吸收剂是降低化学吸收法吸收剂再生能耗的有效途径之一。本文采用3D 打印方法制备了固体酸催化剂，结合连续鼓泡反应器，探究了其对混合胺溶液再生过程的强化机制。相较于未添加催化剂的吸收剂，3D 打印催化剂使3 mol/L MEA+3 mol/L MDEA、4 mol/L MEA+2 mol/L MDEA 及5 mol/L MEA 吸收剂的解吸速率峰值分别提升了3.0 倍、2.7 倍和2.2 倍。此结果表明，混合胺吸收剂在添加3D 打印催化剂后，解吸速率提升效果优于传统5mol/L MEA溶液，归因于混合胺提供了更多质子受体，通过多样化质子转移途径降低了活化能。计算机视觉分析催化解吸产生的CO₂ 气泡显示，3D 打印催化剂产生的气泡半径减小约20%，增大了气液界面面积，优化了传质过程，强化了CO₂ 气泡的成核、生长与脱离，进而增强了解吸反应动力学性能。

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封闭管道内氢气/空气预混火焰传播三维数值模拟

张翔宇, 肖华华

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2749-2758.

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本文采用高精度算法、自适应网格细化技术以及增厚火焰模型求解三维完全可压缩反应性Navier-Stokes 方程，对封闭管道内氢气/空气预混火焰传播进行了三维数值模拟，重点探讨了管道宽度的影响。数值模拟结果表明：三维数值模拟能重现实验中观察到的郁金香火焰和变形郁金香火焰等复杂火焰现象；管道宽度变化会同时影响沿宽度和高度方向的火焰前锋形状演化；所有算例均经历了指数加速阶段，在同一时刻，管道宽度越小，火焰前锋速度越大，指数加速阶段火焰前锋最大速度随管道宽度减小而增大；宽度较小的管道内边界层效应占主导地位，火焰前锋速度显著高于宽度较大的管道；管道宽度变化主要影响压力积聚速度，对燃烧全程最大压力和燃烧完成时最终压力没有产生明显影响。

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基于ASOM 和IBM 方法的双旋流燃烧室模拟

王方, 张敏琦, 王煜栋, 韩宇轩, 金捷

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2759-2774.

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湍流燃烧广泛存在于各种动力装置中，兼顾高精度和高效率的数值模拟一直是重要的发展方向。大涡模拟(LES) 结合代数二阶矩湍流燃烧模型(ASOM) 可以兼顾计算的高精度和高效率，浸没边界方法(IBM) 能够高保真地处理燃烧室复杂几何结构。本文首先采用Flame D 算例检验ASOM 模型和算法，然后对比贴体网格和IBM 网格对双旋流模型燃烧室(GTMC) 的模拟结果。结果显示，ASOM 模型对于湍流燃烧问题的模拟精度较高，对于两相湍流燃烧问题也有较好的适用性，此外，LESASOM模型与IBM 结合可以大幅缩短计算时间，相较于贴体网格，在应用IBM 的情况下计算周期可以缩短6 到10 倍，且在计算正确性上也有很好的表现。

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障碍物厚度对管道内火焰加速的影响

黄浩磊, VALIEV DAMIR

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2775-2781.

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本文基于Bychkov 等的工作，进一步研究了障碍物厚度对火焰加速的影响。通过理论分析和数值模拟，发现障碍物厚度比的增加会减缓火焰加速过程。本文详细描述了在考虑障碍物厚度影响下的火焰加速模型，并实现了对火焰加速速率的定量预测。通过数值模拟开展了系统的参数化研究，重点关注障碍物厚度、阻塞比和气体膨胀比等因素对火焰加速的影响。模拟结果验证了模型的正确性以及Bychkov 等提出的指形火焰加速机制与火焰在梳状障碍物中加速机制的联系。

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环境风作用下掺氨非预混射流火焰非对称推举高度研究

王绍斐, 唐飞, 王强, 郑静如, 吕将, 胡隆华

工程热物理学报. 2025, 46(8): 2782-2789.

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氨作为零碳可再生燃料，展现出应对能源危机与气候变化的巨大潜力。氨/烃混合燃料克服了纯氨层流火焰速度低、反应性不足等缺陷，显著增强了其应用潜力。本研究采用实验手段，分析探讨了环境风对掺氨非预混射流火焰非对称推举高度的影响。结果表明，无风条件下推举高度随燃料出口速度的增加呈线性增长趋势，并与氨掺混比呈正相关关系；进一步分析了环境风作用下火焰迎风测与背风侧推举高度随风速变化规律，发现相同工况下背风侧推举高度小于迎风侧；并基于预混火焰理论及燃料射流与风流动量比的概念，构建了背风侧火焰推举高度的预测模型。

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