工程热物理学报

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吴永帅, 吴思远, 孙瑜, 赵日晶, 黄东

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1379-1400.

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结霜通常对设备造成负面影响，将超声波用于抑霜/除霜，可实现无停机化霜、除霜时制冷制热不间断。但由于机理不明晰、实用存在技术难点，未能得到普及应用。本文从机理及实用化两方面综述其研究现状，首先介绍了超声波特性，包括常用超声类型及其传播、抑霜/除霜超声效应、冷表面等效应力分布；随后论述了超声波通过延迟液滴生成、延缓液滴冻结、破碎冻结液滴和抑制霜晶生长抑制结霜；接着基于霜晶断裂除霜、除霜影响因素和除霜强化方式，总结了超声波除霜机理；然后从设备抑霜/除霜效果、抑霜/除霜能耗对比、实用难点及问题，对超声波抑霜/除霜实用展开梳理；最后，对超声波用于抑霜/除霜的前景进行展望，为后续研究提供参考。

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锂基吸收剂用于中温甲烷化学链蒸汽重整制氢研究

王绪云, 李扬, 盖忠睿, 饶琼, 刘明恺, 潘莹

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1401-1408.

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硅酸锂是一种新型的中温CO₂ 吸收剂，相较于氧化钙有较低的吸收再生温度(500∼700°C) 和较好的循环稳定性。本文择优选择Li₂CO₃ 作为制备硅酸锂的前驱体，并采用共晶掺杂钾元素的方法来提高其反应性能。通过挤出–滚圆法批量研制出机械强度大、循环稳定性高的吸收剂颗粒，探究了吸收–再生温度、二氧化碳浓度和颗粒直径对吸收剂颗粒性能的影响规律。进而，结合NiO 氧载体，在500∼650°C 下完成甲烷化学链重整制氢和原位捕集CO₂ 的实验，探究了不同反应温度和氧载体/吸收剂质量比例对化学链制氢和CO₂ 捕集性能的影响规律。研究结果显示，在600°C 的最佳反应温度下，通过吸收强化作用将化学链甲烷重整制氢的反应温度降低了25°C，甲烷转化率提高了13%，氢气纯度和CO₂ 捕集率达到90% 以上。

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太阳能辅助海洋温差能氨水吸收制冷特性研究

张艳梅, 万玥汝, 张程宾

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1409-1416.

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本文提出太阳能辅助的海洋温差能氨水吸收式制冷系统。在介绍制冷系统模块与工作原理后，建立系统仿真模型并进行了模型验证。基于该模型仿真研究了太阳能辅助海洋温差能氨水吸收式制冷系统的热经济性能，并与无太阳能辅助工况对比，分析了发生温度和一级精馏温度对该系统制冷系数和㶲效率的影响。研究结果表明，通过太阳能辅助可获得比单一海洋温差能驱动的氨水吸收式制冷多11.6 倍的制冷量，且制冷循环的热力完善度达43.3%；该系统存在最优的发生温度和一级精馏温度组合，可使制冷系统性能最佳。

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天然气水合物降压分解特性与预测模型研究

杨明军, 李静, 郑嘉男, 宋永臣

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1417-1421.

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开发天然气水合物是海洋能源发展的必由之路，但当前水合物降压开采研究尚未形成系统完善的理论体系，以致大规模商业开采的理论验证工作缺少关键的理论模型依据。本研究通过实验研究理清了天然气水合物的降压开采特性，结合多孔介质内水合物赋存分布实际建立水合物分解颗粒数决定分解速度的假说，在此基础上构建了水合物偏正态分解气量模型，进而提出完整的水合物降压开采非平衡热动力学计算方法，实现了水合物降压分解全过程温度、压力、反应等多参数动态响应的高精度预测。研究结果有力弥补了当前水合物理论的不足，对天然气水合物开采方案优化具有重要指导意义。

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基于多物理场的线性菲涅尔集热子系统建模

路小娟, 芮宇, 孔令刚, 范多进

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1422-1429.

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在太阳能热发电领域中，传统的线性菲涅尔集热子系统的控制模型由于没有考虑工作环境的复杂性，导致集热控制子系统自适应性差且控制精度较低。为了提高线性菲涅尔热发电系统的发电效率，根据我国西部环境复杂度考虑多因素并根据其参数的时变特性建立集热系统的多模型。以目前线性菲涅尔集热子系统普遍采用的真空集热管作为研究对象，利用COMSOL Multiphysics 软件，考虑入口温度、法向直射辐照度、熔盐流速及风速等建立三维模型并构造多物理场；通过仿真模拟并提取数据进行FCM 聚类，采用遗忘因子递推最小二乘法进行参数辨识，得到集热子系统的多变量预测模型；通过已投入使用的集热场数据对该模型进行分析验证，证实了模型的可靠性。为提高集热子系统的性能提供一定的思路。

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涵道调节对新型变循环压缩系统匹配特性的影响研究

罗乔丹, 赵胜丰, 姚利盼, 阳诚武, 韩戈, 朱俊强

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1430-1444.

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本文基于长航时无人机需求，提出了一种模态可变的新型中等变涵道比压缩系统结构，并详细分析了其关键调节参数对压缩系统匹配特性的作用机制。研究结果表明，随着外涵背压的增大，压缩系统内涵的通流能力增强，CDFS 的压比和效率得到提升，但高压压气机的性能有所下降。关小CDFS 导叶开度会显著降低CDFS 的压比和流量，但对其效率的影响较弱，同时能够一定程度提升高压压气机的性能。当CDFS 导叶闭合至40° 时，CDFS 的压比和流量降幅超过16%，高压压气机的效率提升3.95%。增大FVABI 开度会显著地提升CDFS 和第一外涵道的通流能力，从而使得CDFS 匹配工作点向着堵塞边界移动，同时由于更多流体被分配到第一外涵道，导致高压压气机的匹配工作点向失速边界移动。

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高负荷亚音三级压气机设计转速试验与数值研究

任晓栋, 李晓晔, 王啸宸, 顾春伟, 陈江

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1445-1452.

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亚音级是高负荷多级轴流压气机的重要组成部分，是决定多级轴流压气机性能优劣的主导因素之一。为满足先进燃气轮机压气机的发展需求，本文开展典型高负荷亚音压气机的试验与数值研究。基于工业燃气轮机轴流压气机中间级特点完成了三级压气机设计并进行试验测试，获得了不同转速下的压气机特性曲线，达到了设计指标。在此基础上开展数值模拟研究，对压气机气动性能和流动进行分析，重点分析了叶顶泄漏流动，分析表明，第三级动静叶中的通道激波与波后流动分离是压气机堵塞发生的主要原因，第一级动叶叶顶泄漏流是压气机趋近失速过程中性能下降和流动失稳的主要原因。

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侧向襟翼不同运动模式对扑翼获能特性的影响

田晨晔, 刘小民

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1453-1463.

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扑翼作为一种新型流体能量采集装置，具有环境影响小、低流速条件适应性高等特点。为提升扑翼获能效率，本研究设计了一种针对扑翼结构的可动侧向襟翼。首先基于数值模拟结果，对比分析了无襟翼、带可动侧向襟翼和固定侧向襟翼的扑翼获能特性，揭示了可动侧向襟翼提升扑翼获能效率η 的物理机制。然后针对可动侧向襟翼给出了三种运动模式，在不同缩减频率f^∗ 下研究了采用不同运动模式的可动侧向襟翼对扑翼获能性能的影响。结果表明，使用静止启动式襟翼的扑翼获能特性最优，在f^∗ = 0.18 获得最大获能效率η = 48.0%，相比原型提升21.7%。正弦式襟翼和匀速式襟翼由于在运动过程中会发生速度变，对扑翼的能量采集产生不利影响。

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液体透平环形壳体旋涡结构及损失分析

李弘扬, 马娅南, 张雪辉, 陈海生, 李文, 左志涛, 张磊

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1464-1470.

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液体透平是超临界压缩空气储能系统重要节能装置，可取代节流阀，降低工质温度，提升系统液化率，显著提升储能系统性能。本文基于液体透平实验结果，利用数值模拟方法分析了液体透平环形壳体内部旋涡结构特征及损失分布规律。研究结果表明，环形壳体虽然具有加工和装配简便性，但造成了约6% 的流动损失，而且其内部复杂旋涡流动显著干扰下游喷嘴和动叶流动均匀性，并影响动叶叶片输出功率的稳定性。本文研究成果将对高性能液体透平优化设计及高效超临界压缩空气储能系统开发提供理论指导。

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错列叶片离心叶轮涡结构及其非定常演化的大涡模拟分析

陈金波, 王非凡, 高波, 张宁, 倪丹

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1471-1476.

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为了研究错列叶片离心叶轮内部复杂的流动和涡结构演化，本研究采用了大涡模拟(LES) 数值计算方法，旨在捕捉叶轮流道内以及隔舌附近的非定常流场。基于Q 准则涡识别方法提取了不同叶轮方案两中间轴截面的涡量分布，并重点讨论了隔舌附近区域的涡结构演化。研究结果表明，叶片错列布置会在后层叶片的进口流道附近形成大量多尺度涡结构，在流道内耗散并向叶轮出口发展；尾迹涡带随着错列角度的增大变得更长更宽，同时受到由叶轮流道内发展而来的涡团以及错列结构的影响，尾迹涡脱落时间也相继提前，并持续与隔舌干涉，使隔舌附近及下游区域的涡结构更加密集复杂。

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不同偏航条件对风力机振动及功率的影响研究

张建伟, 汪建文, 闫思佳

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1477-1487.

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本文设计并制作了风力机动态旋转实验台，由BASIC 语言对运行程序进行控制，由光电传感器对被测信号进行标定，该平台可对风力机偏航过程进行动态模拟，更加贴合风力机实际运行状况。通过动态偏航旋转实验台，研究不同偏航条件对风力机振动和功率的影响。在偏航过程中，风力机的振动表现为偏航速度越慢，振动加速度值增加得越快，延时时间可以减小偏航过程中的振动加速度值，当偏航角为30° 时，加上延迟时间后，Y 方向的振动加速度值减小了0.457 m/s²，并发现，偏航速度越快，延时时间的影响越大。得到了兼顾高输出功率和低叶片损伤的偏航速度，为风电机组安全运行和偏航控制策略提供了直接而重要的实验依据和新思路。

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燃气轮机末级透平与排气扩压器耦合流场随工况演变机理数值研究

邱彬, 付经伦, 宋宇峰, 孔祥玲

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1488-1499.

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排气扩压器位于末级透平后，起到引导和回收气流动能的作用，是燃气轮机的重要部件之一。本文针对某F 级燃机末级透平和排气扩压器，采用计算流体力学数值模拟方法研究末级透平与排气扩压器内耦合流场随工况的演变机理，分析不同工况下透平和扩压器耦合流场特征间相互作用规律以及二者气动性能间的关联。结果表明：不同工况下，末级透平效率、排气扩压器压力损失与扩压器压力恢复系数之间存在定量关系；扩压器内扩压能力主要来自于环形扩压器，总压损失主要来自于锥形段，扩压能力及总压损失主要受上游透平出口总压与轴向速度的径向分布规律影响；受下游扩压器内流场影响，透平叶栅内流场周向存在差异，透平出口旋流角越小，扩压器流场周向不均匀度越大。

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风扇/压气机进口可变弯度导叶特性模型研究

杨楠山, 费腾, 季路成, 周玲

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1500-1511.

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在风扇/压气机通流设计过程当中，叶栅经验模型是其核心支撑。为得到二维进口可变弯度导叶叶栅的损失及落后角模型，基于NACA 65-010 叶型的厚度分布生成了一系列具有不同几何参数的平面导叶叶栅，并在来流马赫数为0.4 工况下对叶栅进行系统地数值仿真计算。基于该数值结果，考虑稠度、最大相对厚度和后叶弯角等叶栅参数的影响，首先拟合给出了导叶叶栅在设计点的损失及落后角模型。之后，针对所提出的损失及落后角模型，进一步引入了来流攻角和后叶转角影响参数，对导叶叶栅在非设计点的预测特性进行了修正。最后，通过对新的VIGV 叶栅进行数值验证，发现所提出的损失及落后角模型预测结果与数值仿真结果具有较高的吻合度，表明该模型具有工程实用价值。

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基于支持向量回归及虚拟样本技术的跨音速压气机优化设计

胡汉铎, 宋彦萍, 俞建阳, 尹世龙, 马嘉平

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1512-1519.

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随着人工智能的发展，机器学习技术已经在叶轮机械优化设计领域取得广泛应用。由于风洞试验和数值仿真获得样本的成本较高，性能预测模型和优化结果的可靠性受到样本数量的制约。针对跨音速压气机优化中的小样本问题，选择适用于小样本学习的支持向量回归作为预测模型，并采用整体趋势扩散技术生成虚拟样本以改善模型精度。对跨音速压气机Rotor 37 开展多目标优化设计验证，应用虚拟样本改进预测模型后，优化获得的叶片在设计点的等熵效率和总压比分别提高了2.3% 和18%，堵塞流量也有所提高，验证了虚拟样本技术用于气动优化设计的可行性。

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余弦加热花瓣形燃料棒束过冷沸腾特性数值研究

蔡伟华, 黄泽全, 孟祥飞, 张文超, 孙建闯, 杜利鹏

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1520-1527.

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花瓣形燃料棒是一种新型燃料元件，为了明确余弦加热条件下花瓣形燃料组件内过冷沸腾流动与传热特性。本文基于欧拉两流体模型与壁面沸腾模型，建立了3×3 花瓣形燃料棒束通道在余弦加热条件下过冷沸腾数值分析模型，对不同位置子通道内空泡份额分布及换热特性进行分析。研究发现，在轴向和周向方向上，不同子通道内空泡份额值存在明显差异，该分布特性由汽泡直径和壁面成核密度共同决定。换热特性分析结果表明，受到余弦加热的影响，不同子通道内换热系数均呈先上升后下降的趋势，在过冷沸腾区，随着空泡份额的增加，沸腾热流随之增加。相关研究成果可为花瓣形燃料元件在反应堆内的应用提供理论基础。

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高含水稠油油藏超临界水岩心驱替实验研究

苗岩, 赵秋阳, 王雪涛, 雷宇寰, 高云波, 金辉, 郭烈锦

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1528-1533.

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稠油油藏开发后期，高含水率制约着稠油开采。本文通过热水驱一维饱和油填砂岩心来模拟高含水稠油油藏地层环境，并在此基础上进行了超临界水驱、高压热水驱和过热蒸汽驱室内驱替实验。实验结果表明，与高压热水驱和过热蒸汽驱相比，超临界水驱具有最高的采收率(96.27%) 和最好的原位改质效果。高含水率稠油油藏环境下，400°C、25 MPa 超临界水驱提高采收率的关键是热流体突破现象的发生、混相驱和稠油在超临界水环境中的水热裂解。

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人体健康主动脉的低密度脂蛋白输运机制研究

乔永辉, 罗坤, 樊建人

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1534-1539.

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人体主动脉是动脉粥样硬化的高发区域，低密度脂蛋白(LDL) 的分布规律与粥样硬化的形成密切相关。本文基于临床计算机断层扫描图像(CTA) 重建了两例人体健康主动脉的三维几何模型，采用计算血流动力学方法模拟了脉动血流在主动脉内部的时空演化，利用对流扩散输运方程预测了LDL 在主动脉壁面的分布规律，同时考虑了血流的热量传递过程。研究结果表明：LDL 在主动脉壁面的低壁面剪切力(TAWSS) 区域优先富集(r > 0.54)，壁面温度与LDL 浓度正相关(r > 0.58)，相对停留时间(RRT) 较长及拓扑剪切变化指数(TSVI) 较低的区域均呈现出高LDL 浓度。综上所述，本研究利用数值模拟方法初步揭示了LDL 在健康主动脉的输运机制，有助于测量及调控LDL 的沉积与极化现象，研究结果为深入探究动脉粥样硬化的发病机制提供了理论依据。

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离心场中液滴碰撞与融合特性研究

夏杨, 王宏达, 范建华, 姚轩, 许佳伟

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1540-1548.

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针对被动驱动微流控芯片上液滴混合效率低的问题，提出了一种微通道内液滴碰撞与融合的评估方法。采用给定特定相浓度值对各流体相分布进行标记与界面捕捉，利用质心法评估液滴混合效率。分别研究了雷诺数、邦德数和不同壁面润湿性对液滴碰撞混合过程的影响。仿真结果表明，雷诺数(Re) 对液滴混合的分布形态至关重要，Re 的增加能有效提高混合效率，而邦德数只在特定方向上控制液滴碰撞位置，对混合效率影响较小；壁面润湿性对液滴的移动与碰撞位置产生了显著影响，当接触角为60◦ < α < 80◦ 时混合效率较高。

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受限通道中的氢气扩散模拟

张洁, 张博威, 金辉

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1549-1558.

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氢气在受限通道中的扩散广泛存在于能源储存、化工生产、生物医学等领域中。当受限通道尺寸接近平均自由程时，壁面对流体分子流动产生的作用不可忽略，因此氢气在输运时往往表现出不同于宏观的传输特征。本文采用分子动力学对处于过渡流区域(0.1 < Kn < 10) 的氢气在碳纳米管内扩散进行了探讨。结果表明，尺寸等因素将影响受限通道内H₂ 的扩散机制与扩散系数。尽管碳纳米管的约束效应和表面效应对扩散有限制作用，但温度与扩散系数之间依然遵循阿伦尼斯关系式，且自扩散系数与努森数呈一定程度的线性关系。基于此，本文提出过渡区内受限在碳纳米管内氢气自扩散系数的经验公式，定性定量阐述了自扩散系数对温度、密度和受限尺寸的依赖性。

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碱性电解系统稳态热量流建模及性能分析

江一冲, 李强, 赵甜, 张也, 马欢, 王静波, 梁正, 陈群

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1559-1568.

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氢能具有帮助可再生能源消纳，促进电网大规模调峰等诸多优势，未来能源系统对氢能有巨大的需求。碱性水电解制氢是目前的主流制氢技术之一，其性能研究和优化具有重要意义。本文结合碱性水电解制氢系统的部件建模与电堆内物理过程的等效电路建模，建立了与电路网络同构的系统跨尺度热量流模型，研究了温度、压力等参数对系统性能以及内特性的影响，并分析了冷却水流量及电解液流量变化时小室电压及电堆进出口温度的变化规律，对热管理系统优化及与电网的协同仿真具有重要意义。

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波纹微通道换热器中超临界二氧化碳流动传热特性数值模拟

胡军, 饶宇, 张月亮

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1569-1579.

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针对超临界二氧化碳布雷顿循环对紧凑式高效换热器的迫切需求，设计了一款适合增材制造的微通道换热器。该换热器的自适应流道不仅能匹配超临界二氧化碳的密度变化，同时波纹通道和肋片的结构设计也极大提高了换热器的性能。利用数值模拟的方法研究了其流动传热特性，并探究了质量流量对流动换热的影响。研究结果表明，与主流的印刷电路板换热器相比，该微通道换热器的紧凑度显著提升；与其他自适应流道换热器相比，冷热侧流体的综合性能分别提升85% 和67% 左右，具有优秀的热工水力性能，充分证明了该换热器在现有的超临界二氧化碳换热器中的创新性和先进性。

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基于亲水性中空纤维膜烟气热湿回收实验研究

宁卓, 陈颖, 肖烈晖, 杨敏林, 黄斯珉, 杨宇

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1580-1585.

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针对多孔陶瓷膜回收烟气热湿具高成本和低填充率等问题，本文提出了一种利用亲水性中空纤维膜回收烟气热湿的新方法。与多孔陶瓷膜相比，中空纤维膜具有更高的成本效益和高填料密度。为探究中空纤维膜组件烟气热湿回收性能，本研究搭建了烟气热湿回收实验台，对比了三种膜材料并分析了不同工况下膜组件热湿回收性能。在本研究范围内，回收水通量和回收热通量最大分别为5.8 kg·m⁻²·h⁻¹ 和13.44 MJ·m⁻²·h⁻¹，说明了亲水性中空纤维膜优异的回收性能。增加烟气流量和温度、提高冷却水流量或降低冷却水温度均可提高回收性能。随着膜材料亲水性增加，膜组件的回收性能提高。本研究为在亲水性中空纤维膜在烟气热湿回收领域的应用提供了实验基础。

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SOFC 阴极LSM-YSZ 微观结构多目标拓扑优化

杜宇峰, 付雷, 薛顶喜, 伊炳尧, 李国君, 刘克勤

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1586-1593.

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由于高温运行下的层间热失配、热源分布不均匀、多孔材料传热传质受阻等问题，固体氧化物燃料电池(SOFC) 会产生严重热应力，影响输出功率及使用寿命。本文针对平板式SOFC 的LSM-YSZ 阴极三相材料直孔通道微观结构，采用双尺度渐近均匀化方法结合新型有效介质理论，建立了阴极微观结构的多目标拓扑优化设计方法，开展拓扑优化设计并获得了5 种形态各异、性能较佳的微观结构。阴极微观结构的优化结果是LSM 零散地镶嵌到中心骨架YSZ 的四周，并与典型阴极对比可知，优化后微观结构不仅具有更小的有效热膨胀系数(CET) 和更高的有效热导率，而且三相界面密度(TPB) 能大幅提升，甚至能够达到典型阴极的6 倍。阴极微观结构拓扑优化的结果有助于指导高效电极的制备。

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液体火箭推力室微通道下的发汗冷却研究

甄云超, 李英格, 刘学, 贾贞健, 周伟星

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1594-1605.

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液体火箭推力室壁面长期受到高焓气流的热冲刷，给发动机稳定安全运行带来巨大挑战。本文分别建立微尺度的金属丝网发汗通道和液体火箭推力室宏观尺度发汗模型，探究发汗冷却条件下的流动换热特性。研究表明：孔隙尺度的发汗通道中冷却剂流量的提升能显著提升通道内流速并降低出口温度，小孔隙率提升了冷却剂的热输运能力；一定范围内，发汗冷却剂流量越大，推力室总体发汗冷却效率越高；孔隙率越大，推力室收缩段冷却效率越高。

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机器学习加速多层双曲材料近场热调控器设计

廖涂威, 鞠生宏, 赵长颖

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1606-1612.

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近场辐射热调控在热二极管、热晶体管与热存储器中等领域有着广泛的应用前景。然而，近场辐射结构的设计是一个具有高自由度和高计算成本的复杂问题，机器学习为新材料的设计提供了更加便捷和高效的技术支持。本文针对基于不同种双曲材料α−MoO₃ 和hBN 的多层膜结构热调控器，通过自编码器和贝叶斯优化结合的优化方式，对多层膜的旋转角度，进行优化设计，达到最大的旋转热调控比例。角度优化后的多层结构对比度达11.27，这比同种体材料组合的调控对比度最佳结果更大。本文利用能量传输系数和近场热辐射光谱来解析调控机制，发现所得到的显著调控对比度主要是由于hBN 的I 型双曲带中的双曲体积声子极化子的不匹配所导致的，为近场辐射热传递的设计提供了新的思路。

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铝基金属有机框架膜分离CO₂ 的计算研究

刘佳祥, 刘骁辉, 陶文铨, 李卓

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1613-1618.

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本文采用GCMC 结合MD 的分子模拟研究了铝基金属有机框架膜在CO₂/N₂ 和CO₂/CH₄ 中的分离性能。通过计算气体分子在MOFs 中的吸附和扩散得到膜的通量和分离选择性。研究结果发现CAU-10 及其衍生物对CO₂ 具有高亲和力，其中CAU-10-F 和CAU-10-pydc 膜分离CO₂/N₂ 的性能超过了Robeson 上限。通过分析气体分子在不同膜中的扩散能垒，提出了采用混合配体合成MOFs 的策略。基于此设计的F_pydc 膜能够有效提升渗透性和选择性，为发展高性能MOFs 分离膜提供了新思路。

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声子弹道输运对氮化镓晶体管电学性能的影响

沈扬, 曹炳阳

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1619-1623.

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本文结合TCAD 电热仿真和声子蒙特卡罗(MC) 模拟，研究了氮化镓(GaN) 晶体管的自热效应。通过在TCAD 仿真中重建MC 预测的沟道温度分布，分析了声子弹道输运对器件漏极电流退化的影响。结果表明自热引起的漏极电流下降主要受法向弹道效应的影响。由热源尺寸和声子自由程相关的引起的弹道效应会显著提高栅极下方靠近漏极一侧的温度，但由于该区域电子速度在高电场的作用下发生饱和，几乎不受温度的影响。

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基于显式格式的锂离子电池电化学–热耦合模型

李伟卓, 包志铭, 高清臣, 杜青, 焦魁

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1624-1633.

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本文基于OpenFOAM 开源平台搭建了适用于大尺度热管理系统仿真的电化学–热耦合模型，其中电化学子模型以一维显式格式与三维热子模型相耦合，且耦合过程遍历热模型计算域的每一个网格。该模型可以快速、准确地描述电池在不同倍率下电压以及温度的变化特性。基于该模型，本文进一步探究了电池在运行过程中的阻抗变化、产热机理和单体不一致对模组温度分布的影响。结果表明，欧姆热在高倍率下会成为电池产热的主要热源；当不一致电池位于模组最外侧时，模组中最大温差越大，但随其位置逐渐向中间位置移动，模组中的最大温差逐渐降低。

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纳米颗粒协同强化三元碳酸盐热物性的实验研究

许美杨, 魏高升, 崔柳, 杜小泽

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1634-1639.

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熔融盐具有液态温度范围广、储热能力强等优点，在太阳能热利用领域得到广泛应用。熔融盐的显著缺点是热导率低，添加纳米颗粒可有效强化熔融盐的传热能力。本文以三元碳酸盐为基盐，分别添加零维Al₂O₃ 纳米颗粒、一维多壁碳纳米管、二维石墨烯片，并采用不同组合的多维纳米颗粒，制备新型复合熔融盐材料，采用激光闪射法在不同温度下测量复合碳酸盐液态下的热扩散率，分析多维纳米颗粒强化三元碳酸盐热物性的效果。实验结果表明，零维氧化铝纳米颗粒和二维石墨烯片具有协同强化作用。在添加零维氧化铝纳米颗粒的基础上，额外添加0.5% 质量分数的二维纳米石墨烯片，复合碳酸盐的热扩散率最大可提升54.08%，且制备的复合碳酸盐稳定性更好。

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相同阳离子混合熔盐筛选及热物性研究

王元媛, 鹿院卫, 何聪, 吴玉庭, 张灿灿

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1640-1645.

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为研发与第三代太阳能热发电技术相匹配的传热蓄热熔盐材料，选取阳离子相同的NaNO₃、NaOH 和Na₂CO₃ 三种熔盐作为研究对象，基于热力学理论以及相图软件开展NaNO₃-NaOH-Na2CO₃ 三元体系的相图计算，并结合实验确定优选混合熔盐。结果表明，通过Direct 法计算该三元系共存在一个共晶点，而FactSage 软件模拟预测该三元系共存在四个共晶点，选取熔点最低的共晶点(E4) 所对应的混合熔盐作为优选熔盐。优选熔盐的熔点为246.4°C，分解温度为649.5°C，平均比热容为1.68 J·g⁻¹·K⁻¹，符合作为中高温传热蓄热材料的要求。

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基于AI 技术提升非接触式测温精度研究

邵弈策, 冯创新, 王宏, 朱恂, 陈蓉, 丁玉栋, 廖强

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1646-1651.

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体温检测是疫情防治的重要环节，接触式测温受到新冠病毒高传染性的限制难以适用，而非接触式测温容易受到外界因素干扰导致测量精度不足。本文综合考虑了多种因素对非接触式测温的影响，建立了基于支持向量机算法(SVM) 和神经网络算法(ANN) 的两种补偿修正模型。通过模拟人体体温采集过程获得了大量测温数据，然后用得到的数据训练模型，最后对两种模型的修正结果进行对比评估。结果表明，SVM 模型和ANN 模型的修正运算用时很短且两种模型均能有效提升非接触式测温的测量精度，SVM 模型的精度和稳定性相对更好，但随着样本容量的增加ANN 模型表现出了进一步提升修正精度的潜力。

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官能团化对碳纳米管纳米流体热输运影响机制研究

田文霜, 包艳琼, 秦光照, 郑雄

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1652-1660.

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碳纳米管(CNT) 纳米流体由于其突出的热性能，作为能源和电力系统中的工作流体具有良好的应用前景，而其稳定性差是其实际应用的最大障碍之一。在碳纳米管上添加官能团是改善碳纳米管纳米流体分散性的好方法，但这种策略对热传输性能的影响机制尚不清楚。在这项工作中，通过实验和分子动力学(MD) 模拟研究了CNT、CNT-OH 和CNT-COOH 纳米流体的热导率，以揭示官能团化对增强CNT 纳米流体热传输能力的影响机制。实验测量和MD 模拟都表明官能团化对CNT 纳米流体的热传输性能有显著的抑制作用。此外，通过分析碳纳米管的热导率、氢键的形成和水分子的均方位移的影响，揭示了官能团对碳纳米管纳米流体热导率的影响机制。这项工作有助于碳纳米管纳米流体作为工作流体在能源系统中的应用。

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考虑多组分复杂结构莱茵衣藻辐射特性的研究

李兴灿, 江淼, 林丽, 吕成浩, 谢博伟

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1661-1667.

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本文提出了一种考虑微藻细胞器以及外形的多组分复杂结构细胞模型，采用DDA 方法进行理论计算并与实验数据对比验证，同时与多种简化模型进行了横向比较分析。结果显示多组分复杂结构细胞模型计算精度较高，其吸收截面和散射截面误差相对于均质球模型和核壳球模型减小了18% 以上，散射相函数与实验结果吻合较好。此外，考虑了连续波长下生长基液的影响时，亦能降低理论计算误差。

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城市污泥热解–气化中气氛调控的关键作用

马明琰, 徐东海, 杨立杰, 王树众, 何雅玲

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1668-1673.

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热解气化耦合工艺是实现城市污泥清洁处置和资源化的有效技术。然而，不同热解气氛制备的污泥生物炭在组成和结构性能上存在显著差异，将对后续气化产生深远影响。本研究通过评价不同热解气氛下获得的污泥生物炭，揭示了热解气氛对生物炭气化反应性的影响。结果表明随着热解气氛中CO₂ 的增加，生物炭的C 含量显著增大，30%N₂ + 70%CO₂ 下生物炭的C/H 和C/O 分别为N₂ 的1.27 和1.88 倍。CO₂ 气氛促进了脱氧和芳构化，提高C 含量使结构更趋石墨化。这些综合影响在气化中表现为，低加热速率(10 及20 °C/min) 的气化反应中，100%CO₂下获得生物炭具有更强的气化活性，其整体和局部气化指数分别为100%N₂ 下的1.14 和1.15 倍。以上关于热解炭制备及气化条件关联的研究对于确定气化反应操作参数具有重要的实际意义。

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预混合氢气/柴油发动机低速大负荷拓展研究

石晋宏, 武志斐, 张利军, 刘春力, 徐鸣

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1674-1682.

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在一台改造的四缸柴油机上开展了进气道喷射氢气、缸内直喷柴油的预混合氢气/柴油燃烧模式下发动机低速大负荷拓展的研究。结果表明：发动机1000 r/min-60% 负荷、进气道氢气流量达到6 L/min 时，有效热效率与原机基本一致，碳烟排放降低16.5%，但NOx 排放量提高13.5%，压力升高率达到1.15 MPa/°CA。保持发动机转速和氢气流量不变，提高发动机负荷时NO_x 排放量和压力升高率峰值大幅上涨，限制了预混合氢气/柴油发动机向大负荷工况拓展。在缸内两次喷射策略结合EGR 下，通过减少预喷油量、推迟预喷正时、提高EGR 率等燃烧边界条件，得出了在限定条件下预混合氢气/柴油发动机低速大负荷拓展的方向。当预喷油量1.8 mg/cyc、预喷正时-22°CA、EGR 率27% 时，NO_x 排放量降低35.7%，且最大压力升高率可以控制在1.0 MPa/°CA。

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松木和造纸污泥燃烧过程中钾释放特性研究

吕剑举, 吴东垠, 赵京, 魏小林, 滕秦峥, 杨本超

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1683-1691.

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高碱燃料热利用过程中气相碱金属会在换热设备表面沉积，危害设备安全运行。生物质是一种典型的高碱零碳燃料，造纸污泥具有生物质特征，而且本文采用的造纸污泥钾含量与常见的松木比较接近。本文通过热重、逐级萃取和可调谐半导体激光吸收光谱技术等方法研究了松木和造纸污泥的理化特性及碱金属的赋存形式，并对其燃烧过程进行了碱金属在线浓度测量。结果表明：松木原样和造纸污泥原样中钾含量基本相当，分别为887.3 mg·kg⁻¹和961.5 mg·kg⁻¹，但松木燃烧过程中释放的气态钾量远多于造纸污泥；松木原样压片在进入火焰41 s 后气态钾释放达到最大值，为86 μg·m⁻³，造纸污泥原样压片燃烧过程中气态钾释放曲线呈现马鞍状，在48 s 和62 s 达到峰值，分别为15 μg·m⁻³ 和18 μg·m⁻³。

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预燃室结构参数对氨燃烧特性影响的可视化研究

史嵩, 田江平, 叶明远, 银硕, 杨宏恩, 崔泽川

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1692-1700.

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本文利用高速摄影技术，对氨预燃室射流引燃燃烧过程进行了可视化研究。实验结果表明：较大的预燃室容积可以提供较大的点火能量，从而减少点火延迟和燃烧持续时间；预燃室容积是主燃烧室内混合气着火位置的最大影响因素，预燃室体积越大，着火位置越靠近预燃室。在良好的燃烧条件下，小孔径的预燃室具有更好的燃烧特性，尽管点火延迟延长，但燃烧持续时间可以显著缩短，尤其是在高温环境中。

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扩散传质作用下催化剂孔隙内氨氮摩尔比的分布特性及影响因素研究

李沛元, 辛琦, 姜烨, 杨洋, 郑成航, 杨正大

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1701-1707.

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氨氮摩尔比是SCR 工艺的重要参数。在火电深度调峰的背景下，通过调整合适的氨氮摩尔比，可以有效提高脱硝效率，减少氨逃逸。采用分子动力学模拟方法对单个孔结构内的氨氮扩散过程进行模拟，量化统计了不同孔隙位置及时间条件下的氨氮摩尔比。结果表明，扩散后氨氮摩尔比上升，由微观解释了实际喷氨中氨氮摩尔比小于1 的原因；随温度升高，组分扩散系数均升高，氨氮摩尔比增大；NH₃ 对羟基位点密度变化更为敏感，随位点密度上升其扩散系数下降，氨氮摩尔比下降；增大孔径有助于扩散的充分进行，削弱了扩散对氨氮摩尔比的影响。通过以上结论从微观角度为宏观层面优化氨氮摩尔比提供了理论指导。

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高环境密度下全场超高压喷雾动力学研究

安琛, 刘龙, 骆洪亮, 王璐

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1708-1718.

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为了深入探究高环境密度下超高压喷雾动力学特性，本研究采用长距显微法和纹影法对近、远场喷雾特性进行了详细分析。研究了喷孔直径、喷射压力和环境密度对喷雾特性的影响，并将零维喷雾模型与实验数据进行对比与修正。对远场喷雾分析结果表明，修正K₁ 参数后的Zhou 模型与实验结果高度吻合。对近场喷雾分析结果表明，不同于远场喷雾规律，喷孔直径较小的喷油器反而表现出更快的贯穿速度，这可能归因于SAC 腔和喷孔压升较快。此外，由于SAC 腔和喷孔内残留柴油的阻碍作用，近场喷雾贯穿过程可分为预加速和主加速阶段，其主要受喷孔内流初始状态和喷射参数的影响，而非喷雾与气体之间的相互作用，最终建立了考虑喷孔直径影响的近场贯穿距经验公式。

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氨气/甲烷层流预混火焰NO 生成特性研究

纪飞宇, 李青, 马柳昊, 杜建国, 王宇

工程热物理学报. 2025, 46(5): 1719-1727.

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采用氨(NH₃)/碳氢燃料掺混燃烧被视为实现双碳目标的有效途径，但其存在氮氧化物(NO_x) 排放较高的问题。而目前针对氨燃料燃烧中NO 的生成情况，尚缺乏相关基础火焰实验数据。因此，本文搭建了基于McKenna NH₃/CH₄ 层流预混火焰的NO 免标定、保湿、定量测量实验平台，研究了当量比及掺氨比对NO 生成特性的影响，并分析了不同工况下影响NO生成的关键反应路径。研究结果表明：低当量比时，NO 浓度沿轴向方向先急剧上升，在约2 mm 位置处达到峰值而后保持不变，高当量比时，NO 排放浓度随轴向高度的增加先上升后下降；NO 浓度随掺氨比的增加呈现先上升后下降的趋势，随当量比的增加逐渐下降且浓度峰值逐渐向低掺氨比移动；与实验测量结果相比，Okafor 机理在低当量比时不同掺氨比下的预测均较为准确，高当量比时有待进一步研究。

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