工程热物理学报

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徐升, 朱少龙, 方松, 邱利民, 王凯

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3143-3158.

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正仲氢转化是氢液化系统不可缺少的关键过程。总结了国内外正仲氢转化实验研究进展，综合比较了各种正仲氢转化方案的优缺点，分析了铁的氢氧化物及氧化物催化剂和负载型镍基催化剂等典型正仲氢催化剂在活化方法与催化效率上的差异，进一步总结了各类正仲氢浓度测量方法及其原理。在正仲氢转化催化剂的选择方面，文献结论表明负载型镍基催化剂催化效率较高，但综合考虑催化剂制备、活化、失活以及液化器工作需求后，铁的氢氧化物以及氧化物催化剂仍是面向应用的主流催化剂选择。在正仲氢组分测量方法中，相对于光谱法、声速测量、核磁共振、焓值测量等方法，基于热导法的正仲氢浓度测量方法在精度、响应速度、经济性、可操作性等方面具有综合优势，可作为仲氢浓度测量的首选方案。大型氢液化装置朝着更高效、更紧凑、更可靠的方向发展，连续转化是未来氢液化流程中正仲氢转化的主流方案。然而，目前国内对正仲氢连续转化的研究大多停留在概念分析和工艺应用上，缺乏低温工况下氢气转化、流动与传热数据，缺少相关高精度关联式。基于正仲氢连续催化转化与冷却降温的低温工况实测数据，开发氢换热器的传热、压降和转化高精度关联式，实现正仲氢连续催化转化式换热器的精准设计将是未来亟待开展的工作。

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基于改进蛇优化算法的含光热电站电力系统优化调度研究

马小晶, 廖钦沛, 青紫怡, 柴丽, 王熳, 王瑞环

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3159-3169.

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针对蛇优化算法初始化种群的随机性、跳出局部最优能力有限等问题，提出一种基于粒子信息传递策略的改进蛇优化算法(Improved Particles Transmit Information Snake Optimization, IPTISO)。通过采用一种在产蛋环节不同搜索阶段对最差个体设计不同位置更新策略，平衡算法的全局搜索能力和局部搜索能力并在初始化阶段引入Circle 混沌映射提高种群的多样性；同时，在战斗和交配阶段引入一种信息素诱导方法改变个体特性。利用上述改进方法并引入绿证–碳交易机制对1 座光热电站和10 台火电机组的电力系统进行求解，并对多种调度场景展开分析以及与其他经典算法进行比较。结果表明：与其他算法相比，采用IPTISO 算法求解该类问题能够获得最优经济和环保的调度方案，从而为电力系统优化调度问题提供一种新的求解思路。

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二氧化碳冷热电燃料多能系统热力学分析

黄盛琪, 赵耀, 崔立明

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3170-3176.

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多能联产系统在提高能源利用率、增强系统灵活性以及为终端用户整合多种能源方面至关重要。本文提出了一种大规模、跨季节、跨区域的基于二氧化碳(CO₂) 的冷热电燃料联产系统，建立了系统热力学模型，研究了CO₂ 质量流量系数、内部余热、压缩/膨胀级数、间冷器出口温度等参数对系统性能的影响。结果表明，随着二氧化碳储能模块CO₂ 质量流量与直接空气碳捕集模块捕集的CO₂ 质量流量之比从200 增大至600，系统能量利用因子从75% 提升至85%。当膨胀级数为3、4、5、6、8、10、11、13 和15 时，系统开始在较大的压缩级数上产生冷能。当压缩/膨胀级数为(14，5) 时，系统能量利用因子达到最大值105%。电–电往返效率和系统能量利用因子最优分别为70% 和105%。

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关键参数对新型集成化学链制氢的冷热电联产系统的影响研究

李欣璐, 段立强, 王秋实, 程思昱

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3177-3187.

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提出了一种集成化学链制氢、熔融碳酸盐燃料电池和有机朗肯循环(CLHG-MCFC-ORC) 的冷热电联产系统，以甲烷为燃料，利用化学链制取的氢气驱动熔融碳酸盐燃料电池发电，电池余热驱动有机朗肯循环、双效溴化锂吸收式制冷循环和供热子系统实现能量的梯级利用，提高能量利用效率。研究分析了关键参数对系统性能的影响，并采用热力学第一定律和热力学第二定律对系统性能进行评价。研究结果表明：在额定工况下，新系统能量效率为67.66%，㶲效率为50.47%，与相同条件下未集成化学链制氢子系统的MCFC-ORC 冷热电联产参考系统相比，新系统能量效率提升了2.44%，㶲效率提升0.65%，电池效率提升了1.58%。

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闲置油气井压缩空气储能储气装置热力学性能研究

苏传鑫, 王国荣, 敬佳佳, 钟林, 林治宇

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3188-3196.

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为解决大量闲置油气井弃置和油田绿电消纳难题，创新性提出利用闲置油气井井筒作为压缩空气储能系统储气装置。为揭示空气受重力和地层温度耦合作用下闲置油气井在不同运行压力区间和注/采流量下的热力学性能变化规律，建立了闲置油气井热力学模型和㶲模型，开展7” 井筒闲置油气井温压场分布特征和不同工况下㶲效率、储能量研究。结果表明：单次注采模拟中，井深200 m 内温度变化较大，200∼3000 m 温度变化量随井深递增，井口压力与井内空气压力梯度呈正相关；定注/采流量下，相比同等水容积的常规钢罐储气装置，井筒㶲效率最高，且在100.25% 附近波动，储能量为常规钢罐储气装置的1.4 倍以上；定运行压力区间下，优选出㶲效率趋近100% 的注、采流量搭配曲线。

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气动型面可控压气机扩稳增效控制方法

胡春静, 张敏, 杜娟, 张健, 王偲臣, 聂超群

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3197-3207.

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本文提出了一种气动型面可控压气机扩稳增效控制方法，在1.5 级跨音轴流压气机中应用了基于Coanda 效应的气动型面可控静叶表面喷气以及动叶顶部喷气，旨在实现全工况范围内扩稳增效的目标。首先开展了气动型面可控动/静叶的造型设计；其次，重点分析了气动型面可控静叶的不同喷气缝位置对压气机性能的影响，进而探究了不同喷气量对气动型面可控压气机扩稳增效能力的影响。研究结果表明：将气动型面可控静叶的喷气缝置于流动不稳定发生之前可以有效抑制流动分离，且喷气量的增加会增强控制流动分离的能力；气动型面可控动叶喷气可以抑制主流/泄漏流交界面的前缘溢出，两者耦合的气动型面可控压气机在峰值效率点效率提升1.21%，最大流量裕度拓宽14.17%。

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热斑对高压涡轮转子叶片气动激励的影响研究

李瑞泉, 张伟昊, 张瑞峰, 王宇凡, 黄东铭, 穆成昱

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3208-3216.

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本文采用非定常数值模拟，对热斑影响非定常气动激励的影响效果和影响机理进行了研究，同时还对热斑和尾迹/位势场影响效果的显著性和独立性进行了分析。结果表明：相比于均匀进口，热斑来流条件下转子进口相对气流角变化范围更大，增加了流动的非定常性，导致转子叶片表面更大的压力脉动，增加了气动力幅值。热斑正对通道中心时，热斑的影响效果尤为显著。谱本征正交分解(SPOD) 结果显示热斑对气动激励的影响强于尾迹/位势场，且两者的影响效果几乎独立。研究结果可为涡轮气动设计和结构减振设计提供依据。

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液气相变CO₂ 向心透平设计及变工况性能预测

王凯欣, 宫武旗, 高心怡, 王芳

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3217-3226.

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透平膨胀机是跨临界CO₂ 热泵中的重要部件之一，其性能直接影响着系统的能效指标。本文基于叶轮机械流动理论，建立了液气相变CO₂ 向心透平的设计方法和变工况性能预测方法。针对某一跨临界CO₂ 热泵循环的热力参数，设计了一台存在CO₂ 两相流的向心透平，采用CFD 对设计的透平进行了数值分析。结果表明，所设计的向心透平性能满足参数要求；额定工况下，叶轮出口处气态CO₂ 组分占比达到19.2%；变工况性能预测结果与数值计算结果相比，偏差在5% 以内。

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超临界二氧化碳离心式压缩机设计研究综述

程柳, 张可心, 张华良, 陈鹏

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3227-3244.

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超临界二氧化碳布雷顿动力循环因其具有较高的热经济性、广泛的应用场景和良好的发展前景成为当前热力学动力循环的研究热点。本文从超临界二氧化碳布雷顿动力循环的应用背景出发，分析了不同场景下循环系统的主要性能指标、应用模式和发展趋势，指出了作为循环系统核心部件的超临界二氧化碳离心式压缩机的主要研究热点和难点，发现超临界二氧化碳特殊的物理性质为压缩机的设计带来了许多有别于传统压缩机设计的新问题，因此本文以超临界二氧化碳离心式压缩机的设计研究进展为切入点，详细综述了超临界二氧化碳离心式压缩机的一维、准三维、全三维设计过程及设计经验。在一维设计中，主要运用一区模型进行性能预测，相比而言，该模型对效率的预测精准度远不及压比的预测精准度；而缺乏丰富的实验数据来校正传统经验公式，制约着一维设计的适用性。在准三维设计中，流线曲率法被证实更适用于超临界二氧化碳离心式压缩机。全三维设计及优化方法逐渐成为主要技术路径，但因为流动机理复杂，设计难度较高，因此本文对因工质特殊物性引起的二氧化碳冷凝、叶顶间隙泄漏、流动分离等现象进行了分析并概述了优化改进措施。在此基础上，对当前已开展的实验研究进行了总结，初步验证了超临界二氧化碳离心式压缩机的可行性，然后归纳了实验中发现的流动规律和值得关注的问题。最后，提出了未来在压缩机设计环节及实验研究中亟需解决的问题及发展趋势。

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双吸离心泵正反转运行条件下能量损失特性研究

潘家乐, 芦洪钟, 王福军, 陶然, 王超越

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3245-3250.

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将泵反转作液力透平是工程中常见的一种简单经济的能量回收形式。以往的研究发现，离心泵在正转泵工况和反转透平(PAT) 工况下存在一定的关联关系，但以往的研究大多关注单级单吸离心泵，缺乏对双吸离心泵正反转的能量特性的深入认识。针对这一不足，本文采用数值计算方法，明确了双吸离心泵双向运行条件下最优工况点之间流量的异化程度，量化了双吸离心泵双向运行条件下主要过流部件的能量损失占比。本研究有助于认识双吸离心泵正反转能量特性差异，可为双吸离心泵正反转运行及协同优化提供理论指导。

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气体扩散层梯度孔隙率结构对质子交换膜燃料电池性能的影响

陈昕, 叶丁丁, 汪洋, 朱恂, 杨扬, 陈蓉, 廖强

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3251-3257.

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质子交换膜燃料电池阴极存在复杂的水管理问题，气体扩散层内气液输运过程至关重要。为提升阴极水管理能力，本文提出四种具有不同方向梯度孔隙率结构的气体扩散层，构建三维非等温两相质子交换膜燃料电池数学模型，并通过设置极限电流密度对传质损失进行修正，探究梯度孔隙率结构对气液两相输运及性能的影响。结果表明，在靠近催化层和阴极入口处具有较高孔隙率的扩散层结构能有效降低阴极液态水饱和度，增强氧气传质，提升电池在高电流密度下的电化学性能，梯度孔隙率结构对于低电流密度下的性能影响较小。

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多腔室连续混合质量影响规律研究

樊超, 张彭超, 魏宗亮, 马宁, 秦能, 谢中元

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3258-3263.

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本研究以某浇注PBX 为对象，建立了多腔室捏合机内多组分物料混合的CFD 数值模型，基于模型开展了桨叶转速、捏合间隙、桨叶组合形式对混合均匀性影响规律的研究。结果表明，增大桨叶转速对混合质量的提升非常显著，当桨叶转速达到45 r·min⁻¹ 时，即可满足混合质量要求；增大桨叶捏合间隙不利于物料的充分混合，且其影响小于转速；相较于两翼–两翼型桨叶组合，四翼–两翼型桨叶组合混合效率更高。本研究可为多腔室混合工艺质量控制方法的建立、设备及工艺过程的优化设计提供指导。

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喷射压力与混合腔直径对空气辅助喷嘴气液流动及喷雾特性的影响

杨亦周, 黄云龙, 张迎, 卢康, 郭根苗, 何志霞

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3264-3271.

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本研究结合背景光高速显微成像技术与数值模拟方法，研究了喷射压力及混合腔直径等关键参数对空气辅助喷嘴内气液流动特性及近场喷雾形态的影响规律，揭示了气液交互作用对雾化过程的调控机制。结果表明：无气助工况下，提高喷油压力会促使喷嘴内燃油空化由初生发展为超空化流态，大大促进了射流雾化；气助工况下，高压气体的介入抑制了燃油液气相变过程，但同样气助也使喷雾锥角增大。在相同喷油压力下，喷气压力增大，可有效改善射流破碎效果；在相同喷气压力下，各尺寸喷嘴的喷雾锥角随喷油压力增加均呈现先增大后减小的变化趋势，其中大腔径喷嘴较小腔径喷嘴可提高最大锥角达13°。数值模拟结果与可视化试验数据具有良好一致性，通过流场解析进一步阐明了气助喷嘴内部空化相变抑制机理以及气液动量交换对喷雾的影响规律。该研究为空气辅助喷嘴的优化设计提供了重要的理论依据和试验支撑。

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油水界面上沥青质/表面活性剂聚集吸附特性的MD 模拟研究

张发雪, 温伯尧, 骆政园, 白博峰

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3272-3277.

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沥青质/表面活性剂在油水界面上的聚集吸附行为是影响稠油化学驱界面稳定性的重要因素。本文结合统计物理和分子动力学模拟方法，系统分析了沥青质在油水界面的聚集吸附特性及其和SDS、SDBS、CTAB 表面活性剂相互作用对界面张力影响。结果表明，沥青质界面吸附增加会导致界面张力降低；表面活性剂竞争吸附促进沥青质界面聚集体分散并减少吸附，其降低界面张力效果与沥青质/表面活性剂相互作用直接相关，含苯环结构的SDBS 效果最显著；通过分析氢键数目、聚集体结构及分子间相互作用能等揭示了沥青质/表面活性剂影响界面张力的微观机制。相关结果为稠油化学驱界面稳定性调控提供了理论依据，对稠油化学驱油体系设计具有重要指导意义。

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Ga₂O₃/SiC 界面导热的格子动力学研究

杨鸿澳, 沈扬, 曹炳阳

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3278-3284.

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结合机器学习势函数与格子动力学方法，开发了一套预测界面热导的理论框架，系统地研究了Ga₂O₃/SiC 异质结的界面热输运机制。采用声子蒙特卡洛仿真和有限元方法，研究了提高界面热导对降低Ga₂O₃ 器件结温的影响。结果表明，通过密度泛函理论数据集迭代训练的机器学习势函数达到了0.029 eV/atom 的精度，建立了高效计算框架。Ga₂O₃/SiC 的理想界面热导为217 MW·m⁻²·K⁻¹，受到界面两侧晶格类型不匹配以及低频声子的低透射率的影响。器件仿真结果表明，将界面热导从150 MW·m⁻²·K⁻¹ 提高到217 MW·m⁻²·K⁻¹，将使结温降低10 K。本研究所建立的高精度计算范式为异质结热设计提供了普适性研究方法，对高功率电子器件的热优化具有重要指导价值。

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一种直接评价换热器性能对布雷顿循环效率影响的方法

李小龙, 唐桂华, 杨丹蕾, 范元鸿

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3285-3292.

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布雷顿循环中换热器对循环性能至关重要，然而，已有换热器评价方法应用于动力循环中换热器的评价仍存在一定的局限。对循环与换热器进行耦合计算虽然精度较高，但计算复杂，不便于工程应用。本文提出一种解耦方法——性能恢复系数(PRC)，用于快速直接评价换热器部件性能对循环效率的影响，避免换热器与循环的耦合分析。研究结果表明，PRC 评价方法具有通用性，适用于多种构型、参数以及工质的布雷顿循环。基于PRC，对直接与间接吸热系统的加热器进行优化，可使循环效率分别提升1.4 和0.4 个百分点。

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醇类对纯水碰壁液滴沸腾转变温度的影响研究

蔡畅, 陈晗, 司超, 刘红

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3293-3300.

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本文对去离子水和低碳醇–水混合物液滴的碰壁特性进行实验观测。结果表明随着碰壁速度的提高，临界热流密度点温度总体呈现下降趋势，而莱顿弗罗斯特点温度有所增加，同时少量醇类添加剂可显著提高碰壁液滴沸腾转变温度。在本文实验工况下，韦伯数较大的混合液滴临界热流密度点温度高于韦伯数较小的纯水液滴，而韦伯数较小的混合液滴莱顿弗罗斯特点温度高于韦伯数较大的纯水液滴，说明醇类添加剂可以补偿碰壁速度对沸腾转变温度的不利影响，实现同时提升沸腾传热速率和沸腾转变温度的目的。

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高温熔融盐的非等温结晶行为实验研究

方永哲, 田紫芊, 袁梦迪, 廖志荣, 柳华蔚, 徐超

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3301-3307.

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本文通过可视化实验方法对太阳盐的非等温结晶行为进行了研究，并结合理论计算获得了太阳盐的结晶速率等关键结晶动力学参数，拟合得到了不同冷却速率下的相对结晶度计算关联式。研究结果发现，太阳盐的相对结晶度与温度呈现较强的非线性关系，冷却速率显著影响太阳盐的结晶过程，单一的动力学模型难以准确描述太阳盐的整个结晶过程。本文基于可视化实验手段弥补了差示扫描量热仪无法测量太阳盐为代表的高温共晶熔盐相变过程相对结晶度的不足，丰富了高温熔盐材料的相变储热机理研究。

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锥形结构表面液滴自输运行为研究

常方正, 贾力, 丁艺

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3308-3314.

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驱动液滴沿锥形结构曲率半径增大的方向自输运的特性被广泛应用于水雾收集、油水分离以及非相溶物质分离等技术中。因此本文将重点关注液滴自输运过程中自爬升高度、稳定性等因素，研究多种力学环境下低表面张力液滴在竖直圆锥结构憎水性表面和双锥耦合结构憎水性表面的定向自输运行为，探究了液滴体积、曲率梯度对液滴定向自输运的影响。研究发现双锥耦合结构大大提升了液滴自爬升的高度，提供的驱动液滴自输运的临界驱动力是具有相同曲率梯度的竖直圆锥结构的近似2 倍；双锥耦合结构表面液滴自输运过程较为稳定。

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耦合激元增强近场热辐射实验研究

张文斌, 王博翔, 金圣皓, 易帆, 赵长颖

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3315-3320.

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由于倏逝波的光子隧穿效应，近场热辐射能够突破著名的普朗克黑体辐射的限制，特别是当物质的表面极化激元被激发时，近场辐射热流量能够达到黑体辐射的几个数量级。近场热辐射增强效应和调控机理在近场热光伏系统、近场热成像等方面具有广泛的应用价值。本工作基于纳米定位技术和电容测距技术，设计并搭建了近场间距可调的近场热辐射测量平台。通过制备石墨烯复合结构样品，测量发现石墨烯复合结构在近场间距为(87±0.8) nm 时的近场热辐射超普朗克黑体辐射极限(302.8±35.2)倍，此时的等效热导和等效传热系数分别为0.136 W·K⁻¹ 和5440 W·m⁻²·K⁻¹。并且通过实验对比测量与理论分析，对表面极化激元耦合的近场增强效应进行了分析与讨论。

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平板微热管阵列相变流型演化的实验研究

田济邦, 王宏燕, 赵耀华, 李培阳, 李憧, 全贞花

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3321-3328.

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本文基于平板微热管阵列设计搭建了可视化平台，开展了受限空间内气液两相工质运行状态和相变传热行为的可视化观测。结果表明，热管内部流型主要有泡状流，塞状流和环状流。低充液率的传热性能优于高充液率，高充液率会导致热管中间段产生阻碍蒸汽流动的液柱，降低传热性能。热管在15% 充液率下的热阻最小，在160 W 加热功率时为0.41 K·W⁻¹。实验观察到蒸汽流动阻碍了冷凝液回流，导致蒸发端干涸，热管内部传热极限为典型的携带极限。

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杂化增强光热材料的界面水蒸发性能研究

应良日, 刘书乐, 王维龙, 丁静, 陆建峰

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3329-3336.

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太阳能用于界面蒸汽产生是解决当前水资源短缺的有效方法，但其低蒸汽产生速率以及蒸发器高热损失等严重阻碍了其实际应用。本研究从企鹅羽毛特殊的中空结构特征中获得灵感，设计和制备了一种低成本和可扩展的碳化木棉纤维气凝胶(Ni-NCNTs/KF)。由于不同光热组分间的杂化增强机制和有效的太阳光捕获，中空木棉纤维(KF) 表面垂直排列的Ni-NCNTs 阵列实现了超过96% 的太阳光吸收率。Ni-NCNTs 独特的核壳结构促进了表面等离子体共振，促进了Ni/CNT 界面上有效的电子转移，从而有效提高了气凝胶的光热转换效率。此外，木棉纤维(KF) 固有的大孔特性显著降低了导热性，从而最大限度地减少了蒸发过程中的导热损失。因此，Ni-NCNTs/KF 实现了3.22 kg·m⁻²·h⁻¹的高蒸发速率。本研究不仅为高效光热材料提供了一个优化设计方法，而且为太阳光驱动的海水淡化提供了一种有效的解决方案。

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泡沫金属折流板换热器流动换热特性研究

聂昌达, 陈志博, 刘新健, 饶中浩

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3337-3345.

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弓形折流板广泛用于调整管壳式换热器壳侧流动形态以实现强化传热。然而，弓形折流板也导致了流动阻力显著增大以及死区形成。针对这一挑战，本文提出泡沫金属折流板作为潜在的改进方案，并采用数值模拟进行验证和优化，模拟过程考虑流体与泡沫金属折流板之间的热不平衡状态，开展了泡沫金属折流板孔密度、缺口高度、数量及不均匀厚度对管壳式换热器流动传热性能影响规律研究，并将结果与实心折流板进行对比。结果表明，泡沫金属折流板存在一个临界孔密度，当孔密度高于这一临界值时，泡沫金属折流板换热器进出口温差比实心折流板换热器更大，且这一临界值随着泡沫金属折流板缺口高度和数量增加而相应增大。另外，在流动方向泡沫金属折流板厚度8-8-8-10-12-12-12 mm 分布时，强化传热效果更显著，最优孔隙率时，比同等参数实心折流板换热器压降减少34.8%，Nu 数增加1.14 倍，综合性能评价因子(PEC) 提高1.31 倍。

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PNIPAM/C₁₈H₃₈ 复合相变材料热二极管结构设计与性能研究

陶可爱, 李静, 杨旭, 毛宇

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3346-3356.

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为实现较大正反向传热系数差异，多数研究采用多种相变材料构建热二极管，并通过分离封装防止泄漏与混合，然而该方法增加了成本与复杂性，并引入界面热阻。此外，现有异质结构研究多集中于微观尺度，缺乏对宏观结构及其与相变材料协同效应的系统探索。本研究利用孔隙丰富、比表面积为414.28 m²·g⁻¹ 的碳化柚子皮作为低成本封装材料，结合正十八烷(C₁₈H₃₈) 和聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM) 的固液相变和亲疏水相变引起的传热形式和传热系数差异，构建了一种双相变热二极管，并通过一维数值模型进行性能预测与实验指导。实验表明，在温差约25°C 下，该器件热流不对称性可达1.11，展现出良好的热整流能力，具备在小型热管理系统中的应用潜力。

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管壳式相变储热器翅片结构优化及性能验证

徐阳, 魏勇, 崔明, 蔡肖, 郑章靖

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3357-3366.

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针对管壳式相变储热器内存在的传热滞后区问题，以“传热滞后区内移” 为原则建立了修正优化算法。选择Y 形、连通箭头形和环形连通翅片，利用修正算法结合遗传算法对三种翅片结构进行优化，并对相变材料凝固性能进行数值模拟和实验研究。结果表明：与未优化Y 形翅片相比，优化后的Y 形翅片，可使完全凝固时间缩短12.5%，但仍存在传热滞后区问题。而优化后的箭头形翅片和环形连通翅片，可将传热滞后区内移，使完全凝固时间分别缩短了21.5% 和24.4%，进一步加速了凝固过程。实验结果也表明，优化后的箭头形翅片与环形连通翅片可使相变材料凝固更快，且环形连通翅片性能最优，验证了优化算法的有效性和数值模拟的准确性。

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中心分级燃烧室旋流液雾火焰的外激响应

张军华, 李磊. 安强, 迟子新, 惠鑫

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3367-3379.

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中心分级燃烧室能显著降低污染物的排放，但易受燃烧不稳定性影响。本文先基于试验方法获得了中心分级燃烧室的自激振荡特性，随后采用大涡模拟分析了此时流动和火焰的响应。结果表明：随着头部当量比增加或分级比减小，旋流火焰从稳定燃烧转变为极限环振荡。在低激励幅值下，流场受中心涡管的主导，但其不引起全局释热率脉动。随着幅值增加，流场产生轴对称的旋涡结构并引起显著的释热率脉动。更高的激励幅值导致剪切层对激励的感受性减弱，火焰响应的增益下降。

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金属纤维表面H₂/CH₄/空气预混火焰NO_x生成特性及预测模型

王天天, 李德政, 么强, 张扬, 张海, 吕俊复

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3380-3388.

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掺氢燃烧是我国天然气热用户碳减排的潜在途径之一，近来备受关注。燃料掺氢后的NO_x 生成特性是该途径推广的关键考量因素之一。本文在2 kW 全预混金属纤维表面燃烧器上研究了甲烷掺氢后的掺氢比、过量空气系数、燃烧热功率和纤维孔隙率等参数对NO_x生成特性的影响。结果表明：掺氢比减小、过量空气系数增加、燃烧热功率降低、纤维孔隙率减小，有助于降低燃烧室高温区的温度，NO_x 生成量减少。考虑金属纤维对掺氢甲烷燃烧过程中流动和传热的影响，建立了蓝焰模式下掺氢甲烷火焰在金属纤维表面燃烧的NO_x 生成预测模型。与实验值比较发现，NO_x 模拟值偏差基本上在±16% 之内，可证实模拟结果的可靠性。

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不同管径高压氢泄漏自燃诱发射流火行为

弓亮, 李晨阳, 王昊禹, 杨子航, 莫天煜, 郑羡文, 张玉春

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3389-3396.

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高压储氢是目前主要储氢方式，但高压氢泄漏极易发生自燃并诱发形成射流火，这已成为阻碍氢能源安全推广应用的关键问题之一。本文利用数值模拟研究方法，对不同管径高压氢气泄漏自燃诱发射流火过程中的流场、火焰形态演变规律展开研究。结果表明，管道直径越大，马赫盘高度越高，但相对膨胀越小；增加管道直径将增大管道外氢射流火面积和泄漏氢气面积，氢射流火焰轴向、径向传播距离随之增大。此外，10 mm 管径外火焰出现熄灭现象。

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生物质化学链制氨合成气与氨气模拟研究

吴天灏, 钟发根, 林延, 颜舒畅, 李城阳, 方诗雯, 魏晓宇, 黄振

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3397-3406.

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在这项研究中，基于Aspen Plus 软件开发了一种通过生物质化学链制备氨合成气(N₂+H₂) 以及氨气的工艺。松木生物质(biomass)、水蒸气(steam) 和载氧体(oxygen carriers，OCs) 作为原料。通过过程模拟和灵敏度分析相结合的方法，探讨了关键参数对系统性能的影响。确定最佳参数：OC/B = 9、燃料反应器温度为900°C、S/B = 4、氢气反应器温度为600°C、AIR/B =1.5 以及氨气反应器温度和压力分别为300°C 和15 MPa。在NH3 产率为0.326 kg/kg 生物质时，系统㶲效率为70.6%，能耗为155.3 kW。此研究不仅建立了制备氨合成气的生物质化学链工艺，还引入了一种新的氨合成生产工艺。

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氨燃料高压贫燃着火延迟研究

宋昱, 王贤杰, 刘飞, 吴景行, 马玉涛, 刘一硕

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3407-3414.

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随着全球工业化进程的加速，化石燃料的使用量不断上升，氨气因其高能量密度和燃烧不产生二氧化碳的特性，被视为一种有潜力的新型清洁能源。本文通过利用激波管实验平台开展了氨气贫燃高压(Φ = 0.1 ∼ 0.25, p = 0.175 ∼ 1 MPa) 的着火延迟实验研究。基于详细氨化学机理探究了压力、温度、当量比等参数对着火延迟特性的影响机制。当量比越低(Φ = 0.1)，系统处于贫燃状态下着火燃烧时，基团O、OH 的浓度越高，促使NH₃ 的链初始反应加速进行，着火延迟时间降低。压力越高时，有利于基元反应R5: H₂ + M ⇔ H + H + M 和R77: H₂O₂ (+M) ⇔ OH + OH(+M) 的进行，提升基团池浓度，加快基元反应进程。

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缸内喷氢对汽油机燃烧特性及稀燃极限的影响研究

饶顺露, 郑朝蕾, 范光涛

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3415-3426.

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本文研究了加氢比例对汽油、氢气双直喷发动机燃烧特性及稀燃极限的影响。研究结果表明，加氢比例为36% 时可以显著加快汽油机的着火过程，并大幅提高压升率，从而显著增强汽油机的燃烧性能。相比于纯汽油机，36% 加氢比例使汽油机的稀燃极限从λ=1.62 拓展至λ=2.16；指示热效率最高可达到47.7%。NO_x 排放随着过量空气系数的增大先增高后降低，但当λ=1.6 时，NO_x 排放远低于当量比工况；由于采用高能点火系统耦合加氢的策略，燃料被充分燃烧，因此HC、CO 排放近乎为0；CO₂ 的排放则随过量空气系数以及加氢比例的增加而减少。

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异辛烷单液滴的多段自着火模式以及EGR 环境气体的影响

宋海玉, 张文艺, 周恒毅, 梁文恺, 刘有晟

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3427-3439.

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本文利用数值模拟研究了无对流条件下异辛烷单液滴多段自着火模式，并对其动态着火过程进行分析。首先通过零维反应器数值仿真得到异辛烷纯气相反应在低温和高温路径下均存在两段热释放，即四级着火。然后在初始温度600∼1000 K、初始压力0.05∼2 MPa、空气环境中对异辛烷孤立液滴自着火模式进行数值模拟，得到上述工况下异辛烷液滴自着火模式包括无着火、一级冷火焰着火、二级着火，并对异辛烷单液滴二级着火的动态着火过程中液滴周围发生的不同温度路径下反应进行深入分析，最后讨论加入EGR 气体对异辛烷单液滴自着火的抑制作用。

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电场增强MoS₂ 催化裂解甲烷制氢的分子动力学研究

周文君, 陆毅, 周伟星, 贾贞健

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3440-3448.

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氢燃料是具有广泛应用前景的清洁能源，而甲烷直接裂解制氢是一种高效的制氢方法。为了提高氢气产量，本工作提出了电场辅助MoS₂ 催化裂解甲烷制氢的方法。利用分子动力学模拟评估了不同电场强度下甲烷的裂解效率和氢气产率以及电场提升MoS₂ 催化性能的作用机制。结果表明甲烷裂解效率的提升与电场的强度有关。在适当的电场强度下，电场增强了分子间的碰撞，降低甲烷裂解的反应活化能，促进了甲烷与MoS₂ 中硫元素之间的电荷转移和成键，从而提高了MoS₂ 对甲烷的吸附和催化裂解性能。电场也同时促进了氢自由基的进攻反应，丰富了甲烷裂解制氢的反应网络，提高了产物之间的碰撞和转换概率，为氢气的生成提供更多的途径。

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CO/H₂/CH₄/NO 高压氧化实验与反应动力学模型研究

刘昀洋, 尤佳俊, 赵韵, 殷阁媛, 胡二江, 黄佐华, 包炀阳

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3449-3457.

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本研究基于流动反应器进行了压力为1.8 MPa，NO_x 掺混浓度范围为0% ∼ 0.185%，温度范围为623 ∼ 1273 K 的典型煤制合成气掺混NO 氧化实验，分析了NO 的添加对CO/H₂/CH₄ 氧化特性的影响。实验结果显示，高压工况下，NO 的添加对CO、H₂ 和CH₄ 的低温氧化存在促进作用，抑制中温下H₂、CO 和CH₄ 的消耗，并且其低温促进作用或中温抑制作用均随掺混浓度的提高而增强。其中，CH₄ 的起始反应温度提前125 K，CO 的反应完全温度延后超过100 K。基于CRECK-2019模型进行了更新，获得的新模型可准确预测CO/H₂/CH₄/NO 氧化过程的物种浓度。并利用新模型开展了详细的反应动力学分析，揭示了CO/H₂/CH₄/NO 氧化过程的主要反应路径和敏感性反应。

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火焰合成锂离子电池高镍三元正极材料金属元素的演化机制及影响

王君雷, 李金宇, 杜文, 李世龙, 陈国徽, 王昆

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3458-3469.

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近年来火焰合成方法被国内外研究者用于制备锂离子电池高镍三元正极材料LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂ (NCM811)，然而该过程涉及锂、镍、钴、锰四种具有不同物化特性的金属元素，其在火焰合成过程的演化机制及对所合成正极材料的影响尚不清楚。本研究首先采用热重实验分析与反应热力学参数理论计算结合的方法，对以上四种金属的硝酸盐前驱物开展了热解特性和反应特性研究。结果显示，锂、镍、钴、锰硝酸盐在火焰高温场中可完全分解为各自氧化物；其中，镍、钴、锰氧化物活性较低，在火焰中为稳定物质，而氧化锂则具有较高活性，会进一步与火焰燃烧产物二氧化碳和水反应，转化为碳酸锂、氢氧化锂。因此，火焰合成三元正极材料过程涉及的四种金属元素实际可以分为两类，可显著简化对多金属氧化物纳米材料火焰合成过程的理解。进而，为了明晰活性元素锂的作用，以硝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂为锂源，探究了其对火焰合成NCM811 纳米结构正极材料形貌、结构和电化学性能显著不同的影响。

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点燃式无连杆对置活塞发动机燃烧特性研究

郝彩凤, 邓龙飞, 郝丽萍, 朱伟青, 李耀宗

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3470-3478.

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无连杆对置活塞发动机是一种新构型发动机，活塞运动轨迹具有高自由度，通过驱动凸轮型线优化，规划活塞运动规律，调控缸内工质压缩、燃烧、膨胀历程，进而实现放热、传热以及容积变化过程的自主耦合控制，提高热力循环效率。基于定容燃烧弹发现，当环境温度低于355 K 时，航空煤油不能被成功点燃；环境温度高于750 K 时，航空煤油可以自燃。基于原理演示样机，验证了无连杆对置活塞发动机工作原理可行性，发动机在一定转速下可以实现稳定运行。同时，研究了进气温度、节气门开度、喷油量、喷油正时、点火正时对燃烧过程及性能的影响规律。

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纳米气泡对喷嘴雾化特性影响实验研究

裴凡淇, 杜宇航, 毛荣海, 温治, 楼国锋

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3479-3487.

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为探究纳米气泡对压力旋流雾化喷嘴雾化特性的影响，本文首先基于纳米颗粒跟踪分析技术对纳米气泡水中纳米气泡的存在和长期稳定性进行了实验研究，然后基于雾化实验平台，开展不同入口压力下纳米气泡对喷嘴雾化性能影响实验。稳定性实验研究结果表明：水中生成纳米气泡后，平均直径基本稳定在80∼120 nm；而气泡浓度在经过50 天后能稳定在(1.0∼1.8)×10⁸ mL⁻¹，说明纳米气泡水能长期存储并保持“气泡活性”。雾化特性实验研究结果表明：水中添加纳米气泡后流量特性曲线降低6.33%，雾化锥角增大2.3%；比较索特平均直径，发现当压力大于3 MPa 时，纳米气泡水的索特平均直径略低于去离子水，且压力越大，出口轴向距离越小，相差幅度越大。由此表明纳米气泡能增强喷嘴雾化特性。

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乙醇和苯酚对SNCR 低温脱硝的影响

丁文西, 刘猛, 万军, 刘伟

工程热物理学报. 2025, 46(10): 3488-3493.

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氮氧化物排放问题近年来在环境保护领域引起了广泛关注。首先在管式炉实验台上，研究了乙醇(C₂H₆OH) 和苯酚(C₆H₅OH) 对SNCR 脱硝效率影响。得出650∼800°C 低温区间内，乙醇与苯酚对SNCR 脱硝效率的促进效果较佳。在6 kW(th) CFB 燃煤试验装置系统，进一步研究实际燃煤烟气中，二者对SNCR 影响。结果表明，在反应温度低于700°C 时，乙醇与苯酚均可改善脱硝效率，在700∼750°C 温度区间，宜采用乙醇作添加剂，控制β(C₂H₅OH/NH₃) 为0.8 左右。高于750°C，SNCR 脱硝效率已高于50%，不宜添加此两种添加剂。

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