2024年, 第33卷, 第3期 刊出日期：2024-04-29
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热科学学报. 2024, 33(3): 794-806. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1968-2The oscillatory response of multiple shock waves to downstream perturbations in a supersonic flow is studied numerically in a rectangular duct. Multiple shock waves are formed inside the duct at a shock Mach number of 1.75. The duct has an exit height of H, and the effect of duct resonance on multiple shock oscillations is investigated by attaching exit ducts of lengths 0H, 50H, and 150H. The downstream disturbance frequency varied from 10 Hz to 200 Hz to explore the oscillation characteristics of the multiple shock waves. The oscillatory response of shock waves under self-excited and forced oscillation conditions are analyzed in terms of wall static pressure, shock train leading-edge location, shock train length, and the size of the separation bubble. The extent of the initial shock location increases with an increase in exit duct length for the self-excited oscillation condition. The analysis of the shock train leading edge and the spectral analysis of wall static pressure variations are conducted. The variation in the shock train length is analyzed using the pressure ratio method for self-excited as well as forced oscillations. The RMS amplitude of the normalized shock train length (ζST) increases with an increase in the exit duct length for the self-excited oscillation condition. When the downstream perturbation frequency is increased, ζST is decreased for exit duct configurations. For all exit duct designs and downstream forcing frequencies, the size of the separation bubble grows and shrinks during the shock oscillations, demonstrating the dependence on duct resonance and forced oscillations.
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热科学学报. 2024, 33(3): 807-814. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1969-1A pair of unidirectional turbines (UT) can operate in oscillatory airflow without additional units. However, this arrangement suffers from poor flow rectification. A fluidic diode (FD) offers variable hydrodynamic resistance based on the flow direction, and this can be coupled with UT to improve flow rectification. In this work, a numerical investigation on the effect of FD with UT is presented using the commercial fluid dynamics software ANSYS Fluent 16.1 with k-ω SST turbulence closure model. Periodic domains of UT and FD are numerically validated individually with experimental results. Later, both are coupled to obtain the combined effect, and these results are compared with the analytical approach. It was observed that coupling FD with UT improved the unit’s performance at the lower flow coefficient (<1), but its performance decreased as the flow coefficient increased. Due to the diode’s presence, fluid leaving the turbine experiences higher resistance at a higher flow coefficient, which decreases the overall performance of the combined unit.
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热科学学报. 2024, 33(3): 815-832. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1980-6双平板绕流属于基础流体力学问题，本文对不同端面形状的并列双平板流动与传热特性进行了数值计算。在不同倾角条件下，分析了不同端缘尺寸的倒角结构与圆角结构对并列双平板非稳态流动和传热特性的影响，结果发现，随着端缘尺寸的增加，流动的不稳定性与非定常性减弱；圆角与倒角平板的尾流速度不均匀性逐渐降低；尾流温度的不均匀性在小倾角下先增强后减弱，波动幅度在Srou(Scha)=3时最大，而在大倾角下基本保持单调增加。此外，平板的全局传热特性受端缘改型的影响明显，尤其是倒角结构，随着倒角尺寸的增加，全局努塞尔数基本呈减小趋势。该研究为平板结构在工程领域的应用提供了理论支持。
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热科学学报. 2024, 33(3): 833-846. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1986-0高温燃气入侵是指主流高温燃气流入涡轮盘腔的现象。以往的研究发现，主流环空压力分布在燃气入侵中起着重要作用，但由于其复杂性，主流流动与燃气入侵的相互作用机制尚不清楚。本文采用URANS数值方法，考虑Cw=0、Cw=500、Cw=5000等3种密封流量下的入侵机制。通过对时间平均主流环空压力的分析表明，随着密封流量的增加，主流压力值减小，并且密封流量对动叶前缘压力分布的影响远大于导叶尾缘压力分布的影响。对主流压力非定常时空分布的分析表明，当密封流存在时，轮缘处压力存在时空倾斜分布。这种现象主要是由于密封流对环空压力场的强反馈机制造成的。对比主流的压力分布和平均径向速度分布可以看出，入侵主要发生在动叶侧，而动叶侧的压力低于导叶侧。为此分析了密封流量Cw=5000时轮缘处的流动特性，提出了压力诱导入侵和通道涡入侵的两种入侵机制。主流在轮缘处的三维效应和惯性效应导致动叶侧分离涡的产生，分离涡的存在导致沿动叶侧入侵。同时，动叶侧的压力会使流体具有径向向内流动的倾向，这将促进分离涡的形成，导致动叶侧高压区域的入侵更加严重。动叶侧压力场比导叶尾缘压力场在轮缘处的入侵过程中更为显著，这有助于解释动叶的存在对燃气入侵的影响这个不确定的问题。
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热科学学报. 2024, 33(3): 847-855. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1940-1A dispersion system fluid can convect even if the dispersoid is a solid phase. Therefore, heat exchange performance can be improved while maintaining fluidity using a material with high thermal conductivity as the dispersoid. This study presents the melting performance evaluation results of a latent heat storage material with a carbon nanotube (CNT) dispersion system with high thermal conductivity, which enhances the thermal conductivity of the latent heat storage material and does not limit free convection. Increasing the thermal conductivity and enhancing the melting convection of the heat storage material result in increased latent heat storage speed. In this study, the thermal conductivity of the latent heat storage material was successfully increased by dispersing CNTs in the material. When 0.1% (in mass) of multi-wall CNT (MWCNT) was dispersed in a paraffin-based latent heat storage material, the shear stress increased by 1.5 times at a shear rate of 500 s–1, while taking into account the potential effects of convective inhibition. Therefore, a latent heat storage experiment was conducted in a rectangular heat storage tank using the CNT dispersion composition ratio as a parameter. A rectangular vessel with a heated vertical surface was used for the latent heat storage experiment. The melting speed was determined by comparing the amount of latent heat stored in a CNT-dispersed latent heat storage material and a single-phase latent heat storage material sample. The experimental results show that the time required for the latent heat storage material to completely melt in the heat storage tank was the shortest for the single-phase latent heat storage material sample. However, the fastest melting progress was observed for the sample with 0.02% (in mass) MWCNT content in the melting rate range of up to approximately 40% in the tank. The results indicate that this phenomenon is caused by the difference in the melting rates in the upper part of the tank. The generated data are useful for determining the shape and heat transfer surface arrangement of the latent heat storage tank.
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热科学学报. 2024, 33(3): 856-871. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1961-9基于针对周期流动的小扰动稳定性模型，本文研究了进口热冲击畸变对轴流压气机的影响，并对此状态下压气机的稳定性进行了评估。首先，本文参考谐波平衡法的控制方程，提出了适用于内部包含周期流动的压气机的小扰动稳定性模型，并在均匀进口的单级低速压气机TA36上进行了验证。然后，本文基于谐波平衡法模拟了TA36在不同进口热冲击畸变和恒定出口背压下的非定常流动。基于这些模拟结果，本文使用所提出的小扰动模型分析了压气机的稳定性。此外，本文还采用动态模态分解法精确提取了热冲击畸变带来的压力振荡。本文讨论了热冲击畸变中温升率和斯特劳哈尔数这两个参数的影响。研究结果表明，温升率增加会导致叶栅特性中迟滞环现象的出现及迟滞环的扩大，并降低压气机稳定性。根据温升率不同，可将压气机分为稳定状态和极限状态两个阶段。此外，模型预测结果表明，进口热冲击畸变的斯特劳哈尔数增加会提高压气机的稳定性。动态模态分解法的相关结果则证明，对于热冲击畸变下的压气机，其压力震荡的高阶模态和转子叶尖的振幅增加是稳定性下降的标志。
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热科学学报. 2024, 33(3): 872-887. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1899-y压缩空气储能作为一种大规模物理储能技术，对构建以新能源为主体的高效电力系统发挥着重要作用。与传统工业压缩机相比，压缩空气储能压缩机具有更高的非设计性能需求。设计时要同时考虑设计工况性能与变工况性能。本文研究了压缩空气储能系统斜流压缩机设计方法，首次给出了斜流压缩机斜流角准则，建立了压缩空气储能系统斜流压缩机设计程序，并给出了设计案例。
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热科学学报. 2024, 33(3): 888-898. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1944-x压缩机在近临界区的低功耗是实现超临界CO2布雷顿循环高效运行的关键因素。在压缩机的数值模拟中，在临界点附近CO2物性的快速变化使得冷凝现象难以捕捉。本文研究了流体物理性质对冷凝现象的影响。首先比较了SRK EOS(状态方程)、PR EOS和SW EOS中CO2的物理性质差异，然后对喷嘴和压缩机进行了仿真。结果表明，3种EOSs预测的凝结位置基本一致。与SW EOS相比，PR和SRK EOS预测的最大凝结质量分数差异分别为5.7%和11.5%，总压比差异分别为0.3%和3.8%。结果表明，PR EOS可用于工程实际的数值模拟。由于其物性计算结果更接近实际物性，而物性变化更平缓，具有相当的精度和数值稳定性。
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热科学学报. 2024, 33(3): 899-913. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1951-y离心压缩机旋转失速机理研究对于离心压缩机稳定性及热力循环过程而言十分重要，关于此问题大部分的研究主要针对失速初始阶段展开，而关于宽长无叶扩压器失速团的演化规律还未被深入研究。本文深入分析了宽长扩散器旋转失速的原因及失速过程中失速团的三维演化机制。在失速诱发阶段，扩压器出口轮毂侧的逆流区内出现环状涡结构，这是失速团的初始形态。随着流速的降低，失速团的演化过程可以分为三个阶段：在失速初始阶段，叶轮尾迹和逆压梯度共同作用建立起一个动态平衡，使得失速团个数在该阶段维持在7个，且失速团大小保持不变；在过渡阶段，扩压器内部流动不稳定性增强，失速团延伸发展至叶轮出口，叶轮尾迹效应显著增强，失速团开始规律性融合和分离，由此造成在同一质量流量下，失速团个数和传播速度却呈现出周期性变化。在深度失速阶段，失速团大小保持不变，失速团个数维持在1个。本研究对离心压缩机的高效设计及安全运行具有重要的实践指导意义和工程价值。
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热科学学报. 2024, 33(3): 914-930. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1949-5具有约束的多目标多变量风机优化问题中，往往需要大量耗时的计算流体动力学（CFD）计算。本文提出了一种新的多代理模组合优化算法来解决实际工程中的昂贵的优化问题。针对多变量和多目标优化问题，提出了一种了新的弹性多目标加点准则。此外，通过多代理模组合辅助进化算法确定搜索方向，并使用主成分分析来实现优化变量的特征提取和降维。在多个测试函数上将新算法与其他两种在风机优化论文中常用的算法进行了对比，在相同的目标函数求解次数条件下，新算法在寻找最优值时表现出最快的收敛速度。然后，将该算法应用于一个实际的大型轴流风机的动、静叶片工程优化问题中，以高、设计和低三种流量工况下的效率为目标，以42个参数做作为优化变量，在完成约500个不同风机的性能计算后得到了稳定的Pareto前沿。优化结果表明，优化后的风机在高流量、设计流量和低流量时的总压效率分别提高了3.35%、3.07%和2.89%，最终的优化结果验证了该算法的有效性和可行性。
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热科学学报. 2024, 33(3): 931-950. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1953-9冷热电联产系统中生物质与太阳能的互补利用为能源危机和环境污染提供了有效的解决方案。本文旨在提出一种基于生命周期评估(LCA)方法的多目标优化模型，用于太阳能与生物质冷热电联供系统的优化设计。通过将多联产系统的生命周期过程划分为6个阶段，来分析能源消耗和温室气体排放。并结合全生命周期环境影响、可再生能源贡献和经济效益等评价指标，对混合系统的综合性能进行了优化。采用结合TOPSIS方法的非支配排序遗传算法II (NSGA-II)来搜索Pareto前沿结果，从而获得最优性能。将所开发的优化方法应用于工业园区的案例研究。结果表明，相较于参考系统，混合系统的性能优化后的效果显著，环境影响负荷降低率(EILRR)为46.03%，可再生能源贡献率(RECP)为92.73%，年总成本节约率(ATCSR)为35.75%。通过比较不同阶段的污染物当量排放量，运行阶段的污染物排放量最大，其次是原料获取阶段。综上可以看出，本文提出的基于LCA的多目标优化模型为设计和优化混合生物质能和太阳能的冷热电联产系统提供了一条潜力路径。
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热科学学报. 2024, 33(3): 951-969. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1842-2相比联合循环，湿空气透平（HAT）循环具有相近发电效率、更低的成本和氮氧化物排放。HAT循环的典型换热网络由间冷器（可选）、后冷器、湿化器、省煤器和回热器组成，其提高循环效率的同时也增加了系统复杂程度。为简化HAT循环流程，本文提出一种耦合集成后冷器与传统逆流湿化器的新型后冷湿化器概念，建立了考虑压力损失和㶲的一维传热传质模型，并基于100 kW级HAT循环试验数据，开展了后冷湿化过程热力学和流体力学特性研究，分析了管排布局、管径、管间距、管类型等结构参数的影响。研究结果表明通过合理匹配气-液传热过程，新型后冷湿化器可利用更小体积实现原后冷器和湿化器的相同作用，针对百千瓦级HAT循环机组的设备体积可降低47%。后冷湿化过程的主要热阻为管内对流换热热阻，但使用强化换热管不能进一步降低设备体积。
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热科学学报. 2024, 33(3): 970-984. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1906-3能源高效低碳利用和热电灵活可靠输出是热电联产系统的发展方向，本文提出了一种集太阳能/动力余热热化学和热能储存为一体的太阳能-甲醇互补能源系统。该系统包括抛物槽式太阳能集热器、热化学反应器、内燃机和双源储能单元。通过甲醇裂解的热化学反应，中低温太阳能热能和动力余热提质为燃料化学能，从而实现高效发电。储热单元进一步提高了系统热能输出灵活性。由于双源储能，太阳能与动力余热得到稳定高效利用，系统热电输出解耦，运行灵活性提高。在设计工况下，总能效、火用效率和太阳能净发电效率分别达到72.09%、37.65%和24.63%。系统节燃率和CO2减排率分别是32.97%和25.33%。研究结果为太阳能和低碳燃料互补高效、可靠利用提供了思路。
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Application of Response Surface Methodology for Analysing and Optimizing the Finned Solar Air Heater热科学学报. 2024, 33(3): 985-1009. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1934-zIn this research paper, a solar air heater with triangular fins has been experimentally analysed and optimized. Initially, an experimental set-up of a solar air heater having triangular fins has been developed at the location of 28.10°N, 78.23°E. The heat transfer rate through fins and fins efficiency has been determined by the Finite Difference Method model equations. The experimental data and modeled data of response parameters have been optimized in MINITAB-17 software by the Response Surface Methodology tool. For creating the response surface design, three input parameters have been selected namely solar intensity, Reynolds number, and fin base-to-height ratio. The range of solar intensity, Reynolds number, and fin base-to-height ratio is 600 to 1000 W/m2, 4000 to 6000, and 0.4 to 0.8 respectively. The response surface design has been analyzed by calculating the outlet temperature, friction factor, Nusselt number, fin efficiency, thermal performance factor, and exergy efficiency. The optimum settings of input parameters: solar intensity is 1000 W/m2; Reynolds number is 4969.7, and the fin base to height ratio is 0.6060, on which these response: namely outlet temperature of 92.531°C, friction factor of 0.2350, Nusselt number of 127.761, thermal efficiency of 50.836%, thermal performance factor of 1.4947, and exergy efficiency of 8.762%.
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热科学学报. 2024, 33(3): 1010-1025. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1937-9近年来，主辅机散热器上下层布置的自然通风空冷系统引起了电力行业的关注。首先，本文建立了两种主辅机集成空冷系统的物理模型，即构型A和构型B。在构型A中，主机空冷散热器布置在上层，辅机空冷散热器布置在下层；在构型B中，主辅机空冷散热器的布置方式相反。进而，针对TMCR和TRL1工况，得到了构型A和构型B的单元-局部-整体的流动换热特性，并通过数值模拟进行了比较。研究结果表明，对于辅机空冷散热器，构型A的冷却性能明显优于构型B,两者相差5.46%至7.55%；而对于主机空冷散热器，构型B显示了较好的冷却性能，二者相差1.15%至2.99%。考虑到辅机冷却系统对冷却性能要求较高，建议采用构型A。本文研究可为主辅机集成自然通风空冷系统的设计及工程应用，提供一定的理论指导。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1026-1036. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1946-8采用宏观封装方法的显热-潜热复合蓄热结构（CSLHS）能够有效地解决其内部相变材料（PCMs）的泄漏问题。然而，由于PCMs的导热性能较差，与固体结构相比，复合蓄热结构蓄热性能的提高十分有限。但其PCMs区域内的自然对流能够改善其蓄热性能。因此，如何提高宏观封装的复合蓄热结构内的自然对流强度成为关键问题。在本文中，我们提出了一种宏观封装的复合蓄热结构，并通过计算流体动力学（CFD）模拟分析了结构参数对其蓄热性能的影响。在该蓄热结构中，显热蓄热材料为高温混凝土，PCM为低熔点的混合熔盐。我们分别分析了翅片数量、翅片长度和翅片厚度对复合蓄热结构蓄热性能的影响。结果表明，蓄热性能随着翅片数量的增加而提高，但增长速率逐渐减缓。当翅片数量为6时，蓄热性能相较于无翅片的复合蓄热结构提升了20.18%。蓄热性能随着翅片长度的增加逐渐提高。与无翅片的复合蓄热结构相比，翅片长度每增加10毫米，其蓄热性能分别提升了4.09%、5.26%、7.02%、8.77%、11.70%和15.79%。与翅片数量和翅片长度不同，翅片厚度对蓄热性能的影响非常小。当翅片厚度从1毫米增加到4毫米时，蓄热性能仅提升了2.3%。这表明，改善蓄热性能的主要原因是翅片划分了PCM区域，从而提高了相变区域内的自然对流强度。这些结果表明，宏观封装的显热-潜热复合蓄热结构的蓄热性能可以通过优化结构参数得到改善。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1037-1054. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1933-5In Iran, the intensity of energy consumption in the building sector is almost 3 times the world average, and due to the consumption of fossil fuels as the main source of energy in this sector, as well as the lack of optimal design of buildings, it has led to excessive release of toxic gases into the environment. This research develops an efficient approach for the simulation-oriented Pareto optimization (SOPO) of building energy efficiency to assist engineers in optimal building design in early design phases. To this end, EnergyPlus, as one of the most powerful and well-known whole-building simulation programs, is combined with the Multi-objective Ant Colony Optimization (MOACO) algorithm through the JAVA programming language. As a result, the capabilities of JAVA programming are added to EnergyPlus without the use of other plugins and third parties. To evaluate the effectiveness of the developed method, it was performed on a residential building located in the hot and semi-arid region of Iran. To obtain the optimum configuration of the building under investigation, the building rotation, window-to-wall ratio, tilt angle of shading device, depth of shading device, color of the external walls, area of solar collector, tilt angle of solar collector, rotation of solar collector, cooling and heating setpoints of heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) system are chosen as decision variables. Further, the building energy consumption (BEC), solar collector efficiency (SCE), and predicted percentage of dissatisfied (PPD) index as a measure of the occupants’ thermal comfort level are chosen as the objective functions. The single-objective optimization (SO) and Pareto optimization (PO) are performed. The obtained results are compared to the initial values of the basic model. The optimization results depict that the PO provides optimal solutions more reliable than those obtained by the SOs, owing to the lower value of the deviation index. Moreover, the optimal solutions extracted through the PO are depicted in the form of Pareto fronts. Eventually, the Linear Programming Technique for Multidimensional Analysis of Preference (LINMAP) technique as one of the well-known multi-criteria decision-making (MCDM) methods is utilized to adopt the optimum building configuration from the set of Pareto optimal solutions. Further, the results of PO show that although BEC increases from 136 GJ to 140 GJ, PPD significantly decreases from 26% to 8% and SCE significantly increases from 16% to 25%. The introduced SOPO method suggests an effective and practical approach to obtain optimal solutions during the building design phase and provides an opportunity for building engineers to have a better picture of the range of options for decision-making. In addition, the method presented in this study can be applied to different types of buildings in different climates.
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热科学学报. 2024, 33(3): 1055-1064. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1945-9近年来，增强地热系统技术被应用于干热岩地热资源的开采过程中。增强型地热系统技术通过水力压裂在干热岩储层中生成连通的离散裂缝网络并水作为工作流体进行取热。本文研究在不同温度和压力条件下水在干热岩储层粗糙裂缝中流动传热特性。本研究基于分形维数表征构建单一粗糙裂缝模型，并比较分析了各向异性因子对水通过单一粗糙裂缝的平均迂曲度和摩擦阻力系数的影响规律。数值模拟结果发现水在粗糙裂缝中的平均迂曲度主要受到温度的影响，温度越高，平均迂曲度越大。摩擦阻力系数随着温度升高而减小。此外，还揭示了在储层高压条件下压力变化对水在粗糙裂缝中的平均迂曲度和摩擦阻力系数的影响可以忽略。本研究发现质量流量达到某一临界值时，温度对摩擦阻力系数的影响会大幅度减小。通过对比具有不同各向异性因子的粗糙裂缝模型，平均迂曲度和摩擦阻力系数的值与各向异性因子均呈正相关关系。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1065-1081. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1927-y本文旨在对一种新型零碳的联产系统进行全面的火用经济性分析，并提出一种结合机器学习的快速优化方法。本文对一种新型的电、冷和淡水联产系统进行了详细的火用经济性分析。运用火用流理论建立了火用经济分析模型，进行了全面的能量分析、火用分析、火用经济性分析和环境分析。研究了5个关键决策变量对该系统火用经济性的影响。提出了一种结合遗传算法和装袋神经网络的快速优化方法。将该系统与4个相似案例进行了先进性比较。结果表明，提高透平入口温度可以提高火用效率，降低总产品单位成本。该系统的火用破坏直接决定了系统的火用效率和总火用破坏成本率。在成本优化设计案例中，总产品单位成本分别比火用效率优化设计案例和基本设计案例降低7.7%和25%。与4个相似案例相比，该系统在热力学性能和火用经济性能方面具有较好的优势。本研究能够为多联产系统的性能分析和快速优化提供研究方法和思路。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1082-1093. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1952-x危险废弃物资源化利用是提高能源效率和保障环境可持续发展的重要路径。该工作详细介绍了一种用于废阴极炭块(SCCB)废物解毒和含碳材料回收的二元熔盐热处理方法。基于该方法解析了SCCB和SCCB/熔盐混合物的热稳定性。 研究发现，与 SCCB 自身相比，NaCl-Na2CO3 二元熔盐可显著降低热解反应的起始温度（降低了 334.3 K，热解反应活化能从4.24×105 降至2.30×105 J mol-1），有助于减少热处理过程所需能耗。同时，二元熔盐的加入使SCCB/熔盐混合物在水平管式炉热处理后形成分层式残炭：底层残炭主要由熔盐组成，顶层残炭主要以碳粉为主，且顶层残炭中氟含量显著降低（主要存在形式为NaF和CaF2），碳含量保持不变，顶层残炭热值可达17.517.5 MJ/kg。基于离子色谱测试发现热处理后顶层残炭氟离子浸出浓度由4620 mg/L降至856 mg/L。未来工作会借助水浸法和水热酸浸法去除NaF和CaF2，有望进一步降低其得含氟浓度。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1094-1108. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1978-0从低品位烟气中回收热量和水分对于节能和环保都至关重要。全开式吸收式热泵作为一种新型的烟气余热回收技术，具有实现烟气全热深度回收的潜力，但作为系统主要部件的开式再生器缺乏相应的热质传递性能研究，对系统的设计和运行造成了困扰。本文实验研究了装备有陶瓷规整填料的开式喷淋塔（再生器）的再生性能，并提出了两种不同的再生模式，包括空气接收模式和烟气接收模式，以分别利用环境空气和低品位烟气作为再生驱动源。研究并揭示了不同输入参数对再生特性的影响，包括换热量、再生速率、热效率和湿效率。研究结果表明，在两种再生模式中，通过增加溶液流速、溶液温度和空气/烟气流速均可以强化再生性能。然而，溶液浓度和烟气含湿量升高均会减小再生速率，并降低再生热效率。对于55%质量浓度的氯化钙水溶液，温度为200摄氏度、含湿量为44克/千克的烟气可以驱动溶液再生过程，当溶液浓度或烟气含湿量继续上升时，溶液再生过程需要额外的能量输入。此外，本文对上述过程的耦合热质传递系数进行了测试和计算，并构建了耦合热质传递关联式，可为全开式吸收式热泵中开式再生器的设计和优化提供基础。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1109-1118. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1918-z当前，锂离子电池已被广泛应用于各种领域。然而，它们受到由日历老化和循环老化导致的容量衰减问题的困扰。本研究通过对钴酸锂/石墨电池在不同存储温度和不同充放电状态范围下进行存储和循环实验，探究了储存时间、温度和不同深度的充放电循环对锂离子电池容量衰减的影响。根据测量数据，提出了单组分和双组分老化模型，分别描述了日历老化和循环老化引起的容量衰减。钴酸锂/石墨电池的日历老化主要受到存储期间温度和荷电状态的影响，循环老化主要受到平均荷电状态和荷电状态变化的影响。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1119-1131. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1858-z建筑围护结构外表面换热系数是建筑节能设计所必需的重要参数之一，而高海拔基础数据匮乏。因此作者提出了一种基于模型建筑热平衡的简易实测方法，采用同一模型建筑在海拔520 m的成都和海拔3750m的稻城的室外条件下实测其外表面换热系数。重要发现在于：在相同供暖功率下，高海拔室内外空气均温升比低海拔高41.9%；内壁均温升也比低海拔高25.8%。说明高海拔地区在相同能耗条件下可营造更舒适的室内热环境。但高海拔地区的建筑外表面综合换热系数降低了34.48%。室外风速对建筑外表面对流换热系数影响不如低海拔地区显著，实验得到了对流换热系数与室外风速的拟合关系式。采用低海拔地区的建筑外表面换热特性进行高海拔地区建筑节能设计及相关供暖设备选择及系统末端匹配设计是不合适的。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1132-1147. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1942-z印刷电路板式换热器（PCHE）因其传热效率高、紧凑性好等优点，近年来在S-CO2循环发电系统中得到了广泛的应用。但PCHE通道构型较多，实际工程应用时缺少构型选择的判断依据。因此，本文针对直通道、之字形通道、波纹通道和翼型翅片通道四种典型PCHE通道构型，在“三场协同”原理的指导下，对通道内流场和温度场以及流场和压力场的协同性进行讨论；进一步，对比分析了四种通道构型的综合换热性能；最后，获得了四种典型通道构型的传热和阻力关联式。结果表明，直通道PCHE的速度场与压力场间协同性较优，因此其阻力损失相对较小。之字形、波纹通道和翼型翅片可以减小速度和温度梯度间的夹角α，从而强化了换热。与之字形通道相比，波纹通道由于具有圆角，因此减小了流动阻力。在本文所研究的Re范围内，所提出的PCHE传热和阻力关联式最大误差为7%，拟合精度良好。本文的研究可为不同通道构型PCHE的选择和设计提供参考。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1148-1160. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1912-5本文提出了一种新型高密度微射流阵列结构，用于混合射流冲击/微通道散热器(约120个射流/ cm2，射流宽度为0.35 mm)。采用参数化方法研究了结构参数和流动参数对密闭空间水射流冷却对流换热的影响。仿真结果表明，最佳射流宽度、射流间距和撞击距离分别为0.2 mm、0.2 mm和0.3 mm左右，可以实现较低的热阻和较低的压降。传热路径分析表明，微翅片射流结构可以扩大冲击换热面积，雷诺数范围为797.1 ~ 5602.2，翅片换热量占比可达38.9%。随着射流撞击距离的增加，散热器内的换热特性由以撞击为主的换热向以通道对流为主的换热转变。提出了预测不同结构参数下散热器滞止面积平均努塞尔数的相关性，预测结果与数值结果的偏差小于10%。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1161-1173. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1956-6准确的混合法则对于混合制冷剂的汽液平衡(VLE)研究非常重要。在这项工作中，一种在零压力条件下的新的超额吉布斯自由能混合法则(MRv)被提出。MRv明确采用了变液体摩尔体积。MRv的适用温度范围可以通过经验方法来估计高温下组分的液体摩尔体积来扩展。在两种不同的参考压力下，本工作选取了三种混合法则：修正的Huron-Vidal混合法则（MHV1）、Wong-Sandler混合法则（WS）以及MRv，来比较37种混合制冷剂的VLE计算结果。结果表明，MRv在组分和压力计算上与MHV1和WS具有相似的精度。此外，使用MRv得到的37种混合制冷剂的平均超额吉布斯自由能(0.0013)远低于使用MHV1(0.0078)和WS(0.0809)的结果，这对于设计和优化使用混合制冷剂的相关系统具有很高的参考价值。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1174-1188. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1959-3微通道流动沸腾换热以其换热能力强、结构紧凑、温度均匀性好等优势成为了电子设备散热领域的理想选择，但当热流密度大于临界热流密度CHF时会出现因冷却介质干涸而导致的换热性能恶化的问题。非共沸混合物凭借其独特的温度滑移特性和传质特性，在延迟或避免干涸方面展现出明显的潜力。为了探究非共沸混合物对于微通道流动沸腾的影响，以两相微通道散热器为研究对象，采用R245fa/R134a非共沸混合物作为冷却介质，开展了不同工况下的流动沸腾换热性能测试实验，得到了相应实验工况下的流动沸腾换热特性。同时，将实验结果与采用纯质R245fa所获得的实验结果进行了对比分析，结果表明，在高沸点工质中加入少量的低沸点组分，虽然在一定程度上会抑制沸腾换热，使得在未干涸条件下的平均换热系数略低于纯质，但也有效地延缓了局部干涸的发生，在较低质量流量、较高热流密度条件下更不容易出现换热性能明显恶化的情况，增强了散热器的稳定性。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1189-1199. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1844-0本文在定容燃烧弹上开展了三种高分子正构烷烃，即正己烷、正辛烷和正癸烷的层流火焰不稳定性研究，获得了火焰传播过程的图像。基于图像处理提取了不同条件下的火焰临界半径，结合现有的临界Peclet数理论，计算出三种正构烷烃在当前条件下的火焰不稳定性的主要因素。此外，基于本工作开发的图像处理方法，对实验获得的火焰细胞结构进行定量分析，提取了平均细胞大小（等效细胞半径，Rcell），并计算的理论Rcell进行了比较，验证了该方法的有效性。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1200-1215. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1883-6本研究基于KIVA-3V程序搭建了快速压缩机（RCM）CFD仿真模型。在此基础上，采用大涡仿真模型耦合第三代遗传算法开展了快速压缩机缝隙结构的多目标优化研究。在优化过程中选择了6个优化参数和7个优化目标。结果表明，遗传算法能够快速找到帕累托最优解的参数分布区域。同时，快速压缩机缝隙体积的大小与无量纲温度比Tmax/Taver和压缩终点附近的滚流比呈现出trade-off关系。其中，较大的缝隙体积可以减少边界层低温气体进入到燃烧室的流量，从而提高温度均匀性。此外，缝隙入口宽度和连接通道长度应较小，而缝隙主室的体积应较大，以便将边界层的低温气体充分引入缝隙中，减少其对燃烧室温度场的影响。当缝隙体积占总体积的10%时，燃烧室的温度均匀性显着增强；当缝隙体积占30.4%时，燃烧室内几乎不存在低温涡流。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1216-1230. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1935-y为了解决循环流化床（CFB）机组智能和高效控制的迫切需求，开发超临界循环流化床（SCFB）机组关键运行参数的动态模型至关重要。因此，本文提出了数据知识驱动的SCFB机组床温、负荷和主蒸汽压力的动态模型。首先，采用知识驱动的方法建立SCFB机组关键运行参数的动态模型。模型参数基于单元的操作数据来确定，并进行持续优化。然后，利用双向长短期记忆结合卷积神经网络和注意力机制建立床温、负荷和主蒸汽压力的动态模型。最后，提出了基于临界权重法和变异系数法的协同集成方法，以建立数据知识驱动的SCFB机组关键运行参数模型。与其他方法相比，该模型具有较高的精度和拟合能力，能够有效捕捉动态特性，可为SCFB机组智能灵活控制模式的设计提供研究依据。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1231-1241. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1939-7天然气是一种极具前景的内燃机替代燃料，天然气发动机成为了一种应对能源短缺与气候变化的高效可行的措施。由于层流火焰特性是湍流火焰的基础，天然气的层流火焰特性对发动机缸内燃烧状况和效率产生重要影响。采用可视化定容燃烧弹开展了天然气层流燃烧特性研究，开展了不同混合气配比、过量空气系数和初始条件的天然气预混层流燃烧测试。试验结果表明，与丙烷相比，乙烷对层流燃烧速度的影响更为显著，每增加2.5 %乙烷占比，平均提升约5.1 %的层流燃烧速度。不同过量空气系数下的天然气层流燃烧速度在λ=1.0附近有极大值，火焰的马克斯坦长度随λ的升高而减小。混合气初始压力的升高使得火焰层流燃烧速度降低，马克斯坦长度显著降低。混合气初始温度的升高会使得天然气层流燃烧速度快速增大，但对火焰的马克斯坦长度影响并不显著。
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热科学学报. 2024, 33(3): 1242-1256. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1987-z利用流化床锅炉（CFB）燃烧混合低阶煤是提高废料资源化利用率的有效方法。迄今为止，有关煤泥、煤矸石和原煤的混燃动力学和自脱硫特性还有待进一步研究。本文首先基于热重实验，采用多种模型对混合煤的共燃动力学进行了详细分析。结果表明，混合煤中存在煤矸石的情况下，四种动力学模型测定的平均活化能（Ea）在 65.7 kJ/mol 至 100.4 kJ/mol 之间。相反，在无煤矸石情况下，只有 Flynn-Wall-Ozawa (FWO) 和 Friedman (FM) 方法被认为适合计算平均活化能，得出的值为 77.3 kJ/mol。 n=1 阶反应模型被证实是分析低阶混煤共燃动力学的可靠方法。针对多种成分混合煤，在宽范围参数内，Ea 与指前因子自然对数（lnA）之间均存在显著的线性相关。此外，在混煤中加入煤矸石可大幅提高自脱硫水平，在 800℃时，自脱硫率从 25.7% 提高到 60.7%。自脱硫效率与煤矸石和煤泥的质量比以及钙硫摩尔比均呈良好的线性关系。在实际应用中，煤矸石的最佳添加比例需要在自脱硫效率和点火能力之间进行权衡考虑。
