2022年, 第31卷, 第5期 刊出日期：2022-08-25
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热科学学报. 2022, 31(5): 1253-1265. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1639-0
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热科学学报. 2022, 31(5): 1266-1278. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1694-6
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热科学学报. 2022, 31(5): 1279-1292. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1632-7
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热科学学报. 2022, 31(5): 1293-1301. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1616-7
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热科学学报. 2022, 31(5): 1302-1317. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1593-x
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热科学学报. 2022, 31(5): 1318-1326. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1293-3利用复合抛物面聚光器（CPC）的非跟踪聚光及脉动热管的高热流密度传热能力，提出了CPC脉动热管太阳能集热器。通过对CPC聚光比的合理设计及脉动热管的小管径，一方面保证脉动热管吸热段表面有足够的热流密度，使其工作在较低热阻状态；另一方面，在4倍聚光比下，整个集热器的厚度与平板集热器相当。论文建立了CPC脉动热管太阳能集热器的三维漏热数值模型，并与实验结果进行了对比验证。然后，分析了太阳辐射强度、风速、材料厚度（玻璃和隔热板）以及倾角等因素对新型集热器热性能的影响。结果表明，CPC脉动热管太阳能集热器的理论集热效率可达74.5%。太阳辐射强度和环境风速是集热器漏热的主要影响因素，而增加保温板和玻璃盖板的厚度对集热器的集热效率影响不大。其中，太阳辐射强度影响了脉动热管吸热表面温度，从而影响了空气夹层的自然对流，进一步影响了通过空气夹层的对外漏热。而环境风速一方面增加了玻璃盖板表面对流换热强度，同时也减弱了空气夹层的自然对流强度。当集热器倾角为45°、太阳辐射强度为1000 W/m2时，集热性能最好。论文对小尺度下太阳能聚光集热提供了参考。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1327-1336. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1618-5为了提高太阳能蓄热系统的蓄热效率以及降低制造成本，迫切需要开发更先进的高温蓄热系统。 本文研究了以铜为基体和锡为相变材料(PCM)的两种典型相变体系，即锡颗粒嵌入铜基体形成的三维结构体系和锡线嵌入铜基体形成的二维结构体系。 由于纳米材料的热物性与宏观材料相比有很大的差异，因此，我们首先从理论上分析了PCM和基体的热物性，如通过动力学方法获得热导率以及基于林德曼判据推导比热容。 然后，利用这些特性分别对三维和二维结构系统的蓄热性能进行估算，并从理论上研究了三维和二维结构系统中结构对传热效率的影响。 结果表明，与二维结构体系相比，三维结构体系具有更大的比表面积、更大的比热容和更大的导热系数，是一种更好的选择。 当特征尺寸减小到锡的临界值(约500纳米)以下时，系统的导热系数呈指数衰减，而比热容呈线性增加。 此外，当锡的几何特征尺寸小于临界值(三维结构体系为15纳米, 二维结构体系为25纳米)时，铜基体无法起到提高整个体系有效热导率的作用。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1337-1350. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1659-9本文基于有限容积法（FVM）与有限元法(FEM)，研究了填充床熔盐储热器的动态热-力耦合特性。首先，在考虑熔盐孔隙静水压的基础上，发展了FVM与FEM相耦合跨接的热-力耦合特性数值预测模型。在此基础上，模拟获得了填充床储热器的动态热、机械性能。最后，探讨了孔隙率、入口温度、入口流速等关键参数对其热-力耦合特性的影响情况。结果表明，放热过程中罐体壁面的温度与应力水平会逐渐升高，峰值应力出现在罐体壁板与底板相连的位置。增加孔隙率有助于提高放热功率，但较高的应力水平易致使壁板产生塑性失效的不利现象。熔盐入口温度的升高导致放热功率降低，应力水平增加；采用较高的熔盐入口流速可实现较低的机械应力，但储热器的放热时间会显著降低。
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Integration of LNG Regasification Process in Natural Gas-Fired Power System with Oxy-Fuel Combustion热科学学报. 2022, 31(5): 1351-1366. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1326-y富氧燃烧动力系统可以利用液化天然气(LNG）汽化过程释放的冷能来降低CO2捕集过程的功耗，但是捕集单位CO2消耗的LNG冷能量非常大。为了能够利用有限的LNG冷能以较低的能耗捕集更多的CO2，本文建立了一个新型的梯级利用LNG冷能的富氧燃烧燃气动力系统，其中LNG冷能逐级用于空气分离装置和CO2捕集装置。利用Aspen Plus软件对所建立的新系统进行分析评估，结果表明新系统的净发电效率和捕集单位CO2的一次能源消耗(SPECCA)均与化学链式燃烧系统相当，远高于常规的富氧燃烧系统。而且，新系统捕集单位CO2的LNG冷能消耗量(SLNCC)比现有的利用LNG冷能的富氧燃烧动力系统低67.2%以上。同时，通过灵敏度分析发现在O2纯度为97.0%和CO2捕集率为97.0%时新系统的CO2捕集能耗最低，其SPECCA、SECCA和SLNCC均达到了最小值，分别为1.87 GJLHV/tCO2、2.60 GJ/tCO2和1.88 tLNG/tCO2。此时，新系统的发电效率和㶲效率分别达到51.51%和49.23%。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1367-1379. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1588-7本文提出了一种采用双压冷凝、蒸发和喷射器增效耦合的高温热泵循环系统，并基于能量和㶲平衡分析分析方法对循环特性进行了理论分析，比较了传统循环、平行压缩和喷射器增效循环在采用R245fa, R600a, R1234ze(z), R1336mzz(Z), R1224yd(Z)和R1233zd(E)六种工质的循环性能。结果表明环保工质R1234ze(Z)性能最佳，是具有发展潜力的高温热泵替代工质。与传统循环和平行压缩循环相比，新循环的COP可提高29.5%和12.6%，㶲效率可提高 16.7%和11.1%，单位容积制热量可提高15.7-21.7%。在热源到热沉温跨较大时喷射器增效循环较其他两种循环均有明显的性能改善。该研究为充分提高大温跨高温热泵系统性能提高了一种新的思路。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1380-1391. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1515-3本文提出并研究了一种新的清洁发电系统（IPGS）。该系统将联合循环与超临界水煤气化相结合，根据温度和压力对合成气能量进行梯级利用，合成气的显热和潜热都可以回收到系统中，从而可以提高系统净发电效率。新系统的净发电效率比传统煤气化发电系统（GEPP）高出约6.4个百分点。㶲分析结果表明，该系统的㶲效率达到52.45%，较参比系统提高了13.94%，该系统㶲效率的提高主要得益于合成气能量回收过程、冷凝过程和合成气净化过程㶲损失降低。合成气燃烧过程是㶲损失最大的过程，在新系统中为 157.84 MW，该部分为进一步提升系统性能的突破点。此外，文章还对煤浆浓度、气化温度和气化压力等系统运行参数进行了研究。参数分析表明，与其他两个参数相比，煤浆浓度的变化对系统㶲效率影响更大。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1392-1406. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1576-y
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热科学学报. 2022, 31(5): 1407-1415. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1525-9超临界H2O/CO2混合工质（650-973 K，25 MPa，在水的临界温度和压力附近）近期被用作一种新型发电系统的运行工质，与传统的燃煤电厂相比，该系统具有更高的效率并能实现近零排放。充分理解这种混合物工质的扩散规律对于系统设计至关重要。然而，在系统运行的典型工况下的扩散行为缺乏具体的实验和理论数据。本文中我们利用分子动力学模拟方法研究了超临界H2O/CO2混合物的自扩散和互扩散规律。结果表明，超临界条件下的混合扩散系数比亚临界条件下的混合扩散系数大一个数量级以上；在近临界区，H2O分子更倾向于自聚集而不是与CO2分子聚集，而在超临界区，温度较高时没有明显的分子有序结构。因此在无限稀释条件下，CO2在H2O中的自扩散在超临界区域(不包括近临界温度段)具有类似理想流体的阿伦尼乌斯温度依赖性。这些分子间的相互作用机制也为研究CO2在H2O中的互扩散行为提供了理论依据，超临界区域的Darken方程可以很好地描述这种相互扩散行为。此外，Speedy-Angell幂律方程和Vignes方程，在工程应用上可以分别预测超临界H2O/CO2混合物的无限稀释自扩散系数和Maxwell-Stefan互扩散系数。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1416-1433. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1696-4在能耗、(火用)和经济性分析的基础上，提出了一种带经济器的双温 CO2制冷系统，并与传统的双温 CO2制冷系统进行了比较。采用遗传算法多目标优化方法，以 COP、(火用)损失和总经济成本为目标函数，寻找两个系统的最佳设计条件。得到了不同环境温度下的Pareto前沿。采用与理想解决策方法相似的顺序优先技术确定最优状态点。仿真结果表明，在不同环境温度下，引入经济器可以提高双温 CO2制冷系统的 COP、降低火用损失和总经济成本。此外，经济分析还考虑了二氧化碳排放成本和电价的影响。结果表明，随着 CO2排放成本和电价的增加，两种制冷系统的小时经济成本都在增加，但带经济器的双温 CO2制冷系统的小时经济成本始终低于传统的双温 CO2制冷系统。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1434-1451. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1572-2
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热科学学报. 2022, 31(5): 1452-1464. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1386-z随着经济的快速发展，当今社会能源与环境之间的问题日益严重。在传统的喷射式制冷系统中，机械泵的存在不仅消耗电能，同时导致系统噪声大，成本高，效率低下。本文提出了以R1234yf为制冷剂的双热源喷射式制冷系统。该系统中，由特定热源驱动的气液喷射器替代液体循环泵，使得系统实现完全由热能驱动的同时利用不同温度等级的热源，系统运行更稳定，经济性更高。本文在能量，质量，动量守恒定律基础上对系统建立热力学模型，分析系统在不同工况下运行时对喷射器和系统性能的影响。同时利用正交优化试验，分析了不同工况因素对系统性能影响力的大小，得出系统冷凝温度对系统性能影响程度最大，气液喷射器一次流压力降对系统性能影响最小。同时该系统在某一特定工况下COP可以达到0.35。因此该系统因其可以利用不同温度热源制冷的特点可以在热量丰富电能匮乏的一些地区利用。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1465-1475. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1383-2本文针对剩余熵标度率方法用于预测HFC/HFO制冷剂的粘度、导热率和热扩散率的效果进行了评估。首先通过HFC的热传输性质实验数据获取该类物质的剩余熵标度率通用方程，然后将其用于HFO物质的热传输性质计算，并与现有实验数据对比以评估其计算效果。研究表明，剩余熵标度率方法能够很好地对HFC的粘度进行统一回归，除R32以外，采用通用方程计算的平均误差均小于6.6%。同时，该方法也能够很好地预测R1234yf和R1234ze(E)的性质，但是并不能很好地预测R1336mzz(Z)的性质。该方法所获得的通用方程对于热导率的预测精度也较好，最大平均偏差为11.4%。研究同时表明，对于热扩散率的预测，剩余熵标度率法并不能得到针对HFC/HFO制冷剂的普适表达式。基于此，本文针对每一组特定的HFC/HFO制冷剂分别采用二阶多项式对其热扩散率进行了回归。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1476-1486. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1367-2喷射式制冷循环在复叠/复合循环中具有较广阔的应用潜力，可以通过去除或回收主循环的热量以提高系统的整体性能，同时喷射式制冷循环具有结构简单、成本低等优势。本文主要对应用于复叠式制冷系统中的喷射式制冷循环进行了研究，优化了系统工作工况，设计并研制了高蒸发温度、宽工况下的喷射制冷实验系统并开展了相关实验，分析获得了工作参数对喷射器及喷射式制冷系统性能的影响。本研究的实验及分析结果将为喷射式制冷循环在复叠/复合式制冷系统中的应用及工况优化提供重要依据。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1487-1502. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1642-5
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热科学学报. 2022, 31(5): 1503-1517. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1500-5为提高传感器的灵敏度，设计了一种新型带组合翅片对通道结构的质点振速传感器方案。利用传热和层流耦合的有限元方法，从微通道的传热特性、摩擦系数和敏感丝之间的温度差三个方面讨论翅片结构对传感器性能的改进进行分析结果表明与普通的矩形通道相比，带组合翅片对通道能够明显增强微通道传热效果，同时显著提高质点振速传感器的性能。最后，分析了组合翅片优化的几何形状和布置位置，获得最佳的传感器性能的参数方案。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1518-1530. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1456-5
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热科学学报. 2022, 31(5): 1531-1541. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1604-y动力电池热管理对于保证电动汽车和混合动力汽车的安全、长效运行是非常关键的。本文首先采用数值模拟方法对电池单体和模块的温度场进行分析，结果证实电池单体和模块的最高温度和最大温差均随电池充放电倍率的增加而升高。在室温为20℃的自然冷却条件下，当电池模块充放电倍率为2C时，其最高温度可以达到61.1℃。本文采用了一种基于平板微热管阵列的电池热管理系统，并通过实验对比了不同冷却条件的电池模块的冷却效果，包括自然冷却、平板微热管阵列和风扇辅助的平板微热管阵列冷却。采用风扇辅助的平板微热管阵列冷却方式下，电池模块在2C倍率下的最高温度为43.4℃，远低于仅采用自然冷却下的温度水平。同时采用平板微热管阵列的冷却方案也明显降低了电池温差。实验结果证明了基于平板微热管阵列的电池热管理系统在保证电池工作温度范围和温度均匀性方面的可靠性和优越性。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1542-1550. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1674-x多孔介质内晶体相变涉及热力学、流体力学、化学等多过程耦合，其相变伴随产生的温度变化是探明晶体生长与分解过程传热特性必不可少的重要参数。目前，常规热电偶测温仅适用于分布式点温分析且容易破坏样品、红外热感成像非常受限于被检测样品的透明程度，亟需发展一种多孔介质内原位测温技术。因此，本文基于氢质子化学位移的温度依赖特性，利用9.4 T 1H核磁共振成像系统，首次开发了适用于多孔介质内的3D GRE脉冲序列与核磁测温方法，同步获取了水合物晶体分解过程的幅值图与相位图，反演得到水饱和度、水合物饱和度以及温度场的时间与空间变化，该研究结果对于优化水合物相变过程，比如天然气水合物开采、水合物蓄冷技术利用具有重要意义。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1551-1564. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1667-9室外塔端的有源天线单元(AAU)是支撑5G移动通信的关键设备。为了防止夏季AAU设别的温度过高，必须采取有效的降温措施。本文建立了室外环境下双芯片AAU器件的数值模型，研究了自然对流和太阳辐射耦合作用下AAU器件的表面温度分布。此外，还讨论了翅片数目、翅片高度和热流密度对冷却性能的影响。结果表明，本文中翅片数为12的散热效果最好。相比之下，增加翅片高度仍然是提高翅片在室外条件下的冷却性能和抵抗芯片热冲击的有效途径。此外，在翅片上打孔、增加石墨散热器和降低表面发射率是改善散热性能的有效途径。优化后，最高温度总共降低了3.5℃。换言之，这些优化对冷却性能的贡献相当于翅片高度增加了9 mm。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1565-1574. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1529-5本文利用米氏散射法探究了在不同喷射条件下等边三角孔和圆孔喷射出柴油和生物柴油的液相特性。结果表明：在相同喷射条件下，生物柴油的液相长度比柴油更长；提高环境背压会促进空气与燃油之间的相互作用，从而加速液相破碎过程。而随着环境温度的升高，生物柴油的液相穿透距离减少量要小于柴油，这是由于生物柴油较高的表面张力和粘度阻碍空气与液相的相互扰动并抑制了液相破碎过程。试验结果还发现柴油的液相长度普遍小于生物柴油，这也表明柴油喷雾具有更好的雾化特性。最后还发现等边三角喷孔的液相长度比圆孔短，且等边三角孔平均液相锥角小于圆孔，说明了等边三角喷孔具有加快油气混合过程的潜力。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1575-1590. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1573-1本文对截面突增管道中氢气/空气混合物的爆燃转爆轰（DDT）过程进行了数值模拟。通过对比单管、环形管道和截面突增管道中的起爆特性揭示了截面突增结构对DDT的加速作用。对流场变化的细致研究发现，截面突增管道中的DDT过程根据不同的火焰传播特点可分为三个阶段，分别为火焰加速阶段、爆燃向爆轰转捩阶段和爆轰波稳定传播阶段。其中，由于截面突增形成的旋涡通过促进反应物和燃烧产物的湍流混合加速 DDT。进一步对比了加速区环管长度对DDT的影响，结果发现不同环管长度的截面突增爆轰管中存在不同的起爆机制。本研究说明了截面突增结构对DDT的增强作用，并为爆轰发动机的起爆方法提供了理论参考。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1591-1603. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1361-8
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热科学学报. 2022, 31(5): 1604-1621. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1665-y本文比较了丁烯同分异构燃料(正丁烯、反式-2-丁烯、异丁烯)在CO2气氛下的热解特性。研究重点是在1273 K和1573 K两种温度下，燃料的同分异构结构和CO2的化学作用对重要热解中间产物形成的影响。燃料热解过程中，异丁烯热解形成的各产物浓度均显著低于正丁烯和反式-2-丁烯热解形成的相应产物浓度。各产物的生成或消耗速率由高至低排列为正丁烯>反式-2-丁烯>异丁烯。温度为1573 K时，CO2的化学作用可以抑制乙烯(C2H4)的消耗，促进丁二炔(C4H2)的生成，抑制乙炔(C2H2)和苯(A1)的生成。在1573 K条件下，正丁烯热解过程中，CO2的化学作用主要表现为C2H2和苄基(A1CH2)消耗路径的变化。1573 K时，CO2的加入改变了甲基(CH3)的主要消耗路径，从而抑制了C2H2的生成。此外，在1573 K时，CO2的化学作用显著改变了反式-2-丁烯热解过程中C4H2和A1的消耗路径。1573 K时，CO2的化学作用通过改变C2H2和炔丙基(C3H3)的主要消耗路径，显著抑制了A1的生成。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1622-1641. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1647-0
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热科学学报. 2022, 31(5): 1642-1662. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1656-z本文针对中心分级光学模型燃烧室，基于火核动力学分析和流动液雾场的激光诊断测试方法研究了外层主燃级翻边角对点火和火核传播的影响。分别针对3种外层主燃级翻边角度8°、16°和25°进行了研究。研究发现，更大的外级翻边角获得更好的点火性能。从6 kHz高速火焰图像中提取了火核速度、火核轨迹等关键参数，并结合通过粒子图像测速（PIV）和平面米氏散射（PMie）测试获得的流场和喷雾进行耦合分析。结果表明，大的外级翻边角诱导了更大的外层旋转射流（SWJ）张角，使得外回流区（ORZ）的涡和内回流区（IRZ）的涡往上游移动。小翻边角下的喷雾分布在点火器附件出现了贫燃料区，这归因于小张角的外层旋流射流的存在阻止了燃油液滴到达点火器附近。沿着火核传播路径，应变率和流动速度降低且液雾浓度在可燃范围内。较低的外级翻边角会增加火核传播早期的应变率和流动速度，导致更长的火核传播路径，从而增加点火失败的风险。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1663-1681. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1611-z
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热科学学报. 2022, 31(5): 1682-1695. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1608-7在传统的离心压气机设计中，分流叶片和主叶片总是保持相同的叶型。然而，为了实现高负荷离心压气机的高效率，需要对分流叶片和主叶片设计参数之间的匹配进行优化。本文采用CFD计算方法，研究了主叶片和分流叶片之间的载荷分布对高负荷离心压气机气动性能、流场和内部涡结构的影响。研究定义了变量CR，即分流叶片与主叶片的载荷比，并对比了四个不同载荷比的算例。在不同算例下，分流叶片和主叶片均根据不同的环量分布规律（或rVu）进行叶片造型，但分流叶片和主叶片在任何子午位置处的平均循环与原型保持一致。结果表明，适当减小分流叶片与主叶片的载荷比，有利于抑制分流叶片的泄漏涡发展，减小分流叶片吸力面附近通道内的尾迹大小，进而改善叶轮出口处流动的均匀性，并提高整级和部件的气动性能。优化方案的级效率相比原型提高了0.7%，级总压比也有所增大。载荷比（或CR）的最佳值（在本研究中为94%）是同时考虑尾迹发展和相邻两个叶片通道中泄漏涡发展的结果。对主叶片和分流叶片之间的负荷分配进行优化为进一步提高高负荷离心压气机的性能提供了机会。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1696-1708. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1595-8冷气与二次流的交互作用显著影响着端区的冷却效果。在叶根前缘区域，进口边界层内部的流体回卷形成了马蹄涡。马蹄涡卷吸冷气进入主流，为前缘附近端区的冷却设计带来了严峻的挑战。本文探究了前缘马蹄涡的生成机制，在此基础上发展了新型的垂直孔冷却设计。当射流动量比足够高时，冷气能够越过马蹄涡直接冲击叶片表面，并在压力梯度的作用下，均匀地覆盖在前缘滞止区。本文采用数值模拟的办法，首先对比了圆孔和方孔的冷却效果，发现后者由于其更高的射流刚度和非对称的涡结构，取得了更好的冷却覆盖。通过探究冷却效果对吹风比的敏感性，结果表明，当吹风比等于2.0时，能够在叶根处端区取得最高的平均气膜有效度，而叶片角区的冷却效果则随着吹风比的增加单调地升高。此外，还观察到了由于冷气受到端区横流裹挟在叶片吸力面的三角区域形成的二次冷却现象。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1709-1722. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1658-x采用变节距与变折转角两种负荷调整方式设计了不同的平面直列叶栅，并对其进行了数值仿真研究。通过分析两种负荷调整方式对涡轮内部流场的影响，探讨了两种方式影响涡轮内部流动的内在物理机制。研究结果表明，两种负荷调整方式均能有效改变涡轮叶片负荷水平，但变折转角设计主要通过改变涡轮周向静压梯度来调整叶片负荷水平，而变节距设计主要通过改变流道周向宽度调整叶片负荷水平。两种调整方式在提高叶片负荷水平时均会导致涡轮吸力面逆压梯度与吸力面展向静压梯度提高，因而均会导致涡轮吸力面边界层增厚、低能流体展向二次迁移趋势增强，最终导致涡轮二次流损失增加。通过变节距设计提高叶片负荷水平会推迟通道涡形成、削弱通道涡与吸力面低能流体的相互作用，而通过变转角设计提高叶片负荷水平会促进通道涡更早形成、增强通道涡与吸力面低能流体的相互作用。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1723-1733. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1382-3为实现超音速压气机叶栅流动的有效控制，设计了一种展向间断脉冲电弧等离子体激励方式。为研究脉冲电弧等离子体激励对流场的影响，建立了等离子体唯象学模型，并采用数值模拟方法研究了电弧等离子体激励对超音速压气机叶栅流动的控制效果。结果表明，在低静压比条件下，电弧等离子体激励诱导产生的压缩波降低了通道激波的强度，减小了通道激波的损失；电弧等离子体激励在激励区附近形成的逆压梯度(预压缩效应)减小了激波诱导产生的逆压梯度；由于采用了展向间断的布局方式，激励区两侧的气流被加速，边界层抵抗逆压梯度的能力提高，分离区有所减小；叶栅总压损失减小了6.8%。在高静压比条件下，脉冲电弧等离子体激励对吸力面大分离的控制效果并不明显，总压损失也略有增加。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1734-1744. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1671-0论文研究了在脉冲条件下进口旋流对径流式增压器涡轮流动行为及性能的影响规律。为了分析进口旋流效应，开展了脉冲旋流进气下的非定常仿真、等效脉冲均匀进气下的非定常仿真和等效均匀进气下的准定常仿真等三组仿真研究。结果表明，旋流进气对涡轮瞬时性能有明显负面影响，导致涡轮循环平均效率降低2.5%。进口旋流在蜗壳和叶轮内部均导致显著的流动损失，而脉冲均匀进气仅引起叶轮内损失增大、对蜗壳内损失影响很小。涡轮瞬时效率的降低与进口旋流强度存在明显相关关系。在非定常进口旋流的影响下，蜗壳流场高度畸变，自由涡方程失效。进口旋流与蜗舌尾迹存在显著的相互影响，这引发了额外损失。叶轮进口相对气流角显著减小，同时其分布出现明显畸变。旋流进气在叶轮内引起较强的分离流和通道涡，进而导致叶轮性能恶化。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1745-1758. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1627-4在可变喷嘴涡轮中，喷嘴叶片和转子叶片的间隙会产生复杂的间隙泄漏流，间隙泄漏流会产生较大的流动损失，从而导致涡轮性能显著下降。因此，有必要研究喷嘴叶片和转子叶片间隙对可变喷嘴涡轮性能的影响，以揭示潜在的损失机理。在本研究中，通过数值仿真分析了间隙尺寸、转速和膨胀比影响下下不同间隙工况对涡轮性能的影响，包括喷嘴叶片间隙的单独影响、转子叶片间隙的单独影响以及喷嘴叶片和转子叶片间隙的共同影响。结果表明，转子间隙（0.4 mm）导致热效率（-3.98%）和扭矩（-4.48%）明显降低。同时，喷嘴叶片轮毂和轮缘间隙也影响热效率（分别为-3.66%和-13.37%）和扭矩（分别为12.54%和-0.05%）。与转子叶片间隙相比，喷嘴叶片间隙主导了涡轮性能的变化，质量流率、热效率和扭矩值分别增加了12.15%、5.43%和8.01%（叶片两侧的间隙等于0.2 mm）。在喷嘴叶片和转子叶片间隙的共同作用下，热效率和质量流量比的偏差小于各自影响值的总和；当喷嘴叶片两侧的间隙等于0.2 mm，转子叶片间隙等于0.6mm时，该值分别降低了2.77%和1.71%。本研究还详细解释了喷嘴叶片两端间隙以及喷嘴叶片/转子叶片间隙相互作用对可变喷嘴涡轮性能的影响机理。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1759-1772. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1579-8本文展示了一种针对气冷透平叶片开发的新型通流计算模型。从最基本的流动控制方程出发，利用基础通流理论，本文推导了通流控制方程以及对应的质量、动量与能量源项的解析表达式。这些源项可以复现气冷透平叶片对流场的影响，尤其解析地描述了射流与主流地交互关系，使得该模型可以非常便于植入到任意已有的RANS求解器中。在此基础上，本文进一步发展了一套新的分析方法，利用叶片的纯气动特征，结合冷却射流的进出口条件，预测气膜冷却条件下的叶片气动特性。该方法针对NASA E3透平静叶在多工况下进行了验证，得到了理想的验证结果，并在此基础上进一步研究建模过程中，模型准确度对冷却工况、孔型、流量分布等输入参数的敏感性，验证了模型的应用性。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1773-1789. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1683-4
本文对轴流式涡轮的动叶顶部的大尺度深槽叶尖区域的气动热力特性展开数值研究，并与传统常规槽深的叶尖的气热特性展开对比。采用的数值计算方法与公开的实验数据进行了对比。研究中考虑了凹槽深度和叶尖间隙高度两个因素。结果表明：带常规槽深的叶尖凹槽内部的回流涡的尺度随凹槽深度的增加而变大。当凹槽深度由常规尺度发展为大尺度时，凹槽内的速度和高熵产率（EPR）分布的均匀性下降。但是，凹槽深度增至10%叶高时，凹槽内部容积增大，由此增大了间隙和凹槽内两区域的总熵产率。相较于1%叶高的凹槽叶尖，10%叶高的凹槽叶尖的无量纲的总熵产率（DEPR）的增幅最大，高达43.54%，对应的间隙相对泄漏量减少20.6%。在换热方面，凹槽深度大幅增加至10%叶高后，巨大的凹槽容腔可以停留更多的低速流体来覆盖凹槽底部，这削弱了对流换热强度从而缩减了高换热区域，无量纲的平均换热系数相较于1%叶尖的降低40.26%。此外，大尺度深槽叶尖在小间隙时对抑制泄漏更有效，无量纲的平均换热系数的降低幅度随着间隙增大而降低，故在1%叶高的间隙下，凹槽底部的无量纲的平均换热系数降幅最多，在槽深为30%叶高时可以降低72.6%。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1790-1803. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1673-y非轴对称端壁是减少二次流损失、提高气动性能的有效方法。本文提出了一种基于非均匀有理B样条曲面(NURBS)技术的非轴对称端壁自动优化方法，采用该方法对涡轮静叶上端壁进行气动优化，以减少总压力损失和二次流损失。对基准端壁设计（Datum）和优化端壁设计（Opt）的流场进行了研究和比较。采用损失分解的方法对损失定量分析，将熵产损失分为叶型损失、二次流损失和尾缘损失。非轴对称端壁优化减少了以上三种损失，其中二次流损失远小于叶型损失，总熵产损失下降了11.7%。结果表明，优化后的端壁设计使总压损和二次流动能系数分别降低了11.1%和11.0%，其中二次流动能降低是由于马蹄涡的减弱和横向压力梯度的减少。当出口马赫数和来流攻角发生变化时，优化端壁的性能始终优于基准端壁。非轴对称端壁的级效率提高了 0.28%。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1804-1819. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1657-y为了揭示叶片掠形在单转子和级环境下对风扇气动性能的不同影响机理，本文针对两级风扇NASA CR-120859的第一级风扇进行了掠形设计与数值模拟研究。结果表明，叶片掠形对单转子和级环境下风扇的气动性能影响不同，表明单转子条件下的掠形设计可能无法适用于级环境条件。叶片掠形对性能的不同影响是由于单转子和级环境下风扇的流场特性和失速机理的区别；风扇单转子的失速是激波/叶尖泄漏涡之间的干涉造成的，级环境下风扇的失速是轮毂区严重的角区分离造成的。对于风扇单转子，所有的前掠方案均可增加稳定裕度，而后掠总体上降低了稳定裕度。在级环境下，后掠转子显著增加了稳定裕度，失速机理转变为激波/泄漏涡干涉，前掠可减小稳定裕度。叶片掠形对风扇流场的影响机理是前掠减小了叶尖区域靠近前缘的叶片负荷，同时引起激波向下游移动，这两种变化均改善了叶尖区域的流场，而后掠的作用则相反；在轮毂区域，后掠通过改变径向压力梯度减小了径向流动趋势，从而减小了角区分离，而前掠则加剧了角区分离。随着掠高和掠角的增大，对于风扇单转子和级环境，前掠的堵塞流量、峰值效率和总压比总体上降低，后掠则相反。
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热科学学报. 2022, 31(5): 1820. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1701-y
