2023年, 第32卷, 第3期 刊出日期：2023-04-24
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热科学学报. 2023, 32(3): 897-897. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1816-9
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热科学学报. 2023, 32(3): 898-910. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1712-8质子交换膜燃料电池（PEMFC）堆从零下温度冷启动被认为是其广泛商业应用的重大障碍之一。在冷启动过程中，随着氢/氧化学反应的进行，生成水会冻结成冰占据多孔电极的孔隙，从而导致输出性能迅速恶化，甚至使冷启动失败。本文中，采用一维瞬态数值模型研究PEMFC堆从-30 ℃开始的冷启动过程。过程中采用阶梯式电流加载方式，并考虑辅助预热方法，探索成功冷启动的最佳操作条件。通过将数值结果与参考实验数据进行对比，数值结果与实验数据吻合较好。研究结果发现，对所研究的条件，最佳加热功率为100 W；随着初始电流斜率的增加，电流峰值增加，但冷启动过程失败；此外，启动时间和冰体积分数高度依赖于初始电流斜率。最佳初始电流斜率为 0.7A s-1；此外，较高的初始电流斜率将导致内欧姆电阻增大；其中，阳极催化剂层的电阻是总欧姆电阻的关键和主要部分。研究细节和分析结果将有助于设计PEMFC电堆从-30 ℃启动的冷启动策略。
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热科学学报. 2023, 32(3): 911-921. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1752-8在飞机和发动机表面产生的积冰对飞行安全来说是一个严重威胁。在本文中，提出了一种基于多孔泡沫金属的新型热气防冰方式。以NACA0012翼型为例，计算表明传统热防护结构存在由于沿程热量散失而带来的防护热量不均问题。通过将翼型前腔划分为不同区域并进行相应的泡沫金属填充，计算分析该防护结构的内部流动阻力和换热特性，从而寻求防冰过程的最大效益。计算结果表明，在相同条件下，相比于未填充泡沫金属区域，填充了金属铜的区域不仅防冰区域的温度分布均匀性得到改善，其表面防护效果也因为壁面与热流间的换热增强而得到进一步提升，表面温度平均提高了20K。此外，所需的最小防护热气量减少了16.7%。多孔填料在强化传热方面的良好效果证实了用基于泡沫金属填充的简单防护结构取代高效但复杂的传热设计的可能性。
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热科学学报. 2023, 32(3): 922-932. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1709-y用于浮式天然气液化的绕管式换热器，其换热性能可能受到海上晃荡的显著影响。本文结合动网格技术建立了管外降膜流动的三维数值模型，研究了静态和晃动条件下的过冷降膜流动传热特性。研究观测了壳侧液膜速度的三维分布，分析了换热管截面形状、雷诺数和晃动参数对换热特性的影响。研究发现，由于显著改善了下半管周的传热，蛋形管的传热性能在静态和晃动条件下均优于椭圆管和圆形管。晃荡运动使3种换热管的传热系数均降低；在横摇幅度为6°时，圆管、椭圆管和蛋形管的平均传热系数分别降低了2.1%、3.7%和4.9%。当前晃动参数下，增加横摇幅度对传热有利，而改变横摇周期对传热影响不大。蛋形管和椭圆管在低雷诺数时受晃动运动的影响较大，而在高雷诺数时受影响较小。
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热科学学报. 2023, 32(3): 933-946. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1796-9未来的高功率密度发动机需要高的进气增压。然而，现有研究中关于增压对发动机混合、燃烧和排放的影响的结论并不一致。本文研究了低、中、高负荷下进气压力为100～400 kPa时的混合、燃烧和排放特性。结果表明，进气压力的增加有利于空气卷吸的增强，但空气利用率降低，因此需要优化喷射压力以有效改善混合。对于100 kPa的进气压力，平均化学反应路径是低温反应路径，而较高进气压力下的反应路径主要是高温热解。对于碳烟排放，当当量比低于0.175时，气缸中的氧气充足，因此温度降低的影响更显著，这导致碳烟排放随着进气压力的增加而增加。否则，增加氧气浓度的影响更为显著，因此碳烟相应减少。当缸内温度峰值低于1800 K时，氧浓度的增加影响更为显著，因此NOx排放量随进气压力的增加而增加。否则，NOx排放规律与温度变化一致。
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热科学学报. 2023, 32(3): 947-964. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1813-z太阳能光伏和光热综合利用（PV/T）技术作为推动实现“双碳”目标的重要途径可提供可再生热能和电能，在太阳能热电联供领域极具潜力。当前PV/T技术主要应用于低温场合，而随着人们对能源供给的需求越来越高，中温PV/T具有更广泛的应用前景，可驱动有机朗肯循环、吸收式制冷等过程，为建筑和工业等领域提供冷、热、电多种能源形式。目前，主流的PV/T系统大多采用晶硅电池作为光伏材料，但是晶硅电池具有很高的功率温度系数，其电效率会随着电池温度的升高而出现显著下降的现象。而且由于PV/T集热器内部铝板和晶硅电池之间的热膨胀系数相差很大，PV/T系统在长期运行中会产生较大的温度梯度和波动，这就导致光伏层容易出现断裂和破损的现象。作者发现上述由于PV/T系统使用晶硅电池所产生的问题可以通过使用非晶硅电池作为光伏材料来解决或者缓解。首先，非晶硅电池的功率温度系数明显低于晶硅电池，使其适合于中温工作而不会出现明显的电能损失。此外，非晶硅电池的薄膜特性使其与晶硅电池相比具有更低的热阻，而且可以避免较大的热应力，克服PV/T系统在温度波动较大时产生的破损和断裂的现象。最后，非晶硅电池的光致衰减效应被认为是限制非晶硅电池进一步推广应用的主要因素之一，然而这一观点局限于电池常温工作的情形，高于150°C的热退火可以减少非晶硅电池的缺陷状态，甚至可以使非晶硅电池的电性能恢复到原始状态。综上所述，非晶硅电池是一种有前景的太阳能电池，低的功率温度系数、热退火效应、薄膜特性以及可以避免大的热应力使得非晶硅电池是中温PV/T系统的理想选择。基于上述对非晶硅电池在PV/T系统中的应用优势，作者首次将以不锈钢为基板的非晶硅电池应用于太阳能PV/T系统中，而作为新开发的系统，有必要对其进行更加深入的研究以了解其各种参数对系统性能的影响，预期非晶硅PV/T系统的性能会受到很多热力学参数、结构参数和外部参数的影响，因此本文通过实验和理论分析对非晶硅PV/T系统开展了深入的研究。首先，建立了非稳态的分布参数模型，并通过实验数据验证了该数学模型的可靠性。通过理论研究分析了热力学参数（太阳辐照度、工作温度、质量流量）和结构参数（铜管根数、覆盖率）等对系统性能的影响，通过实验研究分析了边框阴影对非晶硅PV/T系统影响。此外，根据长期实验结果，首次整理出适用于非晶硅电池光致衰减过程的电效率函数，并且将该函数应用于全年模拟中。
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热科学学报. 2023, 32(3): 965-981. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1812-0多种原油批次输送过程是由一个完整耦合管道系统完成，该系统表现出复杂的水热力特性。基于土壤、管道和设备（包括泵、加热炉和阀门）之间的耦合特性，建立了原油管道系统批次输送的耦合仿真模型，并提出了一种新型的耦合仿真算法。仿真结果与实际原油管道系统的现场数据吻合的较好。此外，基于数值模拟，研究了管道系统的水热力特点，并得到了一些新的水热力特性规律。在恒定流量批次输送过程中，各管段出口处的温度变化趋势有滞后性，并且温度的变化幅度沿里程变小。而设备调整在一定程度上影响了水热力特性。在变流量批次输送过程中，由于油品、流量和吸放热的变化的综合影响，水热力特性更加复杂。与恒定流量的输送过程相比，高粘度原油在变流量的输送过程中，最低温度相似，而最高压力更低，这意味着管道系统有更高的输送安全性。本研究可为制定更安全的原油管道系统批量输送方案提供科学参考。
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热科学学报. 2023, 32(3): 982-992. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1814-y本工作中对不同形状振动叶片的换热特性进行了数值模拟。单个叶片被垂直或水平布置在一个通道中。静态环境和通道流动都被考虑在内。四种类型的叶片，即矩形、梯形、锯齿形和折扇形，被比较地建模。结果表明，振动叶片可以有效地提高受热面的对流换热，而压降增加较少。对于静态环境，叶片垂直布置的换热性能优于水平布置；对于通道流，得到了相反的结论。对于入口速度=2 m/s和入口速度=6 m/s，局部对流换热系数的最大改善分别约为98%和12%，相应的压降分别减少和增加了9.5%和8.8%。振动叶片可以有效改善较低进口速度下的对流传热。在相同的工作条件下，四种形状的风扇叶片之间的压降差异小于1%，折扇形叶片的局部散热性能最好。
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热科学学报. 2023, 32(3): 993-1006. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1803-1高焓离解环境下的表面多相催化作用将显著增强高超声速飞行器防热表面的气动热。为了精确预测催化加热过程，建立了基于多相催化反应动力学的唯象模型。模型包括四个基元反应步骤，各步反应速率由吸附物平均分布近似和表面稳态反应假设确定。将该催化模型耦合到CFD求解器的粘性壁面边界条件中，研究了金属材料催化属性对热防护材料表面传热传质的影响规律。数值模拟结果表明，以表面材料为催化剂的氧原子复合反应显著加剧气动热，且材料对氧原子复合反应的加速程度各异，进而导致了表面热流的显著差异。对比分析发现，三种金属材料中催化活性从弱到强依次为铂、镍、铜，铜表面的催化加热热流是铂表面的两倍以上。进一步的材料布局研究表明，飞行器头部适当布置弱催化材料可以将近壁离解原子从飞行器头部滞止区携带至下游，从而有效避免滞止区的热损伤。本研究获得的具有材料依赖性的的多相催化反应机理可以为高超声速飞行器热防护系统设计提供支撑。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1007-1022. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1794-y采用数值方法研究了螺旋圆管中充分发展的层流流动。基于沿主流的绝对涡通量无量纲参数（二次流雷诺数Se）用于表示螺旋圆管中离心力引起的二次流强度。研究了层流下二次流强度与对流换热之间的关系。考虑了曲率和挠率对强化传热的影响。结果表明，沿主流的绝对涡通量可以用来指示二次流的局部和平均强度；沿主流的绝对涡通量的无量纲参数二次流雷诺数决定了对流传热和摩擦系数。得到了努塞尔数和摩擦系数与二次流雷诺数的关系。螺旋管曲率对努塞尔数的影响较为明显，但螺旋管挠率对努塞尔数的作用不明显。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1023-1033. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1718-x
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热科学学报. 2023, 32(3): 1034-1048. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1775-1相对于高温合金具有更高耐温极限和更低密度的陶瓷基复合材料（CMC）被认为是未来先进燃气轮机发动机最重要的结构材料。然而，由于内部编织结构带来的各向异性导热带来了完全不同的固体域导热特性。本文旨在使用红外热像方法研究具有发散冷却结构的SiC/SiC复合材料平板以及高温合金平板的综合冷却特性差异。CMC平板为采用化学气相渗透（CVI）工艺、二维平纹编织结构制备的平板。实验主流温度最高升至900 K，以匹配真实的主流与冷气的温度比（Tg/Tc=1.5，2.1）。在七个冷气与主流质量流量比（MFR=1.5%–4.5%）下进行了实验。结果表明，沿厚度方向的导热系数对CMC平板至关重要。高温合金平板在Tg/Tc=1.5时整体获得了比CMC更高水平的综合冷却效率。但CMC平板在Tg/Tc=2.1时相比高温合金平板实现了更高的整体冷却效率。此外，CMC平板由于更大的面内导热系数，平板表面展现出了更好的综合冷效均匀性。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1049-1062. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1791-1减轻冷却通道重量、提升碳氢燃料换热性能对提升超燃冲压发动机主动冷却工作效率意义重大。基于结构轻质化、传热性能、力学特性等多方面考虑，本文提出了以点阵桁架结构为填充的新型主动冷却通道，并通过数值模拟系统地研究了新型通道的性能。结果表明，在相同工况下，由错排点阵桁架填充的冷却通道结构综合性能最佳，其减重效果达39.93%，换热表面温度显著降低，且Nusselt数最高达到原始通道的2.156倍。从流动传热机理分析可看出，网格前缘冲击效应形成的马蹄涡和后缘附近发卡涡结构大幅增强流动掺混、扰动热边界层并增强湍流强度，从而强化传热。另外，此外，换热面温度降低导致的材料力学性能上升使得新型冷却通道的安全系数高于原始通道。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1063-1073. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1801-3压卡制冷技术由于其性能高效且环境友好被认为是下一代替代制冷技术之一。近年来，许多研究人员一直致力于寻找具有大压卡效应的材料，而忽视了对压卡制冷系统及其热力学循环的研究。新戊二醇（NPG）由于其巨大的等温熵变和相对较低的运行压力，被认为是压卡制冷技术的潜在制冷剂之一。为了评估使用NPG的压卡制冷系统的性能，本研究基于NPG的亚稳态温熵图建立了逆布雷顿循环。从不可逆性、运行温度区间及运行压力等方面研究了该系统的性能，并利用有限速率传热进行了优化。通过揭示两个等压过程中不可逆的影响，为系统的优化设计提供了指导。结果表明，当系统完全利用NPG的相变区时，其COP可以达到8.8，对应温跨可以达到10K；而当系统在室温下运行且系统温跨可以达到10K时，其COP也可以达到3。此外，本研究揭示未来压卡制冷系统可以通过对固态制冷剂NPG的改进进一步提高其性能，为压卡制冷系统的发展提供了指导。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1074-1088. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1785-z本文对进口马赫数为0.85,0.90和0.95的重型燃气轮机跨音速叶栅自激的激波震荡行为进行了实验研究。本文利用纹影测试和油流可视化技术捕捉了跨声速叶栅激波模式和表面流动结构，采用阳极氧化铝压敏涂料(AA-PSP)表面压力测量方法，研究了近堵塞点和近失速点的时均和瞬时跨声速激波震荡行为。借助AA-PSP技术，论文实验研究了跨音速叶栅近堵塞点和近失速点分别对叶栅通道激波和脱体弓形激波的主导模式进行了实验表征。实验结果表明，跨音速叶栅近堵塞点的通道激波振荡行为主要表现为通道激波上游λ激波脚模式和下游λ激波脚模式切换之间的周期性压力扰动，跨音速叶栅近失速点的脱体激波的振荡行为主要表现为上游脱体弓形激波模式与下游脱体弓形激波模式之间激波循环运动的压力扰动。由于激波位移方式和激波循环运动方式的不同，导致在相同进口马赫数下，跨音速叶栅通道激波和脱体激波震荡模式在流向振荡行程范围不同，激波强度变化也不同。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1089-1104. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1780-4在进气道\发动机匹配过程中，进气道由于唇口分离、大偏距转折角等因素，出口会形成大尺度畸变涡团，形成总压、旋流复合畸变，对下游风扇稳定高效工作造成一定的影响。本文在三维涡团速度压力分布理论的基础上，结合典型工况大S弯进气道出口畸变涡团参数特征，在风扇进口建立三维畸变涡团数值边界模型，并采用数值模拟的方法对不同方向、尺度的畸变涡团与风扇的耦合影响机制进行了研究，研究表明：正向畸变涡团影响下，风扇特性曲线向小流量点移动，反向畸变涡团影响下，风扇特性曲线向大流量点移动，与正向畸变涡团进口条件相比，反向畸变涡团影响下产生的效率损失增加，压比损失减小；由于风扇对上游流场的非均匀抽吸作用，上游畸变流场各畸变子区掺混加剧，总压畸变沿程减小，旋流畸变沿程增大。
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Modal Analysis and Vortex Trajectory Description for Tip Leakage Flow of a Transonic Turbine Cascade热科学学报. 2023, 32(3): 1105-1123. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1788-9目前对与跨音涡轮叶尖泄漏流动有关的非定常性仍认识不足，本文基于三维非定常数值仿真刻画了某典型跨音涡轮叶栅尖区旋涡结构、湍流特征分布并定量描述了泄漏涡核轨迹及其非定常特征。采用了数据驱动模态分析方法（POD及DMD方法）均能有效捕捉尖区泄漏流动的主导非定常流动特征，结果表明在叶片前缘附近，间隙内流动分离以及叶尖通道涡的分叉为主导非定常特征；在叶片中部弦长至尾缘前，泄漏涡的非定常摆动及其与激波的相互作用是主导非定常特征；在叶片尾缘附近，由大尺度涡相互作用导致的流动不稳定性为主导非定常特征。相关研究为深入认识跨音涡轮叶栅尖区非定常流动机理以及进一步提升不同流动控制方法作用效果提供了相关支撑。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1124-1154. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1793-z
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热科学学报. 2023, 32(3): 1155-1170. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1449-z建筑热工分区是在建筑节能行业起关键作用。现行建筑热工设计分区以采暖度日数空调度日数作为二级指标划分采暖和降温需求。然而，仅采用度日数指标会导致太阳辐射、湿度等气候差异显著的城市被划入相同分区。本研究主要基于性能模拟的方法，对度日数作为建筑热工设计分区指标的适宜性展开研究。首先，对典型城市的气候特征进行梳理，并建立了气候参数和全年建筑负荷之间的关系。结果表明年累计热负荷和采暖度日数仅在海拔和太阳辐射差异较小的地区呈线性关系。因此，采暖度日数不适用于在海拔差异大的地区作为划分采暖需求的指标。鉴于此，提出了考虑太阳辐射的综合性气候指标来替代采暖度日数指标。同时，本文还对空调度日数基准温度进行了修正。本研究为建筑热工分区指标研究提供了参考。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1171-1189. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1689-y相变蓄能充填是一种新型的高效地热能提取及矿井充填技术。本文建立了用于深井采热的三维非稳态相变蓄能充填体模型，研究了同心套管换热器环形空间封装七种不同的回填材料在蓄/释热两种工况下对充填体传热性能、相变材料相变过程及换热器效率的影响。结果表明：充填体蓄热过程主要集中在前5 h，且围岩传热是影响蓄热的主要因素，由于与围岩和采场距离的不同，充填体内部不同测点温度及其增长趋势呈现不同的情况。环形空间材料相变主要集中在2-5 h，且内部测点温度受相变材料及测点位置影响表现出不同的变化趋势，RT28、酸和强 酸在相变过程中温度基本保持不变，能看到明显的相变平台。不同回填材料的蓄/释热速率及其减小幅度有着明显差别，且在蓄/释热前期差别尤其明显。相变回填可以明显提高充填体的蓄热能力，经过10h的蓄热期，相变回填蓄热量的增加幅度在36.60%-67.26%，其中CaCl2·6H2O和RT28增长幅度更大，分别比普通回填多蓄存67.27%、55.84%的热量。虽然PCM回填可以在一定程度上提高换热量，但是如果相变材料的导热系数过低将会导致系统运行效率的降低，释热10 h期间，RT28、RT35和酸回填的平均能效系数只有0.049。本文为充填体内设换热器中回填材料的选择提供参考。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1190-1212. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1787-x针对采矿活动面临的高温问题，矿床-地热协同开采正是一种符合绿色采矿理念的解决办法。敷设有翅片套管换热器的充填体不断与周围环境发生热交换，起到了高效聚集地热的作用。本文利用Fluent对不同边界条件下的各层充填体的蓄热过程进行模拟。结果表明：套管换热器增设翅片后可明显加快蓄热进程。整体来说，底层充填体的蓄热效果最好。在蓄热1、8、24时，敷设有翅片套管换热器的顶层、中间层及底层充填体的总蓄热量分别为666.3kJ、662.2kJ、1003.0kJ，1639.0kJ、1760.8kJ、1911.2kJ和1731.1kJ、1953.3kJ、1962.8kJ。本研究探索了不同边界条件下充填体蓄热的新规律，同时也为充填体高效积聚矿井地热拓展了思路。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1213-1226. https://doi.org/10.1007/s11630-022-1578-9
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热科学学报. 2023, 32(3): 1227-1238. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1731-0翅片作为一种简单有效的强化传热方法，在潜热储热系统中得到了广泛的应用。然而，环形翅片和纵向翅片的选择一直存在争议。本文对相变材料在具有相同体积和三维占据空间的环形翅片和纵向翅片潜热储存装置内的融化过程进行了数值模拟。结合翅片结构，研究了自然对流、放置方式和传热流体入口方向对融化过程的影响。结果表明，环形翅片结构的融化时间始终比纵向翅片结构的融化时间少10%，说明环形翅片结构在潜热蓄热装置中的优越性。垂直放置时传热流体入口在底部的环形翅片结构融化时间更短。最后，提出了垂直放置时传热流体入口在底部结构的液相分数的关联式。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1239-1250. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1786-y超临界二氧化碳（sCO2）循环可以有效提高燃煤发电系统效率，但与传统水工质相比，sCO2传热系数较小，运行温度更高，导致冷却壁管周向温度梯度较大，易引发管道变形及超温爆管，降低冷却壁寿命。本文提出了一种新型冷却壁管结构，通过改变冷却壁管的偏心率实现周向非均匀热流与周向热阻的匹配。建立了冷却壁管三维多物理场耦合模型，分析了冷却壁管温度场、热应力场及总应变场的分布规律。与传统结构相比，新结构的最高温度和周向温差分别降低了2%和27.4%。探讨了关键运行参数对冷却壁管性能影响，在所研究工况下，当偏心率从0增加到0.2时，新结构最高温度降低了8-13 K，最大热应力降低10-15%。新结构冷却壁管可以有效降低高非均匀热流密度下冷却壁管最高温度和周向温差。本研究为燃煤火力发电系统冷却壁管的设计和优化提供了新思路。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1251-1262. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1726-x为有效拓宽多旋流分级燃烧室高空条件下的稳定工作边界，在常温和海拔0-12km的低压条件下实验研究了模型燃烧室的点火和贫油熄火性能，并采用数值模拟方法获得了不同低压条件下分级燃烧室的冷态流场。实验结果表明，随海拔高度的升高，最小点火油气比和贫油熄火油气比迅速增大；随着旋流器压降由1%升高至3%，点火和贫油熄火性能逐渐改善。高速相机记录的火焰演化过程表明，稳定燃烧状态下的时均火焰形态在不同压降下类似，火焰亮度沿轴向分为“暗-亮-暗”三层，临近熄火时火焰收缩至预燃级出口，并伴随火焰发光强度的大幅减弱。数值模拟结果表明，随着空气压力的降低，参与雾化和燃烧的空气质量流量大幅减少，旋流空气的气动力减弱，不利于空气雾化喷嘴的雾化和油气掺混，并最终导致点熄火性能的恶化。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1263-1277. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1792-0将超低挥发分碳基燃料，如热解半焦，作为高品位洁净燃料燃烧发电，是实现煤炭清洁高效梯级利用的重要组成部分。基于预热燃烧技术，本文研究了二次风当量比（λ2）对神木半焦预热燃烧特性和氮氧化物排放的影响，试验中选取的λ2均处于预热燃烧技术应用的常见范围。结果表明，预热煤气的快速着火及高速射流引起的烟气回流是导致二次风喷口附近温度较高的主要原因。增加λ2会使得燃烧室的温度降低，造成飞灰的未燃碳含量略有增加，但试验中燃烧效率仍可以保持在98%以上。与传统空气分级燃烧不同，NOx排放并未因λ2的增加而线性减少，主要原因是燃烧室中产生的大部分NOx来源于焦炭氮，该部分NOx无法通过空气分级进行有效还原，而控制NOx的关键在于调控高温预热燃料与二次风的掺混过程，以加快焦炭氮在还原区的释放速率，抑制焦炭氮向NOx的转化。在本研究中，不同λ2条件下燃烧区间均较透明，无明显火焰锋面，即λ2不是影响高温预热燃料实现无焰燃烧的决定性因素。试验中最佳二次风当量比为0.40，最低NOx 排放浓度为 71 mg/m3（@6% O2）。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1278-1291. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1719-9Expanding the fuel flexibility of continuous combustion systems to include multiphase fuel combustion offers additional support to combat the problem of energy security and, potentially, environmental pollution. In this study, apart from establishing stability limits and measuring post-combustion emissions, flames generated from simultaneous combustion of biodiesel and syngas were examined using C2* and CH* chemiluminescence imaging to capture changes in the reaction zone. The proportion of syngas in the fuel mix was varied from 0 to 30% content (by energy contribution) while maintaining a total power output of 15 kW. The overall equivalence ratio was held at 0.7 in cases other than for determining the flammability range. The results indicate a reduction of stability limits as gas proportion in fuel blend increases. Also, chemiluminescence imaging of the two targeted species suggest a general reduction in reaction rate as well as reaction zone area and length with increase in gas ratio in the dual phase tests. Furthermore, emissions performance in the context of NOx and CO was investigated as liquid-to-gas ratios were altered. Conclusively, the study demonstrates the feasibility, limitations and potential benefits of multiphase renewable fuel combustion in a swirl-stabilised burner.
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热科学学报. 2023, 32(3): 1292-1305. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1779-x在350kW浓淡燃烧炉中，研究了热解半焦（SC）的掺混比对SC与褐煤混合燃烧的着火、NO排放和燃尽特性的影响。实验详细测量了火焰温度和气态物质（包括O2、CO和NO）的浓度。研究结果表明，随着SC混合比的增加混合燃料的着火特性恶化，具体表现为着火距离的增加。在褐煤中加入SC导致稳定火焰边界的出现被推迟，稳定燃烧区下移，但在燃烧后期的最终燃烧稳定性逐渐增强。当SC混合比为25%时，主燃区出口的NO排放浓度最低，为472.6 mg/m3@6%O2。文中通过定义主燃区中的燃烧区和还原区面积并使用多元线性回归模型定量评估了NO还原特性。结果表明，NO的非均相还原比均相还原对降低NO排放更重要。对收集的焦炭样品进行拉曼光谱分析表明，褐煤的加入促进了早期着火阶段小的芳香环结构的形成，对应的焦炭反应性更高。随着SC混合比的增加燃尽率降低，纯褐煤的燃尽率最高。综合考虑着火距离、NO排放量和燃尽率，最佳SC混合比为25%。
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热科学学报. 2023, 32(3): 1306-1319. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1757-3
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热科学学报. 2023, 32(3): 1320-1320. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1818-7
