2022年, 第31卷, 第3期 刊出日期：2022-04-25
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热科学学报. 2022, 31(3): 607-633. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1605-x稠密气固流动在实际生产和工业领域中非常普遍，因此了解其中的流体动力学特性和传热传质行为具有重要意义。 本文对稠密气固流动中流动、传热和传质行为的多尺度数值模拟做了简要的综述。 介绍了多尺度数值模型（直接数值模拟、离散颗粒模型和双流体模型）和相关研究的结果。 最后，讨论了稠密气固两相流的流动、传热和传质特性研究的未来可能的发展方向。
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热科学学报. 2022, 31(3): 634-649. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1587-8SOFC作为新一代燃料电池，以其独特的优势成为业界的热点。为了提高能量利用率并防止重整炉内积碳，通常利用喷射器回收电池阳极排气。本文综述了喷射器SOFC中的应用，包括喷射器的设计与优化方法、喷射器性能验证实验以及喷射器在SOFC系统中的性能表现。此外，为了适应叠堆的宽功率输出特性，还介绍了扩展引射器工作范围的方法。本文得到了SOFC系统喷射器的优化设计理论，包括喷射器主要结构参数对整个系统性能的影响以及喷射器性能监控的理论模型;另一方面，证明了在SOFC系统中使用喷射器可以防止积碳问题的发生，同时对余热的回收可以提高系统的能量利用率。最后，对未来的相关研究工作提出了建议，旨在推动基于喷射器的SOFC系统在未来能提供更高、更稳定的性能。
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热科学学报. 2022, 31(3): 650-662. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1601-1本文对在定热源条件下两种不同工质基本有机朗肯循环 (BORC)和带回热的有机朗肯循环 (IHORC)的热力学性能和净输出功率进行研究。研究结果表明，IHORC与BORC的总㶲效率相等，但IHORC的外部㶲效率低于BORC而内部㶲效率高于BORC。以膨胀机的进口压力和温度为独立参数，以㶲效率和热回收效率为目标函数建立循环的多目标优化模型，采用NSGA-II算法得到了其Pareto最优解，在最优条件下，以R236ea为工质的IHORC和BORC循环具有最优的综合性能，其㶲效率分别为40.69% 和 41.38%、热回收效率分别为83.2% 和75.6%，而蒸发器的㶲损最大，可通过降低夹点温差和提高蒸发压力的方法减少该㶲损。
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热科学学报. 2022, 31(3): 663-677. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1596-7线性菲涅尔反射式聚光器由于结构简单、成本低、抗风性能优良等特点，被广泛应用于太阳能光热利用领域。但是，由于线性菲涅尔聚光器常年在室外工作，反射镜表面积尘问题不可避免，这就导致系统光学效率降低，因此需要完善和改进。本文设计了一种焦平面能流密度测试装置，用于测试不同积尘时间下系统的能流密度分布。结果表明，随着积尘时间的增加，镜面上的积尘密度增加，焦平面上的能流密度减小。经过35 天的自然积尘，反射镜的积尘密度达到了4.33 g/m2，焦平面上的能流密度平均下降至1.78 kW/m2。另外，文章以灰尘堆积在镜子上引起的反射率变化作为量化指标，提出了镜面积尘对系统光学效率影响的预测模型。研究结果可为提高线性菲涅尔系统的光学效率提供数据依据。
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热科学学报. 2022, 31(3): 678-688. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1613-x线性菲涅耳聚光集热系统作为主要的太阳能光热发电技术被广泛研究，二次聚光器结构对线性菲涅耳集热器上的热流分布有显着影响。 本文基于线性菲涅尔系统光-热-流-固耦合模型，熔盐作为传热蓄热工质，采用均匀度指标对比分析了不同入射光线角度下，不同类型二次聚光器（简单梯形聚光器、分段抛物面聚光器、复合抛物面聚光器）对线性菲涅尔集热器热流和温度分布的影响。 结果表明，均匀度指标随着入射光线角度的增大而增大，复合抛物面聚光器与简单梯形聚光器和分段抛物面聚光器相比，具有最高的均匀度；采用复合抛物面聚光器的线性菲涅耳聚光集热系统，均匀度指标最高为0.8137，本研究为线性菲涅耳聚光集热系统二次聚光器的设计和评估提供了有效和实用的指导。
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热科学学报. 2022, 31(3): 689-700. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1493-0印刷电路热交换器被认为是超临界二氧化碳布雷顿循环中最有应用前景的热交换器。作为同时承受高压和热负荷的关键部件，印刷电路板换热器的结构完整性评估至关重要。本文采用有限元法对船用超临界二氧化碳布雷顿循环余热回收系统中作为回热器和预冷器的印刷电路板换热器进行了结构强度评估，并与ASME规范中目前使用的方法进行了比较。研究了温度和压力对冷热侧应力分布的影响，并讨论了影响冷热侧强度的主要因素。在此基础上，对设计条件下印刷电路板换热器的应力强度进行了详细的研究，结果表明:除了在通道尖端附近有一个集中区域外，最大的应力出现在通道半圆弧的中部。印刷电路板换热器的应力主要由压力和温差引起，温度的影响最小。在设计条件下，温度场和压力场的耦合作用对总应力的影响比较复杂。综合对比，有限元法是一种比ASME规范更全面的结构评估方法。最后，对印刷电路板换热器进行了进一步的结构优化，以确保最大的使用寿命。研究工作可为超临界二氧化碳布雷顿循环中印刷电路板换热器的结构完整性评估提供理论指导。
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热科学学报. 2022, 31(3): 701-711. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1530-zU型通道是热交换器中常见的单元结构，其压力损失和传热特性对于热交换器的综合性能有重要的影响。本文结合超临界CO2的物性特点，采用数值方法研究了导流叶片结构对U型通道内超临界CO2流动与传热特性的影响。研究表明，合理的导流叶片结构能有效减小超临界CO2在U型通道内的流动分离，进而大大降低流动损失。其中，整体式导流叶片能够使超临界CO2流体的压力损失减少36.7%左右。同时，导流叶片结构也改变了超临界CO2流经转弯区域后的回流涡系结构，多重分离涡系的相互作用造成了不同程度的高、低速流体掺混，进而改变了U型通道中的换热系数分布。因此，导流叶片结构对于超临界CO2在U型通道内的流动传热特性有重要的影响。合理的导流叶片结构设计，可用于优化超临界CO2在U型通道内的压力损失和换热分布。
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热科学学报. 2022, 31(3): 712-726. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1591-z本文在考虑汤姆森效应、接触热（电）阻、封装间隙热泄漏、热沉热阻以及热负荷影响的基础上，建立一维的热力学模型以评估热电制冷器件（TEC）的器件级性能。通过引入无量纲参数对性能预测模型进行简化和推广。性能预测结果与实验测试结果吻合度良好。通过参数化分析表明，汤姆森效应对TEC制冷量的影响随着电流的增加而不断增大，而对COP的影响几乎不随电流变化。与接触电阻相比，低的接触热阻更有利于获得较低的TEC热结温度，在案例研究中可以降低 2 K。封装间隙热泄漏是影响制冷性能的不利因素。当热沉的热阻较小时，热泄漏对TEC制冷性能的不利影响会进一步扩大。增加热负荷温有利于提升TEC的制冷能力。例如，热负荷每增加 5 K，制冷性能可以增加约 4%。但是，一旦电流超过最佳值，对性能的提升作用就会减弱。本研究将为从事TEC系统优化的设计人员提供一种分析方法。
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热科学学报. 2022, 31(3): 727-740. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1603-z基于燃气轮机机组实际运行数据和随温度变化的材料特性，建立了复合冷却叶片模型和可靠的边界条件。通过系统的瞬态热-流-固耦合模拟，分析了叶片在启动、停机和变负荷工况下的瞬态流场和温度场。结合所获得的瞬态温度场数据，利用非线性有限元方法研究了这些瞬态运行过程对透平叶片热应力特性的影响。结果表明，叶片表面的温度和压力随着负荷水平的增加而增加，反之亦然。随着启动过程的进行，叶片表面气膜冷却以及内部气流对流换热效果不断增强，叶片压力面和叶尖尾缘的高温区域逐渐消失。叶片平台进气边及叶尖前缘会产生局部高温区，最高温度可达1280K。在温度梯度高温侧出现的高热应力通常发生在温度梯度大且几何形状变化显著的地方。对于启动/停机过程，热应力的增加/减少率与负荷变化率正相关。负荷的轻微变化 (1.52%/min) 会导致热应力的显著变化 (41%)。在变负荷运行工况下，虽然热应力对负荷变化不太敏感，但由于热应力基础水平较高，仍需要仔细控制负荷的上升或下降速率。
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热科学学报. 2022, 31(3): 741-750. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1439-6回路热管是航天卫星、电子以及诸多其他领域中的极具吸引力的两相热控设备，它们能够在各种方向条件下通过数米的距离进行高效传热。本文针对具有长距离、小管径传输管路的回路热管传热特性开展研究工作，采用内径为2mm和3mm的小管径不锈钢管分别作为回路热管的液体管路和气体管路。针对传热距离为6米的回路热管，对其蒸发器局部热阻进行了研究和分析，结果表明铝块与蒸汽槽道中的蒸汽之间的传热热阻在总热阻中占很大比例。通过对10℃、15℃、20℃和25℃不同水冷温度下传热距离为6米的回路热管传热性能进行对比，研究热沉温度对回路热管传热性能的影响。另外，还针对2米、6米和16米不同传热距离的回路热管传热特性进行了实验研究，在蒸发器温度低于100℃的前提下，传热距离为16米的回路热管的传热能力可达100W，传热距离为2米的回路热管的传热能力超过339W。传热距离为2米的回路热管的传热热阻可低至0.125℃/W。
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热科学学报. 2022, 31(3): 751-764. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1615-8本文通过数值计算和实验测试研究了粗糙靶面的流动和传热特性，并与平板进行了比较。本文提出了三种新型的流线型粗糙单元：类圆形突起，类梯形直肋，以及类梯形弯肋。实验采用瞬态热色液晶在有机玻璃模型中进行。研究了射流雷诺数、肋高度和肋形状对努塞尔数和流量系数的影响。更高的肋提供了更高的换热增强。弯曲的肋提供了更好的传热性能。在实验范围内，组合式直肋靶板和组合式弯肋靶板的面平均努塞尔数分别增加了11.5%和13.8%。数值模拟研究表明，突起可以缩短喷嘴到靶板的距离，使转捩点向前移动。肋对横流有引导作用，减少对下游射流的横向干扰。粗糙单元的侧表面带来的热通量是非常明显的，由突起和肋的侧表面贡献的热通量分别达到26%和10%。
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热科学学报. 2022, 31(3): 765-776. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1533-9本文给出了温度测控稳定性极限与温度分辨率之间的数理关系，特别是使用铑铁电阻温度计和交流电阻桥测控温。在此基础上，对基准级气体测温装置中不同工况下铑铁电阻温度计控温进行了研究。基于优化的参数，在5-24.5K温度区间实现了μK级的控温稳定性，180小时（7.5天）的控温稳定性优于8μK（积分时间33.6s），接近传感器和仪器的测控温极限。与我们之前的工作相比（Chen et al., Cryogenics 2019 97 1-6），本文控温稳定性在24.5K时提高了(44±8)%、在5K时提高了(70±7)%。
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热科学学报. 2022, 31(3): 777-789. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1524-x本文探讨了格子玻尔兹曼方法（LBM）在复合材料内导热-辐射耦合传热问题中的应用。文章首先针对辐射传输方程，建立了30速度和38速度的LBM模型，并给出了各方向权系数的计算方法。接着引入了导热的有限容积方法（FVM）和辐射的离散坐标方法（DOM），对比了LBM-LBM、FVM-LBM和FVM-DOM几种组合模型在二维和三维导热-辐射耦合传热问题中的应用。结果表明26速度的D3Q26-LBM模型在计算辐射传输方程时精度较低，而D3Q30-LBM和D3Q38-LBM的精度与DOM较为一致。对于导热问题，LBM在模型松弛系数较大时存在较大误差。因此，其在应用于组分导热系数差异较大的复合材料传热问题中存在局限。最后，采用LBM辐射模型，在复合材料传热计算中会比FVM-DOM模型具有更高的计算效率。综合考虑计算精度和计算效率，推荐采用FVM-D3Q30-LBM耦合模型。
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热科学学报. 2022, 31(3): 790-801. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1620-y采用光滑粒子流体力学方法研究了在真空或蒸汽室中过热液滴蒸发的蒸发和沸腾。基于Navier-Stokes-Korteweg方程和范德华状态方程，建立了具有扩散界面的汽液两相流体的数值模型，可用于分析不同初始温度和密度条件下液滴的自发相分离过程。首先通过范德华状态方程的理论分析数据验证了液滴的相平衡状态，并将液滴表面张力与其他人的实验结果和数值模拟结果进行了比较，吻合良好。其次，在液滴从蒸发到沸腾的动态过程中，分析了液滴的形态、密度、温度和熵增量的变化过程。并总结出四种相变模式，即从表面蒸发、内部气泡、碎片和爆炸，以及闪蒸，其相变模式主要取决于液滴的等效过热度，即无量纲的过热度与表面张力的比值。研究结果表明，当等效过热度小于1/3时，表面蒸发时形状不变，仅液滴温度和密度略有下降。如果超过1/3，液滴内部会产生稳定的空泡。我们用畴生长理论计算了液滴破碎产生的液核和液环的生长规律。我们发现，液滴在等效过热度接近0.52时，液滴内部有明显的气泡膨胀但外部液环可以维持稳定。当等效过热度大于1时，液滴的生长和膨胀将导致液环碎裂，液滴爆炸形成许多小的二次液滴。这些二次液滴的平均质量和平均直径与膨胀率呈幂律关系。当等效过热度大于3时，液滴发生快速闪蒸。其内外压力差与环境压力呈负的线性关系。另外还发现，相比增加环境压力，增加环境气体密度可以更好地延缓冲击波的传播速度。
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热科学学报. 2022, 31(3): 802-815. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1635-4阿尔法磁谱仪（AMS）的配电系统（PDS）频繁出现高温预警。为探明原因，本文建立了国际空间站（ISS）普通运行工况和特殊运行工况下AMS PDS的理论热流模型。基于该模型，研究了PDS处的热流变化及温度响应，评估了ISS特殊操作对PDS外热流的影响。结果表明，当β角为-25°时PDS处的总外热流达到最大，这也正是-25°β角附近PDS高温预警频繁发生的根本原因。在ISS普通运行工况下，PDS的温度响应迟滞从116秒到230秒不等。当ISS执行特殊操作时，锁定ISS太阳能电池板对PDS的外热流和温度影响最大，可引起PDS的轨道平均温度下降1.7℃。当ISS同期执行多项特殊操作时，锁定ISS太阳能电池板并同期调整ISS的飞行姿态发生次数最多，对PDS的温度影响也最大，可引起PDS的峰值温度变化2.5℃。
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热科学学报. 2022, 31(3): 816-829. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1586-9为了研究锂电池的产热特性，本文建立了锂电池的电化学热耦合模型。模拟结果表明，电池的产热密度随放电倍率的提高而增大。随着放电过程的进行，电池的产热密度不断增大，在电池2.5C放电时，放电末期时的产热密度是放电前期时的1.82倍。电池内部的产热密度分布不均匀，46%的欧姆热是在电极耳附近产生的。此外，为改善电池产热引起的温度不均匀性，本文设计了一种通道梯度变化的小通道冷板，并设计了一种均匀小通道冷板作为对照。冷却工质选用去离子水和制冷剂R141b，放电倍率分别为1.5C、2C和2.5C。结果表明，无论是单相冷却还是两相冷却实验中，通道梯度变化冷板均具有更好的冷却性能。
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热科学学报. 2022, 31(3): 830-839. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1585-x由于循环流化床(CFB)锅炉主循环回路中含有大量床料，因此电厂的突发失电事故会给CFB锅炉的安全、稳定运行带来极大挑战。本文针对一台170 t/h 自然循环CFB锅炉，探究了其在突发失电事故后的重启特性，并评估热态重启的可行性。在验证了供电恢复后重启阶段床层等温性的基础上，对一次风恢复供应后的传热过程进行了计算，给出了床温、失电持续时间、给风温度、给风时间、风速等参数之间的关系式。计算结果表明重启阶段一次风速是影响床层温度的主要因素。为了判断热态重启的可行性，给出了不同煤种实现热态重启所对应的最大事故持续时间和最大给风时间。当煤种着火温度从450 oC变至650 oC时，最大事故持续时间和最大给风时间均显著降低，这体现了着火温度在判断热态重启可行性中的重要性。此外，根据失电期间床温的模拟结果，汽包水位预计在8小时后下降77.7 mm,仍在运行允许的范围内。
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热科学学报. 2022, 31(3): 840-853. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1592-y减压站是在天然气输送过程中必不可少的设施之一，其具有压力调控、供需管理和流量计量等功能。然而，目前有大量的天然气减压站位于远离电网的偏远地区，主要使用电池为设备供电，这导致了其运营成本较高。因此，如何实现这些天然气减压站的能源独立是一个亟待解决的问题。本文针对离网地区的天然气减压站设计了一种天然气燃烧型热电发电器(FTEG)，该设备主要包括燃气烟道、燃气盖、热电发电模块和散热器。同时，在FTEG设备中引入相变材料，将其工作模式由连续性模式转变为周期性模式，并制备了FTEG设备的原型机，讨论了不同模式下的发电性能。结果表明，周期性模式下FTEG设备的发电效率比连续模式下提高了63%。然后，本文进一步建立了仿真模型，探究了空气系数、冷侧散热器和热电发电模块数量对FTEG设备性能的影响。在这些影响参数里，冷侧散热器和热电发电模块数量的影响更显著。对上述参数优化后的FTEG设备具有32个热电发电模块，平均发电功率可达16.4 W，集热效率为84.6%。因此，可以通过串联3 ~ 6个FTEG设备来满足天然气减压站的的功率需求（50 ~ 100W）。该高性能FTEG设备可以加速天然气减压站实现能源独立的进程，同时促进热电发电模块在中尺度设备上的进一步应用。
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热科学学报. 2022, 31(3): 854-866. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1528-6本文采用了同步辐射真空紫外光电离与飞行时间质谱相结合的技术，对燃烧当量的1.7、压力为35 torr的正丙胺层流预混火焰进行了研究。实验中共检测和辨别出了40种产物和中间体，其中，乙烯醇、烯丙胺、丁二烯、乙烯基乙炔、1,3-丁二烯、1-丁烯、2-丁烯、正丁基、1,3-环戊二烯、环戊烯、2-戊烯、苯、甲苯、乙苯、2-丙烯-1-亚胺、环丙烯、吡咯、2-丁烯腈和正丁胺为首次在胺类燃料的测流预混火焰中被检测到。本研究中也给出了一些主要物质的摩尔分数分布。氰化氢和氮气被认为是正丙胺层流预混火焰中的主要含氮产物，这与之前含氮燃料层流火焰研究中一氧化氮为主要含氮产物不同。本研究中，基于密度泛函理论，通过量子化学计算，在CBS-QB3的水平上计算了燃料分子的键能，结果表明，CH3CH2-CH2NH2键的键能最低，并且，正丙胺分子裂解主要分解为CH3CH2和CH2NH2自由基。在α碳位置上的氢提取反应对于正丙胺分子的消耗起到明显的促进作用。本文的实验结果将会为下一步正丙胺燃料反应动力学模型的构建提供基础。
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热科学学报. 2022, 31(3): 867-881. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1614-9本文基于反应分子动力学探究了纳米铝粉在二氧化碳和水气流中的各向异性燃烧。通过对铝粉的形态演化和传热传质过程进行分析，揭示了各向异性燃烧的本质，并从原子水平上阐明了铝粉在不同氧化氛围中的反应机理，确定了三原子气体分子的断键和关键中间体的形成路径。结果表明，在低流速(≤6km/s)的情况下，铝粉以表面反应为主；在强烈冲击下(8km/s)，氧化过程由气相反应控制。此外，本文进一步将气流流速转化为气体分子的初始能量，旨在突出气流氧化特性对铝粉燃烧的影响。在低初始动能(<122.2kJ/mol)的条件下，铝粉氧化遵循扩散机理，点火延迟主要受氧化剂的反应速率和热释放的影响。当气流分子初始动能增加到458.1kJ/mol时，气体氧化剂的影响减弱，传热成为主导因素。在极端情况下(>458.1kJ/mol)，铝粉氧化呈现微爆机理，不同氧化剂的点火延迟几乎相同。
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热科学学报. 2022, 31(3): 882-894. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1473-4本文的主要目的是通过实验研究声学激振条件下扩散火焰的非线性动态响应。实验研究了燃烧器的两个参数：燃烧入口长度和气流速率的变化。通过非线性时间序列分析对实验结果进行了分析，得到了几个共振特性。结果表明，火焰声共振只在特定频率下与燃料管振动一起出现。非预混燃烧器中燃烧室和进气口的共振特性分别表示准周期或极限循环振荡。火焰声共振会触发燃烧器中的频率和幅度模式转换。此外，在燃烧器入口长度和气流速率的变化下，观察到火焰放热的间歇性； 445 毫米表壳比 245 毫米表壳显示出更多的频率峰值和波动。在火焰声共振条件下研究了四种典型的火焰形式，从褶皱火焰演变为发散火焰，然后演变为重新附着火焰，最后演变为吹散火焰。本研究提出了非线性时间序列分析方法作为实验室非预混燃烧器火焰声共振检测工具的实际应用，有助于检测和预防工业锅炉潜在的热声不稳定性或共振结构故障。
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热科学学报. 2022, 31(3): 895-906. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1507-y为保证预蒸发加力燃油与上游来流的掺混均匀性，在直通道内对混合器上游不同位置预蒸发燃油的掺混过程进行数值模拟，以菊花形、矩形、三角形和锯齿形四种尾缘形状混合器为对象，研究了不同混合器产生的涡系对燃油分布与混合特性的影响。结果表明：（1）不同尾缘形状混合器下游流场中，流向涡的尺度、强度和破碎速度以及正交涡剪切层的发展速度不同，但均加速了燃油的掺混（2）混合器出口燃油分布主要受二次流作用，下游平直段的燃油分布主要受流向涡卷吸作用影响，波峰波谷处的燃油分布主要受正交涡影响。（3）四种混合器下游，燃油的混合均匀程度均较无混合器时提高了80%左右。在有限掺混距离内，锯齿形混合器掺混效果最好，三角形混合器的掺混效果较差。矩形混合器掺混速度最快，综合性能较优。此外，通道壁面对混合器下游燃油掺混过程的作用不可忽视。
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热科学学报. 2022, 31(3): 907-922. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1574-0超临界水(supercritical Water, scW)在各种工程应用中具有重要意义，scW的结构和分布特征是控制相关过程和现象的关键。本文中，控制压力和温度，采用分子动力学(molecular dynamic, MD)模拟的方法研究了scW的动力学特性。观察到模拟盒子中心厚度为10 Å的区域内密度的振荡，这表明颗粒在局部区域的界面上进行质量交换。通过研究发现，低密度的scW表现出更强的非均匀性。通过均方根误差和最大结构因子两个参数对局部密度的波动进行了定量分析，且两种方法得到的结果具有较强的一致性。通过xz平面的密度二维分布可以发现，scW分子在局部紧密聚集形成“液岛”，但在其它区域会非常稀疏，类似于亚临界压力下的气液混合物。跟踪目标分子的平动和转动，发现前者显示出大幅度的弹道(扩散)运动和小幅度振荡，后者则显示出两个角度的跳跃尺度。平移和旋转运动都与氢键的断裂和重组有关。低密度scW分子间的氢键较少，多以孤立分子存在，而高密度scW则存在更多通过氢键组合在一起的分子簇。两个尺度的运动将对超临界状态下的热/化学过程产生影响，加深对scW结构的基本认识。
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热科学学报. 2022, 31(3): 923-933. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1454-7为了研究不同倾角和充液量的液力减速器制动力矩、振动、压力波动、外部噪声和内部流量的变化规律，建立了液力减速器试验台。利用INV3020数据采集系统同步采集制动力矩、振动、压力波动和外部噪声信号。实验采用不同的倾角(90°和75°)和6种不同的充液量(50%、60%、70%、80%、90%和100%)。为了准确分析倾角对定子和转子内液体体积和制动性能的影响，提出了扭矩体积比的概念。采用混合多相流模型模拟计算了流体的体积和速度分布。研究表明，随着倾角的减小和充液量的增加，制动性能提高，振动增大。压力波动随充液量的增加而增大，较小的倾角有效地降低了压力波动幅度。随着充液量的增加，声压级呈上升趋势，较小的倾角可以有效地降低噪声。不同充液量下的液相体积分布基本一致。倾角越小，诱导的旋涡越多。
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热科学学报. 2022, 31(3): 934-945. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1534-8本文对纵向流管壳式冷凝器的热工水力特性进行了数值研究。考虑进口流速、过热温度和不凝性气体三个因素，研究了壳侧纵向流在水平管束上的凝结特性。并对压降和传热系数细分为几个部分开展研究。进行了两相界面行为分析，研究了不凝结气体层、蒸汽质量和不凝结气体类型对凝结过程的影响。基于上述定量分析，研究了水平管束上的凝结物的热阻规律。发现管外的热阻在冷凝过程中占主导地位。最后，引入六边形夹持挡板（HCB）作为强化凝结的方法，以破坏冷凝物边界层，并提供扰动以强化凝结。结果显示，HCB使总传热系数提高了8.1%-40.7%，同时降低了临界过热温度和显热与潜热的阈值比。
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热科学学报. 2022, 31(3): 946-957. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1598-5在以水为工质的增强型地热系统（EGS）中，存在传热-流动-力学（THM）耦合过程，而这将会极大地影响EGS热开采性能。尽管目前提出了很多THM模型，但是现有研究缺乏对水储存（由储层孔隙率和水的密度的增大而引起）的深入分析，并且水储存对热开采性能的影响还有待揭示。为此，本文建立了一个三维THM模型，用于模拟EGS的水储存量和热开采速率。通过一个分析解对该三维THM模型进行了验证。然后，研究了水储存的影响，并对不同储层孔隙率条件下的THM和TH过程进行了对比。结果显示储层孔隙率增大对水储存的影响高于水的密度的增大。如果忽略水储存，那么注入流量将会被低估，产出流量和热开采速率将会被高估，并且储层冷却速率稍微减小。与TH过程相比，THM过程会导致更大的水储存量、更高的稳态热开采速率和更高的储层冷却速率，这说明力学过程对EGS性能具有重要影响。初始储层孔隙率越高，那么水储存量越大。可以推断出水储存量与储层冷却速率相关。本文结果显示水储存对热开采速率有一定的影响，而力学过程和初始储层孔隙率对水储存量有重要影响，因而水储存量应该采用THM模型进行模拟。
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热科学学报. 2022, 31(3): 958-973. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1638-1根据新月形沙丘的流动特性，前期提出了高效的沙丘冷却构型并证明了其优异的平板气膜冷却性能，本文延续之前研究，通过实验和数值模拟进一步探索了沙丘构型在端壁的冷却性能。基于单通道叶栅实验台，运用压敏漆（PSP）测量777型孔和沙丘构型在不同吹风比下的气膜冷却效率。实验测量表明，端壁气膜分布受到强烈的通道涡影响，相比于777型孔，沙丘构型的气膜分布更均匀，冷却效率更高，譬如在M = 1.0和2.0，区域平均冷却效率相比777型孔分别提升了30%和26%。数值研究发现，沙丘的出现有效缓解了冷气在高吹风比的流动分离，使得射流紧贴壁面，从而显著提升了端壁冷却效率，此外，沙丘诱导的Anti-CRV旋涡也使得气膜覆盖更稳定，进一步提升了展向气膜冷却效率。
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热科学学报. 2022, 31(3): 974. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1641-6
