2021年, 第30卷, 第5期 刊出日期：2021-05-25
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热科学学报. 2021, 30(5): 1469-1490.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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光伏/光热系统(PV/T)将传统的PV板与太阳能集热器结合在一起，构成一个集成系统，可同时实现发电和供热的功能。近年来，它已成为建筑应用中最有前途的太阳能系统。大多数PV/T系统以水作为冷却剂，此设计在冬天可能导致结冻。为了克服这个问题，热管式PV/T系统被提出，其可稳定地提供电能和热能，且没有季节性障碍。尽管一些已发表的综述论文涉及了热管式PV/T系统，但他们将其视为综述内容一小部分，仅仅做了简单介绍。本文以热管PV/T系统为主，对其性能进行全面而深入的分析。首先简要介绍了热管式PV/T模块和结合系统的结构、工作原理。然后分析了不同类型的热管式PV/T系统（即整体热管，回路热管和脉动热管PV/T系统）的特性和性能。接下来对热管PV/T模块结合系统性能进行评估。最后，分析了该领域的研究不足，并提出了一些未来的研究趋势和方向。 -
热科学学报. 2021, 30(5): 1491-1502.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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本文提出了一种储能型太阳能热泵混合系统，并针对系统的关键部件建立了数学模型，包括太阳能蒸发器，冷凝器，相变储能罐和压缩机等。在理论模型的基础上，搭建了太阳能热泵耦合系统的实验测试平台。实验结果表明，该系统能够满足如中国吉林省延边市等寒冷天气地区的供热需求。在白天运行时，太阳能热泵系统会将多余的能量存储在相变储能罐中，保证系统全天稳定运行，且系统平均COP为4.5。在夜间运行中，存储在相变储能罐的能量通过相变材料再次释放，从而确保建筑内部连续供热10小时以上，且室内空气温度始终高于18℃。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1503-1512.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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太阳能蓄能对可再生能源的持续利用至关重要。其中，蓄能容量大、热损失低、环境友好以及可长期储存是太阳能持续利用的关键。传统蓄热方式即使在良好保温条件下也会因为热损失难以长期储存。本文提出了一种基于膜浓缩的溶液梯度蓄能方法，在良好的太阳辐射条件下，除湿剂溶液逐渐浓缩并作为浓度梯度能而长期储存。首先，在2018年5月至9月期间，持续测量了不同气候条件下西安地区的太阳能热水的温度，在40℃～90℃之间。其次，分别在42℃～63℃的温度范围内，将50%的LiBr溶液、35%的LiCl溶液和40%的CaCl2进行了膜浓缩实验。结果表明，膜两侧的水蒸气压差是影响膜传质的决定性因素。溶液的储能密度随溶液温度和膜面积的增大而提高。因此，当LiBr、LiCl和CaCl2溶液分别从50%到55%、35%到40%和40%到45%时，溶液梯度储能密度分别为245 kJ/kg、350 kJ/kg和306 kJ/kg，相当于冰蓄能的蓄能容量。同时，由于溶液和空气是两个独立的封闭循环，溶液不会对空气形成污染，溶液的浓度梯度储能无需任何保温措施，可长期环保储存。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1513-1525.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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本文提出了一种由太阳能槽式集热器（PTC）驱动的有机朗肯循环（ORC）与光伏/热（PV/T）子系统相结合的新型耦合系统。初步建立了新型耦合系统的数学模型，在此基础上，讨论了两种集热器（PV/T和PTC）面积比例对系统性能的影响。结果表明，PV/T与槽式集热器的最佳面积比为8:2，此时可以获得最大的能量输出。此外，对耦合系统和两个独立系统（PV/T和ORC系统）的性能进行了比较分析。结果表明，与其他两个独立系统相比，该耦合系统可靠性更高，其总输出能量（热能和电能）最大。在稳态模拟中，耦合系统的太阳能利用效率比其他两个独立系统提高了40%。在动态仿真中，耦合系统单位面积集热器的年输出能量比其他两个独立系统高约13%。此外，在典型日动态模拟中，所提出的耦合系统与独立的PV/T系统相比，光伏板温度降低了5-7℃，这意味着光伏板的发电效率可提高1.5%-3.5%。本研究旨在探讨新型太阳能利用耦合系统的运行特性，推动可再生能源利用模式的发展，为相关能源系统的设计与优化提供参考。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1526-1540.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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太阳能聚光集热系统常年置于户外运行，聚光器表面沉积灰尘会降低其光学性能。本文针对小型线性菲涅尔聚光集热系统的镜面积尘问题，使用紫外分光光度计、扫描电子显微镜以及X射线衍射仪分别测试了反射镜积尘前后的相对反射率和灰尘的物理化学特性，结果表明：随积尘时间的增加，镜面的积尘密度逐渐增大，相对反射率逐渐减小，在积尘48天中，积尘密度每增加1g/m2，相对反射率平均下降9.4%；随着反射镜倾角的减小，镜面的积尘密度增大，相对反射率减小；积尘会导致铝镜的相对反射率下降比银镜更严重；试验地区灰尘颗粒的主要成分是SiO2，自然积尘的粒径范围是0.9μm-87μm；依据灰尘的物理化学性质及其对反射镜的遮挡机理，提出了自然积尘对线性菲涅尔聚光反射镜相对反射率影响的预测模型，预测结果与试验结果偏差约为1%。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1541-1547.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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统一的非平衡态辐射热力学理论一直在探索中，因为它对太阳能利用有重要的意义。本文对太阳辐射能与太阳接收器的光热作用过程进行了㶲分析。对非平衡态辐射热力学系统进行了描述，并介绍了太阳辐射与太阳接收器光热相互作用的热力学过程。给出了光热过程的能量、㶲和熵方程，并给出了非聚光和太阳能聚光条件下太阳能接收器最佳接收温度的计算公式。选取一个简单的太阳能接收器作为计算实例开展了非聚光条件下的㶲分析。另外，开展了太阳聚光对太阳能热利用中太阳能接收器热力学性能的影响分析。分析结果表明，在太阳能热利用过程中，提高太阳能聚光比可以提高太阳能吸热器的输出㶲通量和㶲效率。本文给出的公式和分析结果可为非平衡态辐射热力学理论的深入研究和太阳能热利用提供一定的理论参考。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1548-1558.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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太阳能驱动的膜反应器环己烷脱氢可以直接从环己烷生产纯净的氢气和苯，并将低品位的太阳热能存储为高品位的化学能。本文通过数值模拟分析了气体分压，环己烷转化率和反应器能效的变化规律，研究了在四个温度（200℃，250℃，300℃和350℃）和四个分离压力（0.050 MPa，0.025 MPa，0.010 MPa和0.001 MPa）下环己烷的脱氢过程。由于反应平衡随着氢气分离向正向移动，本研究可以在中低温实现环己烷的完全转化（>99.9％）。系统热力学第一定律效率，太阳能制燃料效率以及㶲效率可分别高达94.69％，46.93％和93.08％。该研究表明，将中低温太阳能集热技术与膜反应器集成的环己烷脱氢系统具有可行性，同时本研究为太阳能储能未来发展提供了新思路。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1559-1571.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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树叶的等级孔结构作为一种高效的自然选择养分运输系统，在物质运输和能量传递方面具有独特的优势。仿生叶层状多孔结构在太阳能热化学反应、光催化、储能等方面有着广泛的应用。为了提高系统热效率，降低运行能耗，本文介绍了一种具有仿树叶等级孔结构的潜热蓄热堆积床系统。在孔隙率相同的情况下，潜热储热单元的直径设计为沿流动方向变化以优化其热性能。对比分析了速度对传统单尺寸模型和仿树叶等级孔模型在温度分布、压降、融化速率和蓄热能力的差异。结果表明，与传统的单尺寸模型相比，仿树叶等级孔结构可以使堆积床的温跃层厚度变薄，压降减小，换热面积增大，热响应提高。在本文模拟中，系统的压降降低25pa、融化速率和完成率的最大增幅分别为36.6%和20.3%。上熔点温跃层的厚度最大降幅为51.7%。这些结果为在实际条件下优化潜热蓄热堆积床系统和改善其热性能提供了建议。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1572-1580.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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本文理论研究了R1233zd(E) 和R1336mzz(Z)应用于太阳能驱动的喷射-压缩复合制冷循环系统的引射系数，泵功，换热器热负荷。通过与当前广泛应用的R245fa对比，评估了该两种新型工质的应用前景。结果表明，当系统采用R1233zd(E) 和R1336mzz(Z)作为工质时， 系统具有较高的引射系数和较低的泵功。R1233zd(E) 和R1336mzz(Z)系统的泵功可比245fa系统低14.59%和38.05%。同时，R1233zd(E) 系统具有最高的COPthermal，其后为R245fa和R1336mzz(Z)。R1233zd(E)系统和R1336mzz(Z)系统，R1233zd(E)系统和R245fa系统的差别分别为4.33%和2.0%。本文期待能够成为评估R1233zd(E) 和R1336mzz(Z)系统的重要参考。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1581-1595.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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纳米流体的光谱透射率进行了测量验证。建立了纳米流体导热系数与温度及纳米颗粒质量分数的拟合关联式，并与已有模型进行了对比。利用理论及实验方法对三种光程下纳米流体的光热转化性能进行了研究。结果表明：相同条件下以CTAB作为分散剂所制备的纳米流体相较于SDBS及GA具有更好的物理稳定性；温度对纳米流体导热系数的影响随着纳米颗粒质量分数的增加愈加突出，特别是在55-75℃的范围内；测得所制备纳米流体的最大导热系数为0.9488 W/mK @75℃，同条件下较水提高了43.61%；所测纳米流体最小导热系数为0.6376 W/mK @25℃，同条件下较水提高了5.16%。所制纳米流体平均最大光热转化效率为0.47，同条件下较水(0.2)提高了135%，最大SAR值为527.5 W/g，在保证光谱选择性吸收的同时具有良好的光热转化性能。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1596-1606.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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太阳能单罐潜热储能系统主要由两个传热过程组成，首先是相变材料的蓄热过程，另外是相变材料放载过程。本文为了进一步研究石蜡基太阳能单罐的传热性能，设计提出一种新型太阳能单罐蓄热系统，同时采用FLUENT进行了数值模拟。结果显示：实验与数值结果吻合较好。本文为了得到石蜡在单罐中的传热规律，对单罐系统的长径比、熔化温度和电加热器的加热功率进行了数值分析。结果也表明，长径比越大，换热越不均匀。当单罐的系统长径比从2.8降低到1.1时，液体分数从61.83%增加到76.47%。石蜡的熔化温度越高，相变材料达到稳定状态的时间越长。在单罐底层，液体加热的曲率大于固体加热的曲率。当总功率一定时，加热功率对罐内传热影响不大。本文的研究将为今后单罐系统的优化设计提供理论指导。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1658-1673.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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现存的多级轴流压气机气动设计体系存在对经验模型的高度依赖、数值模拟时间成本高昂等问题。在压气机的设计体系中，初步设计对于压气机的最终气动性能具有重要作用，但截至目前，在初步设计阶段对压气机气动性能进行快速、自动优化的研究较少。本文基于压气机一维设计方法、径向平衡方程和遗传算法，发展了一种适用于多级轴流压气机的快速、自动的气动性能优化方法。一维设计方法中的气动性能预测模型主要包括几种广泛应用的流动损失模型、冲角模型、落后角模型以及流动阻塞模型。通过求解径向平衡方程来获得每排叶片进出口气动和热力参数沿径向的分布。遗传算法主要被用来自动搜索压气机的最优气动布局，以最大限度的提升绝热效率。为了验证方法的有效性，对一台6级工业轴流压气机开展了气动优化设计，并通过数值模拟方法对结果进行验证。结果表明，本方法能够在几分钟内有效提升多级轴流压气机在设计工况下的绝热效率，并能对其在设计工况下的气动性能进行精准预测。本文工作对于完善轴流压气机设计体系具有重要的科学意义，并能让设计者在压气机初步设计阶段摆脱对经验的高度依赖，具有重要的工程应用价值。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1674-1683.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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针对两型轴流压气机进口测量探针的安装影响转子叶片振动特性问题，尝试开展不同探针安装布局对压气机转子叶片振动信号影响的试验研究。支杆直径10mm的圆柱形探针诱发三级压气机转子叶片发生整转速阶次激振的1阶共振，当探针支杆尺寸减小后，转子叶片振动响应水平显著降低。进口探针与上游支板共同作用形成的6阶激振力诱发了六级压气机转子叶片发生1阶共振。当探针安装数量改变后，转子叶片共振现象消失。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1705-1717.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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本文通过实验与数值研究微型自由摆式发动机（MICSE）的运转特性，并基于热力学第一定律分析了MICSE的能流路径，通过实验验证零维数值模型的准确性。研究结果表明，MICSE的指示热效率随当量比或点火提前角的增大先增大后减小，因此，存在最佳的点火提前角和当量比使得MICSE的运转性能最优，当量比为0.8，,点火提前角为−0.553时，发动机指示热效率达到最大值为12.5%。只有当量比大于0.6时，MICE才能正常工作。与传统曲柄发动机不同，MICSE的净热释放率的峰值滞后于压力峰值。实验和仿真结果都表明，MICSE的泄漏严重，是MICSE的主要能量损失。各部分能量占比顺序为：泄漏损失>排气损失>散热损失>指示功。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1731-1740.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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在流化床气化过程中，煤中的硫会释放出来，造成环境污染。虽然流化床气化技术有着广阔的应用前景，但流化床气化过程中硫的释放行为还没有得到充分的研究。因此，我们从温度和反应气氛两个方面对流化床气化过程中硫的释放行为进行了综合研究。在空气气化过程中，气体硫以H2S为主，COS次之，SO2和CS2的产率较低。随着温度的升高，气相硫的释放量和无机硫的含量都增加。在相同工况下，气化残渣中硫形态分布相似。气化残渣中以有机硫为主。随着温度的升高，残渣中硫酸盐含量增加，有机硫含量降低。在所研究的三种反应气氛（CO2/水蒸气/空气）中，H2S的产率最高。在水蒸气气化过程中，气态硫（H2S/Sg）中H2S的含量最高，而大部分硫是在空气气化过程中释放出来的。H2/CO与H2S/Sg的顺序相同，硫释放速率与碳转化率的趋势一致。CO2气化和水蒸气气化飞灰中硫形态分布相似，而空气气化飞灰中硫酸盐含量最高。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1741-1750.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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采用多孔介质燃烧技术实现煤矿低浓度瓦斯高效利用有助于节能环保。研究时设计了一种燃烧器与换热器耦合的自预热式双层多孔介质燃烧器，可循环利用燃烧烟气热量预热入口新鲜气体。其中，燃烧器上游和下游层分别填充了氧化锆小球和拉西环，并研究了在不同工况下拉西环尺寸对燃烧器内温度分布和污染物排放的影响规律。结果表明：预热作用对燃烧器内温度分布具有显著影响，且螺旋结构换热器的预热效果最佳，燃烧产生的污染物排放量较低。随着气体流速和当量比的增加，燃烧器内峰值温度明显升高。随着拉西环尺寸的增大，火焰温度先升高然后逐渐降低。同时，在10 mm拉西环填充的燃烧器内NOx和CO的排放量最低，且燃烧器内的整体温度较高。相关研究结果可为低浓度瓦斯利用的工程实践提供理论基础。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1751-1767.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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准确预测超临界CO2 (scCO2)传热对换热器的设计和scCO2动力循环的安全运行具有重要意义。不同于目前常用的经验关联式预测方法，本文提出了一种基于两个隐含层的人工神经网络模型（ANN）预测scCO2传热。为了更好的评估被广泛引用的超临界传热关联式和新开发的ANN传热预测模型，本文在垂直管中开展了压力高达20.8 MPa的scCO2传热实验，扩展实验数据库，包含2674组传热数据点。与已有超临界传热关联式相比，ANN模型具有以下优点:(1)ANN模型具有更好的预测精度，预测壁温与实测壁温的平均相对误差、平均绝对相对误差和均方根相对误差分别为eA=0.38%、eR=4.88%和eS=7.29%。(2)ANN模型具有较快的计算速度。(3) ANN模型不仅精确、快速地预测scCO2正常传热，同样适用于传热恶化模式下的scCO2传热性能预测。本文提供了训练后的神经网络程序，该程序是一个有用的工具，可直接应用于超临界传热设计。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1768-1779.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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在CO2跨临界动力循环中，由于CO2临界温度低至30.98℃，常规冷却水难以冷凝亚临界CO2。为避免该冷凝问题，提出基于CO2的跨临界动力循环混合工质。向主要组元CO2中混入少量次要组元C3H8，可提升临界温度。然而，混合工质的可燃性可能限制其应用。本文采用热流法研究了混合工质C3H8/CO2的层流火焰速度这一燃烧特性，并基于Chemkin-Pro中的预混层流火焰速度计算反应器进一步获得了CO2对燃烧的抑制机理。实验结果表明，层流火焰速度随当量比的改变而出现峰值，并随有机气体摩尔分数的增加而增大。此外，各个峰值对应的当量比也有略微的上升趋势。随着C3H8摩尔分数的增加，可燃当量比的范围扩大。当C3H8的摩尔分数为0.15时，最大层流火焰速度为12.8 cm·s-1，是纯C3H8最大层流火焰速度的31.7%；可燃当量比的范围为0.41 ~ 1.33，比C3H8的可燃当量比范围降低了23.3%。在标况下，混合工质C3H8/CO2的可燃临界混合比为0.08/0.92。通过理论模拟，确定了CO2抑制燃烧最关键的自由基与基元反应分别是OH与H+O2=O+OH。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1780-1788.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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面对全球变暖的趋势，人类越来越重视碳的捕集、利用和封存。化石燃料燃烧以及一些特殊工业过程（如水泥厂的碳酸钙分解）会排放大量CO2。水泥行业的CO2排放量占全球CO2排放总量的7%，水泥窑尾烟气中CO2的浓度甚至超过30%。离子液体被认为是一种有效、潜在的CO2捕集材料。为了研究离子液体对水泥窑尾烟气中CO2的吸收性能，建立了离子液体吸收CO2实验系统，并分别使用纯CO2和模拟烟气研究了离子液体[APMIm][NTf2]（1-氨丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐）对CO2的吸收性能。结果表明，在离子液体吸收CO2过程中，物理吸收和化学吸收同时存在，其中物理吸收占主导地位。离子液体的吸收能力和吸收速率随工作温度的升高而下降。在采用纯CO2的系列实验中，工作温度为30℃时，离子液体对CO2的吸收量为0.296 molCO2∙molIL-1，在70℃时吸收量为0.067 molCO2∙molIL-1。同时，离子液体可以再生回收，且吸收量没有明显变化。当离子液体用于吸收水泥窑尾烟气时，其吸收量和吸收速率明显下降。30℃时，离子液体对水泥窑尾烟气中CO2的吸收量仅为0.038 molCO2∙molIL-1，是对纯CO2吸收量的12.8%。此外，观察到CO2会从离子液体中自然解吸，在一定程度上对实验结果中的吸收量和吸收—解吸速率产生一定影响。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1789-1802.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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相变储能广泛应用于众多工程实践中，如太阳能热利用、废（余）热利用、建筑节能、热能回收和航天航空等领域。其高效的储热方式吸引了学者的广泛关注，主要集中于优化相变材料储能性能以及提升储热效率。本文通过分子动力学（MD）方法在微观尺度上研究石蜡和石墨层复合相变材料中相变材料分子随温度升高的构象变化，分析了结构演化、自扩散系数、相变特性和热导率等性能。结果表明，当温度高于相变材料的相变温度时，靠近石墨层的正十八烷分子分布更规则，这意味着石墨层对烷烃分子有显著的吸附影响；同时，正十八烷分子的自扩散系数随着温度的升高而增加，远离石墨层的正十八烷分子的自扩散系数大于靠近石墨层区域的分子的自扩散系数，这与文献里的结果相一致；此外，热导率计算结果表明正十八烷无定形体系的热导率比具有完美晶体结构的正十八烷的热导率低约2.5倍，即石墨层的吸附作用导致烷烃分子分布更加规则，有利于混合体系导热系数的提高。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1803-1813.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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目前，环路热管(LHP)冷凝器的结构设计大多依靠经验，为了分析LHP内的冷凝流型，寻找更准确的经验关联式以更好地指导环路热管冷凝器设计，本文设计了一套观察冷凝器内冷凝现象和测量LHP传热性能的试验系统。对283 K冷凝器温度下丙烯LHP的运行参数进行了测量，同时对冷凝器内的冷凝过程进行了观察。实验结果表明，2.5 mm×2.5 mm冷凝通道内的冷凝流型主要有层状流、波状流和间歇流。将实验结果与四种典型的冷凝流型图进行了比较，发现Breber流型图和Cavallini流型图可以成功地预测大部分冷凝流型。另外，根据流型选取了四种冷凝换热关联式，将预测值与实验结果进行了比较，结果表明，Cavallini关联式预测值与实验值的偏差小于20%，该关联式可用于LHP冷凝器结构的精确设计。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1814-1826.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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在雷诺数为5000～45000的定壁温条件下，对螺旋槽管内空气的湍流动能和换热性能进行了数值研究。在此基础上，分析了五种不同几何参数螺旋槽管的流体动力学和换热性能，以及分离涡和旋流尾流对换热和流动阻力的影响。结果表明，流体撞击槽的迎风面，产生强烈的湍流动能，进一步重建边界层，从而强化了换热。第二个原因是槽间流体脱体产生的回流区的形成扰动了边界层。随着dl/D的增大，槽背风面的分离涡强度增大。分离涡的存在会破坏边界层，提高换热能力，并伴随着流体阻力的增大。随着pl/D的减小，螺旋流增强，同时产生更多的尾流。螺旋流对强化传热影响不大，但抑制了分离涡和流体脉冲的发展，同时降低了流体阻力。平均努塞尔数的最大值出现在Re=5000，dl/D=0.25，pl/D=1.00时，是光滑管的2.53倍。在整个雷诺数范围内，热性能增强系数表明，dl/D=0.15和pl/D=1.00是最佳的几何设计参数。
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热科学学报. 2021, 30(5): 1842-1858.摘要 ([an error occurred while processing this directive]) PDF全文 ([an error occurred while processing this directive])
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随着工业技术的发展，微尺度传热越来越受到关注。本文以200 μm铂丝和150 μm镍铬丝为实验对象，以直流电源提供所需电流，实验工质为蒸馏水，观察微丝上的各种气泡行为并分析其加热机制。我们在200 μm铂丝上捕捉到了多种气泡附着现象，包括气泡脱离过程中的粘附、附着的小气泡在大气泡表面的旋转、多个气泡在同一气泡顶部盘旋以及不同的附着气泡脱离现象。需要指出的是，垂直方向的Marangoni力是触发气泡附着现象形成的重要因素。此外，还应考虑表面张力、附着力和浮力对气泡环绕的影响。对 150 μm 镍铬丝上的气泡扫荡进行分析可知，静态气泡会与另一侧的扫荡气泡相互作用，从而改变传热机制，这在之前没有详细讨论过。气泡表面垂直方向上的热毛细管是气泡射流现象产生的主要影响因素，它会改变气泡前面遇到的微层。本文还研究了气泡直径和液体过冷度对扫荡速度的影响，结果表明，气泡直径越大，所达到的扫荡速度越低，而液体过冷温度对扫荡气泡速度的影响较小。采用多孔介质燃烧技术实现煤矿低浓度瓦斯高效利用有助于节能环保。研究时设计了一种燃烧器与换热器耦合的自预热式双层多孔介质燃烧器，可循环利用燃烧烟气热量预热入口新鲜气体。其中，燃烧器上游和下游层分别填充了氧化锆小球和拉西环，并研究了在不同工况下拉西环尺寸对燃烧器内温度分布和污染物排放的影响规律。结果表明：预热作用对燃烧器内温度分布具有显著影响，且螺旋结构换热器的预热效果最佳，燃烧产生的污染物排放量较低。随着气体流速和当量比的增加，燃烧器内峰值温度明显升高。随着拉西环尺寸的增大，火焰温度先升高然后逐渐降低。同时，在10 mm拉西环填充的燃烧器内NOx和CO的排放量最低，且燃烧器内的整体温度较高。相关研究结果可为低浓度瓦斯利用的工程实践提供理论基础。