2022年, 第31卷, 第2期 刊出日期：2022-02-25
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热科学学报. 2022, 31(2): 273-284. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1527-7可调扩压器（AVDs）作为一种调节技术，可以扩宽压缩空气储能系统(CAES)的工作流量范围，并提高其气动性能。为了研究可调扩压器的调节机理和捕捉详细的叶片载荷分布以便设计优化，设计并制造了用于离心压缩机闭式试验台测试的增材制造可调扩压器。首先，通过数值分析和试验支撑总结可调扩压器调节规律，提取相应的叶片载荷数据以分析分布规律；然后，根据分布特性，设计了适合可调组件的3D可调扩压器模型；再者，依据实际试验运行环境选择了选择性激光熔融技术和模具钢材料1.2709进行金属打印；最后，对待测试的成品件进行了性能测试和精度检测，几乎所有的入口孔偏差都在0.3mm的允许误差内。研究结果表明：增材制造技术能有效提高扩压器内流通道的可塑性，并能详尽的导出压力面和吸力面的叶片载荷，同时能在不同运行条件下提供可调功能。它不仅可以突破传统可调扩压器复杂内流通道的加工瓶颈，而且提高与可调组件的设计匹配程度，同时确保了高性能高精度、有效缩短了加工时间。
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热科学学报. 2022, 31(2): 285-307. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1569-x与纯工质相比，非共沸混合物能平衡环境保护、热源匹配和系统安全性的要求，并表现出优异的热力学性能。然而，与广泛应用的纯工质相比，非共沸混合工质在热力学循环中的应用很少。并且现有文献缺乏对非共沸混合工质在制冷系统、有机朗肯循环系统和功冷并供系统中应用的全面的总结。近年来，非共沸混合工质正以前所未有的速度发展，同时工质的组成成分也不可避免地在这一过程中被探索。本文综述了非共沸混合工质在制冷系统、有机朗肯循环系统、功冷并供系统等领域的研究进展。通过对非共沸混合工质的综述，对其之后的应用发展提出了合理的预测。在未来，环境问题仍将是最重要的被关注问题之一。因此，由天然碳氢化合物和二氧化碳组成的环保的非共沸混合工质具有很大的发展潜力。此外，由天然工质组成的非共沸混合工质可以提高组合系统的综合能源利用效率，并将在未来的碳减排技术中发挥重要作用。
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热科学学报. 2022, 31(2): 308-317. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1519-7粗糙结构的几何尺寸以及蒸汽混合物中不凝气体对液滴的成核位置和润湿状态有很大影响，进而影响凝结换热的热流。本文采用多组分格子玻尔兹曼方法和热相变模型研究粗糙表面的珠状冷凝现象。首先研究了方柱高度、宽度和柱间距等几何尺寸的影响。并在此基础上，研究了不凝气对粗糙表面冷凝液滴接触角的影响。结果表明:粗糙表面在较大的柱间距、宽度和较小的高度处，局部热流通量和湿润面积较大，而成核等待时间较短;随着方柱高度的增加和柱间距的减小，成核位置从槽底向槽顶上升，同时所形成的液滴接触角较大，且更容易保持非润湿的Cassie状态。当存在不凝气体时粗糙表面的疏水性也显著提高。
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热科学学报. 2022, 31(2): 318-331. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1577-x夜间通风利用夏季夜间室外冷风作为自然冷源对墙体等蓄热构件进行降温蓄冷，白天利用墙体蓄存的冷量缓解室内温度升高，是实现通风降温的有力途径。但是，炎热夏季夜间通风降温性能易受气候条件的限制。本文提出了一种新的解决方案，即采用竖壁贴附射流夜间通风(WANV)与相变材料墙板(PCMW)相结合。该系统的原理是利用竖壁贴附射流夜间通风强化对流换热，利用相变材料墙增强蓄热能力，从而实现通风与蓄热的有机结合以期改善夜间通风降温性能。通过室内温度变化、热舒适时段和降温效率的对比实测评估了该耦合系统的热性能。由于PCMW具有较高的蓄热密度，我们发现加入PCMW对夜间时段降温效率有不利影响，但仍有利于夜间通风系统的降温效果。对比有无PCMW的WANV夜间通风系统，耦合系统运行一小时后，室内空气温度和西墙内表面温度的降温幅度显著提高了94.97%和67.74%，室内热舒适时间延长了38.42%。结果表明，PCMW与WANV耦合在改善夜间通风降温性能方面具有较大的应用潜力。
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热科学学报. 2022, 31(2): 332-343. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1584-y多孔材料由于其比表面积大、孔隙率可控等优点而广泛应用于相变传热装置中。在实际应用中，多孔介质内的流动和传热过程通常与通道内的湍流等过程相耦合。本文采用数值模拟方法，研究了多孔介质和矩形通道相互耦合形成的T型通道内的非均温混合流动过程，揭示了多孔材料的孔隙率、孔径等结构参数对耦合界面处流动及传热过程的影响。在孔隙尺度上分析了耦合界面处的热量及动量传递特性，建立了多孔介质的摩擦阻力系数和努塞尔数与雷诺数、孔隙率、孔径和速度比的函数关系式。基于孔隙尺度的模拟结果能够扩展到表征单元体尺度，进一步指导和修正表征单元体尺度的数值模型，保证其更高效计算速度的同时提高其准确性。
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热科学学报. 2022, 31(2): 344-358. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1536-6在压水堆核电站中，波动管在连接稳压器和主回路方面起着重要作用。实际系统中各种扰动因素导致波动管内存在复杂的瞬态过程，如典型的热分层现象、热工水力不稳定状态等直接给波动管的热结构完整性带来严重挑战。为此，本文建立了一个流动-传热-热弹性多物理场全耦合分析模型，用于研究压水堆稳压器瞬态运行模式下波动管内的瞬态行为和热结构问题。为了综合评价热分层流动的均匀性问题，研究中引入了分层程度的指标参数ζ。研究发现，稳压器波出流动过程中，温度扰动量增加时会使壁面温度梯度变大，对应的波动管热变形更为严重。在温度为正波动的情况下，高温变化也会导致较高的分层度 ζ，反之亦然；波动质量流量与分层程度呈负相关关系。在温度变化达50K时，局部最大变形可达到 1.802 cm，不同位置的变形量也都有所不同。瞬态热工水力特性的研究表明，波动管热工运行状态与管体变形直接相关，应当重视必要的调控调节。
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热科学学报. 2022, 31(2): 359-369. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1531-y平均辐射温度是室内热环境中不可或缺的物理参数。尤其是在由辐射系统控制的室内环境中，平均辐射温度是影响热舒适的一个重要因素。为了快速廉价地确定辐射供冷室内的平均辐射温度，本文开发了一个数值计算程序。该程序基于有限单元法求解角系数和辐射温度场，同时使用蒙特卡罗方法修正有限单元法计算角系数时产生的奇异解问题。通过辐射供冷实验室的实验结果以及其它文献报道的数据验证了该数值程序的准确性。最后，使用该程序预测了一个辐射供冷环境中不同表面形状的辐射温度场，并初步地评估了该环境的热舒适水平。
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热科学学报. 2022, 31(2): 370-378. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1581-1
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热科学学报. 2022, 31(2): 379-389. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1535-7吸附式制冷系统采用低品位热能驱动和天然制冷剂，具备节能环保的优势。然而，它存在效率低和成本高的缺点。吸附式制冷系统内部热量回收是提升其制冷效率（COP）的关键。基于夹点法的分析方法有助于实现系统最优的回热方式。本文建立了吸附式制冷系统的温度-热量图和问题表并进行了夹点分析。结果表明：1）夹点位于吸附床之间，即主要回热集中于吸附床之间；2）系统的动态特性（时间因素）是回热的最大制约；3）夹点温差对系统COP的影响不显著。当驱动热源温度为90℃时，硅胶-水吸附式制冷系统经过优化回热后的COP为0.73，接近于溴化锂-水吸收式制冷系统的COP。本文采用的夹点法可适用于不同类型的吸附式制冷系统（两床型、四床型、回质型等）。
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热科学学报. 2022, 31(2): 390-406. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1575-z本文旨在寻找一种更通用的制冷性能分析方法，并设计一种高效的模块化水冷板制冷结构。提出了一种新的分析方法，即电流和制冷率密度分析方法，得到了通用的制冷性能计算公式。建立了考虑汤姆逊效应的热电装置有限时间热力学模型，设计了高效的水冷式热电空调的基本结构，给出了具体的计算方法。分析了输入电流密度、填充系数和传热条件对热电空调制冷性能的影响，并与风冷式热电空调制冷性能进行了比较。结果表明，在制冷温差ΔT=5 K的情况时，水冷式热电空调的最大制冷率密度为8.65 kW/m2，最大制冷系数为2.27。与ΔT=5 K相比，在ΔT=15 K时，水冷式热电空调的最大制冷率密度和最大制冷系数分别降低了27.98%和76.65%。当填充系数θ=0.43时，制冷率密度和制冷系数分别为2.57 kW/m2和1.24。搭建了热电空调实验装置，对模型进行了验证，结果表明，采用高效的水冷方式时，输入电流和制冷系数的最大值分别为4A和0.95。实验数据与理论计算结果吻合较好，证明了分析方法和冷却方式的有效性。
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热科学学报. 2022, 31(2): 407-416. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1580-2蒸汽压缩热泵被认为是航天热控制系统的最佳选择。蒸汽压缩热泵中的换热器是受微重力环境影响较大的部件。润滑油在微重力作用下随制冷剂进入热泵系统，润滑油的进入增加了流动的复杂性。本文在不考虑相变传热的前提下，使用FLUENT 软件研究润滑油 POE RL 68H 和制冷剂 R134a 的两相混合物在换热器中的流动和润滑油沉积；建立了油膜厚度与润滑油的比例、重力加速度、入口流速以及换热器的放置方向之间的函数关系。结果表明，随着重力加速度和润滑油含量的增加，油膜厚度将呈现符合玻尔兹曼函数的S型变化，润滑油沉积量增加；随着流速的增加，油膜的厚度将呈指数下降。
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热科学学报. 2022, 31(2): 417-435. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1351-x
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热科学学报. 2022, 31(2): 436-447. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1583-z
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热科学学报. 2022, 31(2): 448-462. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1400-5将有机朗肯循环引入传统喷射制冷（CER）系统，建立了以异丁烷为制冷剂的低品位热源驱动的冷/电联产喷射制冷（CPC-ER）系统。与循环泵消耗外部功率的CER系统相比，CPC-ER系统优势明显，在实现制冷的同时可以向外输出净功。基于热力学数学模型，对这两种系统进行了能量和㶲比较分析。结果表明，CPC-ER系统的当量COP比CER系统高41.14-71.30%，且㶲效率是CER系统的1.32-1.49倍。发生器温度高达80°C时，CPC-ER系统的膨胀功和总㶲输出都达到最大值。因此，CPC-ER系统的能源利用效率高于CER系统，并且适用于具有低品位热源的冷-电并需场所。
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热科学学报. 2022, 31(2): 463-484. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1327-x
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热科学学报. 2022, 31(2): 485-494. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1337-8为了便于装配和节省实验成本，设计了一种针对压气机中间级的扇形段实验平台。新的设计思想首先在扇形段实验台进行实验研究以验证新设计思想的效果，从而降低了新设计思想直接应用于全环压气机中的风险。该扇形段实验平台是一个插拔组件，插入中间级后组合成全环静子叶排，扇形段组件包含一组通过3D打印制造的可更换的机匣端壁和叶片。与传统的平面叶栅实验相比，扇形段实验台可以创造出更接近发动机实际工作状态的环境。对原型静子在设计点的流场进行了详细的测试，发现在叶尖区域存在一定的流动缺陷，然后提出三种可能改善该流动缺陷的设计方案，并通过实验研究哪一种设计方案能够有效改善该流动缺陷。机匣端壁造型思想是最有效的改善静子叶尖流动缺陷的方法，它能显著抑制静子尖部分离，降低总压损失系数。通过实验测试表明，扇形段实验平台的设计是成功的，具有广阔的应用前景，可用于进一步研究中间级的流动机理。
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热科学学报. 2022, 31(2): 495-510. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1532-x燃气轮机是舰船及特殊民用船舶的主要动力。为了防止燃气轮机核心部件压气机叶片和机匣产生碰撞和刮削，两者之间存在叶顶间隙，叶顶间隙引起的流动损失直接影响压气机气动性能。为了改善高亚声速压气机叶栅的变间隙特性，本文通过实验和数值计算对1%，2%和3%叶片轴向弦长的原型叶栅和加装压力面叶尖小翼的压气机叶栅进行研究，结果表明：压力面叶尖小翼在绝大多数工况下对流场有明显的改善效果。随着间隙的增大，叶尖小翼的改善效果更加明显，且最佳叶尖小翼方案发生变化，当时，PW1.0方案与NW方案相比流动损失减小了3.09%。当时，与NW方案相比，PW1.5总压损失降低了3.46%。当时，不同方案的叶尖小翼都降低了流场的总压损失，其中PW2.0的改善效果最为明显，总压损失降低了6.53%。
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热科学学报. 2022, 31(2): 511-528. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1582-0
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热科学学报. 2022, 31(2): 529-540. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1281-7
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热科学学报. 2022, 31(2): 541-551. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1560-6偶的单色辐射热流量和热电偶对环境的辐射散热损失，本研究重新计算了辐射传热的影响。分析表明，热电偶本身处在高温条件，导致严重的辐射散热损失，这通过接收对流传热的能量以及火焰和燃烧器表面发出的热辐射来补偿。这种方法被用于修正热电偶测量的硝基甲烷富燃火焰温度。结果表明，热电偶辐射散热在测温误差中占主导地位；热电偶吸收火焰和燃烧器表面的热辐射占次要地位，当高度为0.5 mm时，后者占20.78%，当高度为2.0 mm时，后者占3.63%。温度修正结果表明，最大温度误差为117.60 K，其中火焰和燃烧器表面发出的热辐射的影响小于1.75 K。因此，在层流预混火焰研究中，关注辐射热损失而忽略火焰和燃烧器发出的热辐射的影响是合理的。
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热科学学报. 2022, 31(2): 552-560. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1346-7
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热科学学报. 2022, 31(2): 561-570. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1539-8
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热科学学报. 2022, 31(2): 571-581. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1452-9为了实现火力发电厂燃油零消耗的目标，本文提出了一种新的用交流等离子点燃煤粉的方法。首先阐述了交流等离子的拉弧原理，接着对交流等离子发生器的电极进行了长寿命实验研究，并找到一种可将其寿命延长到530小时以上的方法。然后，提出了一种适用于贫煤的新型交流等离子燃烧器，并实验研究了贫煤煤粉气流在该燃烧器内的着火情况。重点分析了交流等离子电功率对燃烧温度、碳燃尽率、煤粉燃烧强度等燃烧特性的影响。研究结果表明，煤粉燃烧温度约为940℃，燃烧火焰长度达到6.3m，总的碳燃尽率高达52.2%。而且，燃烧器出口处的80%的区域充满明亮的火焰，81%的煤粉处于柱状火焰区域。在燃烧过程中，煤粉气流的燃烧模式多次发生变化，由初始点火阶段的均相燃烧模式，强化到后期的联合燃烧模式。本文的研究结论证明了交流等离子点火方法可以对劣质煤实现无油点燃。
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热科学学报. 2022, 31(2): 582-589. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1375-2为了满足日益严格的燃气锅炉NOx排放标准，燃气锅炉广泛采用烟气再循环技术以实现超低氮燃烧。在引入烟气再循环的一些超低氮燃烧工况下，锅炉发生了喘振现象，严重时导致熄火，这严重影响了锅炉的安全稳定工作。本文对带有烟气再循环装置的350kW燃气锅炉扩散燃烧的喘振现象进行了研究。分析喘振起振过程的压力特征可知，炉膛内压力的高频分量与燃烧稳定性紧密相关，其变化可以为喘振的发生提供参考。此外，本文借助小波包熵分析了燃烧喘振的起振过程。结果表明，压力信号的小波包熵可以有效反映燃烧稳定性，从而可用于分析研判燃烧喘振的发生。
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热科学学报. 2022, 31(2): 590-605. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1387-y本研究提出了一种以地质聚合物为粘结剂，林业废弃物为填料的生物质复合保温材料，并对其制备过程和性能进行了实验研究。首先，采用正交试验法分析了制备地质聚合物的最佳理论氧化物摩尔比及混合水与粘结剂（mw2:mB）质量比。其次，通过实验研究了生物质复合保温材料的养护方法（包括一段和两段养护方法）和质量比mw2:mB对材料力学性能、热工性能和水力性能的影响。结果表明，制备无机地质聚合物的最佳组合方案为摩尔比
，及质量比mw2:mB=0.5，其能达到的最高抗压强度为34.21 MPa；生物质复合保温材料的最佳养护条件为两段养护法，养护温度可为85℃和70℃，其热导系数分别为0.123 W/(m•K)和0.125 W/(m•K)，抗压强度为1.70 MPa和1.71 MPa；生物质保温材料的最佳质量比mw2:mB为0.5～0.55，其导热系数为0.114～0.125 W/(m•K)。本文所研究的新型复合保温材料具有优异的物理性能，有助于实现建筑节能。
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热科学学报. 2022, 31(2): 606. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1590-0
