热科学学报

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Effect of the Filling Liquid Ratio on the Thermal Performance of a Novel Thermal Diode with Wick

LI Zhiyong, MING Tingzhen, ZHANG Heyu, ZHAO Sitong, WANG Qinggang, CAI Cunjin, YIN Kui, FANG Yueping, WU Yongjia

热科学学报. 2024, 33(2): 396-407. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1954-8

摘要 (52) PDF全文 (2)

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热二极管作为一种可以降低建筑物能耗和提高电动汽车电池散热的重要传热元件，其优点在于可以使热量单向流动。相较于其他类型的热二极管，在设计、材料和工作条件等各种因素的影响下，对流式热二极管在预期应用中能表现出最佳的热整流效果。本研究基于相变传热机制，提出了一种新型带有毛细芯的对流式热二极管。这种设计巧妙的利用了毛细芯提供的毛细力和重力，提高了所设计的对流式热二极管的单向传热性能。通过实验研究了充液比对热二极管传热性能的影响，实验结果与理论分析结果吻合良好。研究结果表明，当充液比为140%时，带有毛细芯的热二极管在较低的加热功率下有较大的热整流比，并且当热二极管的加热功率为40 W时，热二极管的最大热整流比为 21.76。

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Special Column on Recent Advances in PCMs as Thermal Energy Storage in Energy Systems

Mohammad Hossein AHMADI, Tingzhen MING, Marc A. ROSEN, S.A. SHERIF, Mohammad Mehdi RASHIDI

热科学学报. 2024, 33(2): 395. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1957-5

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A Review on Flow Boiling of the Fluid with Lower Boiling Point in Micro-Channels

ZHANG Zhiqiang, JIA Li, DANG Chao

热科学学报. 2024, 33(1): 1-17. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1885-9

摘要 (37) PDF全文 (7)

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随着微加工技术的不断发展，高热流密度微型电子元器件的冷却已成为一个极具吸引力的研究课题。微通道流动沸腾作为一种高效换热方式，在高热流密度散热领域得到了广泛的应用。本文综述了近年来国内外有关低沸点工质在微通道内流动沸腾换热及不稳定性的实验研究。总结并讨论了低沸点工质在不同微通道内流动沸腾的热流特性以及潜在传热机理。对流动沸腾过程中存在的压降和不稳定现象进行了讨论。重点讨论了强化换热和抑制不稳定性的方法，并考虑了各种强化措施，如表面改性和流道几何改变等。最后展望了微尺度流动沸腾领域今后的研究方向。

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编者按

Special Column on Convergence of Carbon Neutral Transition via Energy Storage Technologies

XU Ben, ZHANG Xinjing, RAO Zhonghao, XU Chao, MA Zhiwen

热科学学报. 2023, 32(6): 1955-1955. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1916-6

摘要 (36) PDF全文 (14)

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Limiting global warming to 1.5°C would be a herculean task to all human beings. To reach this goal, the world would have to curb its carbon emissions by at least 49% of 2017 levels by 2030 and then achieve carbon neutrality by 2050. Installing renewable energy systems is a key to achieving the decarbonization goal. However, the intermittent nature of renewable energies is challenging because it can disrupt the daily operation of the electric grid. Energy storage technology is the key to resolve the problems of intermittency, volatility and low energy density in the large-scale utilization of clean and renewable energy. In addition, energy storage technology has promising applications in industrial waste heat recovery, building energy saving, thermal management, power grid peak shaving, etc. Therefore, energy storage technology plays a critical role on the roadmap to achieve the goal of carbon neutrality. This special issue will focus on the recent advances in energy storage technologies in the convergence of carbon neutral transition, such as energy storage materials and devices, thermal management and control of energy storage systems, energy storage testing and evaluation, advanced manufacturing technologies for energy storage systems, and economic analysis and GHG emission analysis of energy storage technology.

Through rigorous peer review, seven original research papers have been accepted. Among them, three papers focus on latent thermal storage system, one on an integrated thermal storage system and compressed air storage system, one on material properties of nanofluid as possible energy storage medium, and two on parametric study about the working conditions of electrolysis cells using numerical approach. These seven papers reflect the latest progress and stimulate further interest in new carbon neutral and energy storage technologies.

We would like to express our gratitude to all the contributors, reviewers and the journal office team for their great support in ensuring the high quality of this special column.

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燃烧和反应

Laminar Flame Structure-Dependent Exergy Destruction Behavior at Auto-Ignition Time Scale: A Case Study of Dimethyl Ether (DME)

WU Honghuan, HUANG Wenlin, ZHAO Hao, SUN Wuchuan, HUANG Zuohua, ZHANG Yingjia

热科学学报. 2024, 33(4): 1257-1271. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1924-1

摘要 (35) PDF全文 (25)

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在一些先进发动机（如HCCI，RCCI）燃烧过程中，爆燃/自燃混合火焰结构并存。因此，解耦不同火焰传播机制下各种不可逆过程所造成的㶲损对发动机高效燃烧显得尤为重要。本文数值研究了发动机条件下二甲醚/空气混合气层流燃烧机制，对比了不同火焰结构下熵产和㶲损特性。研究发现，随着火焰传播机制由典型的扩散火焰向混合气自燃转变，热传导和物种扩散所造成的㶲损逐渐减少，㶲损由化学反应所主导。通过分析火焰域中温度和物种摩尔分数的分布，阐明了热传导和质量扩散引起的㶲损机制。此外，通过将二甲醚氧化过程划分为四个阶段，识别了造成㶲损的主要反应通道。发现在二甲醚氧化过程中，CH₂O 和 HȮ₂ 自由基的产生和消耗通道主导了化学反应的㶲损行为。在此基础上明晰了燃料低温化学导致更大㶲损坏的动力学机制，主要包含两个因素：（a）低温反应通道本身具有较大的不可逆性；（b）（主要原因）低温反应中间产物加速了H₂O₂-loop反应的进行。因此，减少燃烧不可逆性有望通过合理调控燃料氧化路径来实现。

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Special Column for the 9th Asian Joint Workshop on Thermophysics and Fluid Science 2022 (AJWTF 2022)

SURYAN Abhilash, YAGA Minoru, SUN Dakun

热科学学报. 2024, 33(3): 793. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1988-y

摘要 (33) PDF全文 (20)

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A Detailed Thermal Resistance Network Analysis of FCBGA Package

DANG Hao, LU Yang, DU Yanzheng, ZHANG Xiu, ZHANG Qian, MA Weigang, ZHANG Xing

热科学学报. 2024, 33(1): 18-28. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1903-y

摘要 (28) PDF全文 (8)

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使用热阻模型描述FCBGA芯片散热过程是封装领域的一个重要课题。然而，考虑芯片各部分结构所引入热阻的模型仍然较少，但在工程上又十分需要。在这项工作中，构建了考虑导热热阻和扩展热阻的芯片详细热阻网络模型。针对一个FCBGA芯片案例，通过数值模拟芯片温度场厘清了各结构引入热阻及其物理意义。这种模型有助于芯片结温预测，例如，该芯片功率变化±40%时，结温预测的相对误差仅为0.24%；此外，也有助于FCBGA芯片热阻优化方向和优化空间的判定。这项工作为以FCBGA为代表的芯片封装提供了一种新的热阻分析方法。

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Effects of Pilot Fuel Ratio on Combustion Process: Flow Field Structure and Pollutant Emissions

ZONG Chao, JI Chenzhen, CHENG Jiaying, ZHU Tong

热科学学报. 2023, 32(6): 2321-2335. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1837-4

摘要 (27) PDF全文 (16)

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作为微型燃气轮机燃烧室在机组运行期间的几乎仅有的控制手段，值班比（Pilot Fuel Ratio，PFR）是实现稳定燃烧过程和调控污染物排放的关键措施。本文讨论了值班比对燃烧室内部流场结构和污染物生成特性的影响。本文使用稳态三维雷诺平均应力方法和40步甲烷/空气燃烧骨架机理研究了值班比分别为9.0%、12.7%、15.2%和17.6%时燃烧室内的流场和组分场分布。研究结果表明，随着PFR的降低，燃烧室中心轴附近的轴向速度和温度呈下降趋势。在核心热解反应区（通过HCO测量）和氧化区（通过OH测量）中发生了类似的分离现象。通过在燃烧空气中使用惰性气体代替氮气，得到了值班火焰对氮氧化物（NO_x）生成浓度的定量影响。发现在PFR为9.0%的工况下，值班火焰产生的NO_x浓度为3.2 ppmv，占总NO_x排放量的17.4%。

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Numerical Analysis of Phase Change and Container Materials for Thermal Energy Storage in the Storage Tank of Solar Water Heating System

SINGH Shailendra, ANAND Abhishek, SHUKLA Amritanshu, SHARMA Atul

热科学学报. 2024, 33(2): 408-421. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1776-0

摘要 (22) PDF全文 (19)

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This study evaluates the effectiveness of phase change materials (PCMs) inside a storage tank of warm water for solar water heating (SWH) system through the theoretical simulation based on the experimental model of S. Canbazoglu et al. The model is explained by five fundamental equations for the calculation of various parameters like the effectiveness of PCMs, the mass of hot water, total heat content, and duration of charging. This study simulated eleven PCMs to analyze their effectiveness like Sodium hydrogen phosphate dodecahydrate (SHPD), OM 37, N-Eicosane (NE), Lauric acid (LA), Paraffin wax (PW), OM 48, Paraffin wax C_20-33 (PW-C20-33), Sodium acetate trihydrate (SAT), Palmitic acid (PA), Myristic acid (MA), and Stearic acid (SA). Among all PCMs, the SHPD has found the highest value of effectiveness factor of 3.27. So, it is the most recommended PCM for the storage tank of the SWH system. The study also includes the melt fraction analysis of all enumerated PCMs corresponding to container materials of stainless steel, glass, aluminum mixed, tin, aluminum, and copper. This melt fraction analysis is performed by making a coding program in the FORTRAN programming language. Through the analysis, copper container material is found to have high melting rate for all PCMs so it is superior to other container materials.

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Experimental Study of Temperature Control Based on Composite Phase Change Materials during Charging and Discharging of Battery

LI Xiaolin, WANG Jun, CAO Wenxiang, ZHANG Xuesong

热科学学报. 2024, 33(2): 578-590. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1922-3

摘要 (22) PDF全文 (14)

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本研究主要利用相变材料(PCM)在其相变过程中吸收或释放的大量潜热来调节电池充放电过程中的表面温度波动，以期将电池保持在最佳工作温度范围内。通过在圆柱形电池周围包裹PCM，研究PCM厚度和相变温度对电池温度的影响。为提高相变材料的导热性能，在其中加入膨胀石墨(EG)制备成复合相变材料(CPCM)，研究膨胀石墨不同质量占比对电池温度和CPCM利用率的影响。结果表明，增加PCM厚度可延长温度控制时间，但影响有限。不同相变温度的PCM可将电池温度控制在不同范围内。高温环境时不宜利用相变温度较低的PCM对电池进行温度控制。添加EG可提高PCM导热性能，从而进一步降低电池温度。当CPCM中EG质量占比为6%时，其对电池的有效控温时间延长了11 min，较单一PCM提升了28%。在基于PCM的电池热管理系统(BTMS)中，CPCM的利用率较高，同时可实现蓄热和导热之间的平衡。

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Effects of Diesel Concentration on the Thermal Conductivity, Specific Heat Capacity and Thermal Diffusivity of Diesel-Contaminated Soil

WU Yuhao, WU Yuefei, LUO Gubai, ZHANG Teng, WANG Qing, FAN Liwu, SONG Xin, YU Zitao

热科学学报. 2024, 33(2): 696-709. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1948-6

摘要 (20) PDF全文 (4)

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目前，针对石油烃污染场地的修复技术——原位热脱附技术存在能耗高的问题。掌握污染土壤的关键热物性参数（热导率、比热容和热扩散率）有助于准确模拟计算修复场地的热量传递和温度分布，进而指导工程上优化方案，以实现节能降碳。然而，目前鲜有关于石油烃污染土壤的此类数据报道。在本研究中，制备了干容重恒定而柴油（石油烃的代表物之一）质量浓度在0~20%之间的土壤样品，并在0~120 ℃的宽温度范围内测量和分析了其热导率、比热容和热扩散率的变化规律。实验结果表明，当柴油浓度低于1%时，柴油对土壤热导率的影响可忽略。当柴油浓度低于10%时，土壤的热导率与温度的变化趋势相同；当柴油浓度超过10%时，土壤热导率则与温度的变化趋势相反。各类土壤矿物的热导率通常随着温度的升高而增大，而柴油的热导率则随着温度的升高而减小，因此土壤矿物和柴油之间的竞争关系决定了柴油污染土壤的热导率随温度的变化趋势。无论柴油浓度如何变化，土壤的比热容均与温度的变化趋势相同，土壤的热扩散率则均与温度的变化趋势相反。显著性检验结果表明，与温度相比，柴油浓度对土壤热物性的影响更为显著。此外，对照实验的结果表明，含有相同质量浓度的柴油和某一烷烃的土壤样品的热导率的相对差异均低于10%，因此本研究中用柴油获得的土壤热物性变化规律可以类比推广到各类石油烃污染场地。基于三维分形和热阻分析，提出了一个理论预测模型，证实了柴油浓度对土壤热导率的影响。为了便于实际应用，以实验数据为基础，提出了以柴油浓度为自变量的土壤热导率线性回归模型。

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气动

Effects of Bionic Leading Edge on the Aerodynamic Performance of a Compressor Cascade at a Low Reynolds Number

XU Huafeng, ZHAO Shengfeng, WANG Mingyang, YANG Chengwu

热科学学报. 2024, 33(4): 1272-1285. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1920-x

摘要 (19) PDF全文 (6)

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在低雷诺数（Re）条件下获得高性能压气机叶型的关键在于有效调控附面层转捩及分离过程。本文以某高负荷增压级下压流道内正交叶片根部5%截面处的叶型为研究对象，并对原始叶型前缘进行仿生学造型设计。借助大涡模拟结合Omega涡识别方法，研究了仿生型前缘造型对低雷诺数下层流转捩及分离的响应特性，结果表明：在低雷诺数下，仿生型前缘造型显著改善了叶片的气动性能，有效抑制了分离泡的发展，减弱甚至消除了叶片尾缘的大尺度流动分离，从而减小了尾缘的流动堵塞。此外，本文进一步阐明了仿生型前缘造型对典型高负荷增压级叶型气动特性的调控机制，具体而言：仿生型前缘造型减弱了叶片表面涡动力学强度，减少了高水平速度脉动区域，进而降低湍流耗散带来的气动损失。上述研究结果对于低Re下增压级叶型的气动设计和流动调控具有重要的借鉴意义。

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Numerical Study on Local Flow and Heat Transfer Characteristics of Supercritical CO₂ in PCHE with Sinusoidal Channels

WEN Zhexi, LV Yigao, LI Qing, WU Jinglin

热科学学报. 2024, 33(1): 41-55. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1889-5

摘要 (19) PDF全文 (9)

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受换热器结构和物性变化等因素影响，超临界CO₂局部流动传热特性可能沿程变化较大且对换热器的整体性能有较大影响。本文在超临界CO₂布雷顿循环回热器工况下，对超临界CO₂在正弦波纹流道印刷电路板换热器中局部流动传热特性开展了数值模拟研究。基于包含10个周期性结构的物理模型，本文分析了Re数、热流大小、Nu数、二次流强度以及其他相关参数在回热器冷热侧的沿程变化情况，探讨了其变化原因，并进一步比较了高温回热器（HTR）和低温回热器（LTR）在冷热侧的流动传热特性沿程变化差异。研究发现，回热器（特别是低温回热器）中局部流动传热特性沿程变化极大，这些变化与热物性参数的复杂变化、浮升力以及周期性变化的离心力等因素相关。LTR中冷侧的局部Re数和对流换热系数从入口到出口的变化幅度分别可达127.5%和61.7%，因此LTR冷侧的对流换热系数不能视为定值或简单取平均处理，换热设计过程中也需要考虑流换热系数的沿程分布情况的影响。论文也发现，当波纹角大于25°时，波纹角相比质量流量对通道内的流场影响更大。此外，重力方向（回热器放置方向）对局部流动传热特性影响较大，但对整体换热效果较小（0.2%）。

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Impact of Fin Arrangement on Heat Transfer and Melting Characteristics of Phase Change Material

Arun UNIYAL, Yogesh K. PRAJAPATI

热科学学报. 2024, 33(2): 435-456. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1925-0

摘要 (18) PDF全文 (10)

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Present work investigates the heat transfer and melting behaviour of phase change material (PCM) in six enclosures (enclosure-1 to 6) filled with paraffin wax. Proposed enclosures are equipped with distinct arrangements of the fins while keeping the fin’s surface area equal in each case. Comparative analysis has been presented to recognize the suitable fin arrangements that facilitate improved heat transfer and melting rate of the PCM. Left wall of the enclosure is maintained isothermal for the temperature values 335 K, 350 K and 365 K. Dimensionless length of the enclosure including fins is ranging between 0 and 1. Results have been illustrated through the estimation of important performance parameters such as energy absorbing capacity, melting rate, enhancement ratio, and Nusselt number. It has been found that melting time (to melt 100% of the PCM) is 60.5% less in enclosure-2 (with two fins of equal length) as compared to the enclosure-1, having no fins. Keeping the fin surface area equal, if the longer fin is placed below the shorter fin (enclosure-3), melting time is further decreased by 14.1% as compared to enclosure-2. However, among all the configurations, enclosure-6 with wire-mesh fin structure exhibits minimum melting time which is 68.4% less as compared to the enclosure-1. Based on the findings, it may be concluded that fins are the main driving agent in the enclosure to transfer the heat from heated wall to the PCM. Proper design and positioning of the fins improve the heat transfer rate followed by melting of the PCM in the entire area of the enclosure. Evolution of the favourable vortices and natural convection current in the enclosure accelerate the melting phenomenon and help to reduce charging time.

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Optimization of the Swept Volume Ratio between the Compressor and the Active Displacer in an Efficient 20 K Thermal-Coupled Two-Stage Pulse Tube Cryocooler

YIN Wang, LIU Shaoshuai, SONG Jiantang, WU Wenting, HUI Hejun, JIANG Zhenhua, LI Nanxi, ZHU Haifeng, WU Yinong

热科学学报. 2023, 32(6): 2155-2165. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1887-7

摘要 (18) PDF全文 (15)

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调相机构作为脉管制冷机的重要部件，通过调节压力波与质量流的相位关系，改善整体相位，以提高整机效率。采用主动调相的调节方式相对于常见的惯性管气库调相、多路旁通、双向进气而言，具有更广泛的相位调节角度，更容易获得最优的相位关系，具有研究意义。本文针对一台20 K温区热耦合两级脉管制冷机，研究压缩活塞和主动调相活塞之间的位移行程（即扫气体积比）和相位差对制冷量和制冷效率的影响规律，分析调相活塞运动状态对压力波与质量流相位关系及声功分布的影响，以获得主活塞与调相活塞的最优关系。在主压缩机活塞扫气体积一定的情况下，存在最优调相活塞行程2.5 mm和最优相角差15°，使得制冷机获得最高的制冷效率，此时，在20 K有最大制冷量1.3 W，二级压缩机输入电功202 W，整机rCOP达到0.055。另外，由于预冷温度和预冷量可调节，两级系统整机的最优制冷量和最优效率对应的扫气体积比和相位可以是相同的。研究提高了对调相器的理解，并对20K工作的两级脉管制冷机优化具有一定的指导作用。

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Numerical Investigation on the Effects of Design Parameters and Operating Conditions on the Electrochemical Performance of Proton Exchange Membrane Water Electrolysis

HASSAN Alamir H., WANG Xueye, LIAO Zhirong, XU Chao

热科学学报. 2023, 32(6): 1989-2007. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1767-1

摘要 (17) PDF全文 (9)

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质子交换膜电解池 (PEMEC) 具有纯度高、功耗低特点，是一种极具发展前景的制氢技术。本文基于计算流体力学和有限元方法，利用三维非等温模型计算 PEMEC 性能，并研究膜/催化剂 (MEM/CL) 界面处电流密度、物质浓度和温度分布规律。此外，还研究了不同操作条件和不同设计参数对极化曲线、电能需求和电池效率的影响机制。研究结果表明，电流密度、氢浓度、氧浓度和温度的最大值位于中心肋下方并沿着出口的方向增加，而水浓度的最高值则位于通道下方并沿着出口方向减小。研究发现气体扩散层 (GDL) 厚度的增加有利于 MEM/CL 界面非均匀分布的减小。还发现将工作温度从 323 K 提高到 363 K ，可以降低电池电压和能量消耗。氢离子扩散随着阴极压力的增加而降低，这将增加能量消耗并降低电池效率。此外，增加 GDL 和膜的厚度会增加能量消耗并降低电效率，然而增加 GDL 孔隙率会降低电能需求并提高电池效率，因此建议使用薄的膜和孔隙率大的GDL。

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Heat Storage Performance of PCM in a Novel Vertical Pointer-Shaped Finned Latent Heat Tank

MAO Qianjun, ZHU Yuanyuan, LI Tao

热科学学报. 2024, 33(2): 422-434. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1910-7

摘要 (16) PDF全文 (4)

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由于相变材料导热性差，潜热储热系统的储热性能不佳。本文采用一种结合矩形和三角形翅片的新型指针形翅片对储能罐内相变材料的熔化过程进行了数值模拟，并研究了翅片几何参数对储热性能的影响。结果表明，与裸管和矩形翅片罐相比，指针形翅片罐中相变材料的熔化时间分别缩短了64.2%和15.1%。三角形翅片的尖端离热壁越近，传热效率就越好。三角形翅片的最佳高度约为8 mm。将指针形翅片的数量从4个增加到6个和从6个增加到8个，可分别减少16.0%和16.7%的熔化时间。然而，将翅片数量从8个增加到10个只会缩短8.4%的熔化时间。当翅片无量纲长度从0.3增加到0.5，从0.5增加到0.7时，熔化时间分别缩短了17.5%和13.0%。但当翅片无量纲长度从0.7增加到0.9时，熔化时间仅缩短了2.9%。研究结果对储热系统的优化设计具有一定的参考价值。

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Modeling and Simulation of Lithium Vacuum Evaporation Process Using COMSOL Multiphysics

LIAN Xuexin, ZHONG Dawen

热科学学报. 2024, 33(1): 86-100. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1914-8

摘要 (16) PDF全文 (26)

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本研究基于COMSOL多物理场仿真软件，对液态金属锂在真空自由分子流状态下的蒸发过程进行了建模和数值模拟。通过系列研究，分析了锂原子在蒸发过程中的运动状况。根据现有的液态金属锂饱和蒸汽压实验值，得到了液态金属锂在600 K-900 K范围内饱和蒸汽压与温度的关系。建立了二维对称模型(3.5 mm×20 mm)，分别模拟了750 K、780 K、800 K、810 K、825 K和850 K壁温下液态锂的瞬态蒸发过程。研究了温度、蒸发系数、背压和长径比对蒸发过程的影响，分析了蒸发过程中分子通量和压力的变化趋势及原因。同时，模拟了变壁温条件下的蒸发过程。本研究使液态锂在真空分子流中的蒸发过程更加清晰，为空间反应堆和核聚变相关领域提供了理论支持。

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Supercritical CO₂ Cycles for Nuclear-Powered Marine Propulsion: Preliminary Conceptual Design and Off-Design Performance Assessment

LI Zhaozhi, SHI Mingzhu, SHAO Yingjuan, ZHONG Wenqi

热科学学报. 2024, 33(1): 328-347. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1896-6

摘要 (16) PDF全文 (16)

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采用高效、紧凑、灵活的超临界二氧化碳（sCO₂）布雷顿循环动力系统有助于提升核动力船舶性能。本文旨在设计并提出适用于核动力船舶的sCO₂循环系统，并对几种核动力sCO₂循环系统方案的热力学效率、设备成本、设备体积和系统部分负荷性能进行了评估。此外，本文还研究和比较了系统采用四种不同的负荷跟随策略时的热力学性能。结果表明，基于部分冷却循环的系统不仅具有较高的设计热效率和较小的设备体积、设备成本，还能在部分负荷工况下保持相对较高的热效率。采用同时调节透平和压缩机转速的负荷跟随策略可以使压缩机远离喘振区，并使循环系统在部分负荷时更加灵活高效。

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Experimental Study on Thermal Properties and Light-to-Thermal Conversion Performance of Ionic Liquids Based Nanofluids

LIU Changhui, SHI Xiancong, GAO Ding, CAO Yuqi, GU Yanlong, RAO Zhonghao

热科学学报. 2023, 32(6): 1956-1972. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1855-2

摘要 (15) PDF全文 (11)

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纳米流体作为一种高效率和高传热性能的新型能量传输介质，在热力学、太阳能集热、微电子换热、热能存储和材料制备等领域显示出广阔应用前景。离子液体的宽液程范围和环境友好等优点适合应用于传热介质，特别是作为纳米流体的基液。本文以1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐离子液体为基础溶剂，氧化石墨烯（GO）为纳米填充填料，采用“两步法”制备了离子液体基纳米流体。热物理性能研究表明，添加0.05wt.% GO可以使导热系数提升3.0%。此外，通过搭建光热转换测试平台对纳米流体光热转换效率进行研究，实验结果表明在6000s的辐照时间内，光热转换效率可达83%，纳米流体的最高温度可达105.89℃，相比纯离子液体，GO填充的纳米流体最大光热转换效率可提高29%。

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Analysis of the Oscillatory Flows of Multiple Shock Waves in a Constant Area Duct

K JAMES Jintu, KIM Heuy Dong

热科学学报. 2024, 33(3): 794-806. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1968-2

摘要 (15) PDF全文 (17)

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The 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 (ζ_ST) increases with an increase in the exit duct length for the self-excited oscillation condition. When the downstream perturbation frequency is increased, ζ_ST 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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传热传质

Measurement, Modelling and Analysis of Residence Time Distribution Characteristics in a Continuous Hydrothermal Reactor

LI Yi, ZHAI Binjiang, WANG Junying, WANG Weizuo, JIN Hui

热科学学报. 2024, 33(4): 1301-1311. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1960-x

摘要 (14) PDF全文 (28)

可视化

了解连续水热反应器的停留时间分布（RTD）对提高产品质量和反应效率具有重要意义。本工作将在线测量系统连接到一个连续水热反应器上，以研究RTD的特性，并提出了一种通过寻找特征值来拟合和描述实验测量的RTD曲线的方法。通过实验测量了三组实验工况的RTD曲线，并计算了特征值。结果表明，增加总流量和延长有效反应器长度对平均停留时间有相反的影响，但它们都会使反应器内流动更接近平推流，并降低提前流出反应器的物料比例。在本工作范围内，支路流量比例对RTD特性没有显著影响，只是与平均停留时间呈弱负相关。此外，自然对流的搅拌效应会增加平均停留时间，尤其是在强制流动较弱的情况下。分析表明，在设计水热反应器和工况时，有必要考虑自然对流、强制流动和反应器尺寸的匹配来控制RTD。

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工程热力学

Solid Desiccant Heat Pump Fresh Air Unit using Composite Silica Gel

YANG Tianyu, GUO Defang, GE Tianshu

热科学学报. 2024, 33(4): 1286-1300. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1964-6

摘要 (13) PDF全文 (24)

可视化

新风负荷在建筑热负荷中占有很高的比例。为了高效处理新风负荷，研究人员设计出了一种基于固体除湿的热泵新风机组。为了进一步提高该新风机组的性能，本文研究了复合硅胶在基于固体除湿的热泵新风机组中的应用。首先对固体除湿的核心部件干燥剂涂层进行了研究，实验表明，复合硅胶涂层（CSGC）的吸附速率和平衡吸水量均是硅胶涂层（SGC）的2倍以上。此后，建立了固体除湿热泵新风实验台，分别对基于SGC和CSGC的热泵新风机性能进行了测试。结果表明，在夏季工况下，与基于硅胶涂层的固体除湿热泵新风机组（SGFU）相比，基于复合硅胶的固体除湿热泵新风机组（CSGFU）的平均除湿量和COP分别提高了15%和30%。在冬季工况下，与SGFU相比，CSGFU的平加湿量和COP分别增加了42%和17%。在切换周期为3分钟，压缩机频率为40rps的最佳运行参数下，CSGFU在夏季工况下的COP可达7.6。在不同夏季工况下的实验结果表明，在较高的室外含湿量和温度下，CSGFU和SGFU具有较高的COP和除湿率。

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Comparison of Direct Pore-Scale and Volume-Averaging Methods for the Performance Evaluation of Porous Volumetric Solar Receiver

DU Shen, HE Yaling, LI Dong, LIU Zhanbin, LI Mengjie

热科学学报. 2024, 33(5): 1607-1617. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2019-8

摘要 (13) PDF全文 (25)

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直接孔隙尺度和体积平均数值模拟是研究多孔介质太阳能吸热器性能的两种有效方式。为了阐明不同数值方法在预测传热过程中的差异，本文在稳态和瞬态条件下开展了两种方法的对比研究。数值模型分别基于X射线计算机断层扫描和局部热非平衡模型建立，体积平均数值模拟中不可或缺的经验参数通过蒙特卡罗光线追踪法和直接孔隙尺度数值模拟确定。体积平均数值模拟方法预测的吸热器出口空气温度与直接孔隙尺度模拟结果吻合良好，随着吸热器工作温度升高，预测差异逐渐增大，稳态和瞬态数值模拟的最大相对误差分别为5.5%和3.68%。然而，体积平均方法无法捕捉空气和多孔骨架的局部温度信息，低估了吸热器的入口温度，导致对吸热器热效率的高估，最大相对误差为6.51%。比较结果表明，在准确地选取经验参数的基础上，体积平均方法能够实现吸热器瞬态和稳态性能的快速、准确预测。

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Desiccant Performance Evaluation of Desiccant-Coated Heat Exchanger-Based Heat Pump by Equilibrium Model

LIU Yuexin, LIU Zhilu, XIA Xiaoxiao, LI Wei, TU Zhengkai, CAI Shanshan, LI Song

热科学学报. 2023, 32(6): 2361-2373. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1881-0

摘要 (13) PDF全文 (7)

可视化

结合干燥剂除湿和蒸气压缩制冷的优势，除湿换热器热泵（DCHE HP）被认为是传统蒸气压缩空调系统（VCAC）的有效替代方案之一。从众多备选中选择合适的干燥剂对于提高DCHE HP的性能至关重要。利用当前的实验或建模策略进行干燥剂筛选极具挑战。本研究开发了一个平衡态模型来评估39个使用不同干燥剂的DCHE HP在各种工况下的功耗。最终，选出了五种系统功耗较低的干燥剂。结果表明，在给定的工作条件下，基于这五种干燥剂的DCHE HP可比VCAC节省21.3%-32.9%的功耗。综合分析表明，DCHE HP的功耗在很大程度上取决于干燥剂的吸附热、循环吸附量和剩余含水量。进一步的，适中的吸附热、较大的循环吸附量和较低的剩余含水量有助于降低系统的能耗。本研究通过一个平衡态模型对39种可用于DCHE HP的干燥剂进行了快速评估，并为选择和设计适用于DCHE HP的干燥剂提供了见解。

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Experimental Investigation on Liner Cooling Characteristics of a Mixed-Flow Trapped Vortex Combustor

ZHANG Jingyu, WANG Min, WANG Long, WANG Jiaxi, JIANG Ping, HE Xiaomin

热科学学报. 2023, 32(6): 2222-2234. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1840-9

摘要 (13) PDF全文 (13)

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斜流驻涡燃烧室是将驻涡稳焰燃烧技术应用在斜流燃烧室的一种新型燃烧室构型。与常规斜流燃烧室相比，具有火焰筒内部涡系流场结构复杂，冷却面积大，火焰筒壁面局部高温热斑显著、壁面温度梯度大等特性。本文针对采用多斜孔冷却的斜流燃烧室，开展了全环试验件的壁温分布试验研究。获得了不同进口马赫数、进口温度以及油气比对火焰筒壁温分布的影响规律，为掌握壁温分布特性和冷却方案优化提供了有效参考。火焰筒壁面的高温区主要分布在凹腔前壁；进口温度较低且油气比较小时，过喷嘴截面的火焰筒壁温会高于喷嘴间截面，反之喷嘴间截面温度逐渐高于过喷嘴截面；火焰筒的平均壁温随着油气比和进口温度的增大而增大，而对进口马赫数的变化不敏感。此外，本文为流向上不连续的火焰筒壁面的冷却方案设计和改进提供了有效参考。对于不连续的火焰筒壁面，很难形成连续的气膜，仅采用多斜孔冷却结构无法满足冷却要求，需要考虑其他有效的冷却结构，或者多个冷却结构的组合。

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Numerical Analysis of Heat Transfer Characteristics to Supercritical CO₂in a Vertical Mini-Channel: Transition and Pseudo-Boiling

YUAN Baoqiang, WANG Wei, XIN Gongming, DU Wenjing

热科学学报. 2024, 33(1): 101-113. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1897-5

摘要 (13) PDF全文 (18)

可视化

采用大涡模拟探究了竖直通道内超临界二氧化碳的流动和传热特性。对OpenFOAM 7中buoyantPimpleFOAM求解器进行了改进，验证了数值模型的准确性。模拟结果表明，增大格拉晓夫数降低了管内流体的流动稳定性，使流动转捩提前。混合对流转捩的传热过程依次经历四个阶段，即传热抑制、传热强化、传热恢复和正常传热。从热边界层、湍流输运和伪沸腾理论三个角度对转捩过程中的传热现象进行了分析。转捩阶段的传热强化与超临界分子团簇的输运有关，这些分子团簇在拟沸腾理论中被视为伪泡。伪相的流型包括单相流、稳定的伪膜流、非定常伪膜流、局部伪泡流和絮状伪膜流。伪泡具有与亚临界气泡相似的破碎、变形、凝结、聚并等行为。本研究的相关工作有助于解释超临界流体在转捩过程中的传热机理。

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Flow Loss Mechanism in a Supercritical Carbon Dioxide Centrifugal Compressor at Low Flow Rate Conditions

YANG Zimu, JIANG Hongsheng, ZHUGE Weilin, CAI Ruikai, YANG Mingyang, CHEN Haoxiang, QIAN Yuping, ZHANG Yangjun

热科学学报. 2024, 33(1): 114-125. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1857-0

摘要 (13) PDF全文 (1)

可视化

超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环具有高效、紧凑等优点，在能源动力领域具有广阔的发展前景。离心压缩机是S-CO₂布雷顿循环的核心部件之一。为提高循环效率，一般将离心压缩机进口条件设计为二氧化碳临界点附近。当离心压缩机进口温度接近临界点时，工质密度急剧增加，导致体积流量大幅下降、效率降低。本文研究了小流量工况下S-CO₂压缩机的流动损失机理。对不同入口温度和不同质量流量条件下的S-CO₂压缩机进行了计算流体力学(CFD)仿真分析。S-CO₂压缩机在小体积流量工况的流动损失机理与空气压缩机不同，流动损失主要发生在靠近叶片尾缘吸力面附近，与主叶片吸力面侧产生的逆时针旋涡有关。该旋涡由叶轮通道下游区域的流动分离引起。流动分离的形成机制为：S-CO₂压缩机工质密度大，科里奥利力对工质流动的影响比粘性力和惯性力大得多；小流量工况下，在科里奥利力的作用下，叶轮流道中的相对流速偏向圆周方向，导致径向分量较低，在主叶片尾缘附近吸力面逆压梯度的作用下发生严重流动分离。

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Numerical Investigation of Zigzag Bending-Angle Channel Effects on Thermal Hydraulic Performance of Printed Circuit Heat Exchanger

Nyein Nyein AYE, Withun HEMSUWAN, Pichitra UANGPAIROJ, Chalothorn THUMTHAE

热科学学报. 2024, 33(1): 56-69. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1911-y

摘要 (12) PDF全文 (6)

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This study investigated the effects of zigzag-flow channel bending angle in printed circuit heat exchangers (PCHEs) using a computational fluid dynamics method with ANSYS-FLUENT simulation. The three-dimensional model of PCHE with a 15° curved, zigzag channel was conducted for preliminary validation. The comparisons between the CFD simulation results and the experimental data showed good agreement with some discrepancies in the heat transfer and pressure drop results. In addition, different bending angle configurations (0°, 3° to 30°) of zigzag channels were analyzed to obtain better thermal-hydraulic performance of the zigzag channel PCHE under different inlet mass flow rates. The criteria of heat transfer and frictional factor were applied to evaluate the thermal-hydraulic performance of the PCHE. The results showed that the 6° and 9° bending channel provided good thermal-hydraulic performance. New correlations were developed using the 6° and 9° bending channel angles in PCHE designs to predict the Nusselt number and friction factor.

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Effect of CO₂ Opposing Multiple Jets on Thermoacoustic Instability and NO_x Emissions in a Lean-Premixed Model Combustor

ZHOU Hao, HU Liubin

热科学学报. 2024, 33(1): 207-221. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1882-z

摘要 (12) PDF全文 (9)

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本文通过实验研究了贫预混模型燃烧器中CO₂对冲多孔射流对热声不稳定性和NO_x排放的影响。从CO₂射流流量、孔数和喷嘴孔径三个变量方面验证了其可行性。结果表明，随着开孔率的增加，热声不稳定性和NOx排放的控制效果总体上呈相反趋势，CO₂对冲多孔射流的最佳射流流量范围为1-4 L/min。在该流量范围内，动态压力和热释放信号CH^*的幅值和频率基本上随着CO₂流量的增加而减小，这避免了高频和高振幅的热声不稳定性。在最佳开孔率为3.72%下，动态压力和CH^*的幅值抑制比分别高达98.75%和93.64%。NO_x排放也随着射流流量的增加而减少，最大抑制率可达68.14%。此外，在CO2对冲多孔射流作用下，火焰形状从陡峭的倒“V”形变为更平坦的“M”形，火焰长度将变得更短。该研究实现了热声不稳定性和NO_x排放的同步控制，可为构建更安全、更清洁的燃烧器提供设计参考。

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Improvement of Film Cooling Design for Turbine Vane Leading Edge Considering Combustor Outflow

WANG Xinyu, LIU Cunliang, FU Zhongyi, LI Yang, ZHU Huiren

热科学学报. 2024, 33(1): 311-327. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1878-8

摘要 (12) PDF全文 (3)

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随着航空发动机中燃烧室与涡轮相互作用不断增强，考虑燃烧室出口旋流的气膜冷却设计已成为研究热点。旋流和高温燃气首先影响叶片前缘。然而，目前还没有针对考虑燃烧室出口旋流的情况下提出前缘冷却的改进方法。本文围绕着采用前倾扇形孔和减小冷气出流角这两种方式开展了喷淋冷却改进方案的研究。采用压敏涂料(PSP)实验和数值模拟的方法分别获得了气膜冷却效率和冷气流动状态。结果表明：旋流通过在叶片上施加径向压力梯度使气膜在部分位置过度聚集，这增加了气膜分布的不均匀性。喷淋冷却采用前倾扇形孔会降低冷气出流时的动量。虽然这种改进方案改善了气膜的贴敷使面平均气膜冷却效率提高了15.4%，但是会增大气膜分布的不均匀性。减小冷气出流角后，冷气的壁面切向速度增大，壁面法向速度减小。在旋流进气条件下，气膜冷却效率和气膜分布的均匀性都显著提高，面平均气膜冷却效率的提升可达16.5%。本文研究了两种提升旋流进气条件下喷淋冷却的改进方案，希望为叶片的冷却设计提供参考。

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Role of Air Staging in a Batch-Type Fixed Bed Biomass Combustor under Constant Primary Air

Awais JUNEJO, Yasir M. AL-ABDELI, Jacobo PORTEIRO

热科学学报. 2024, 33(1): 284-299. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1869-9

摘要 (12) PDF全文 (11)

可视化

Staged combustion of biomass is the most suitable thermo-chemical conversion for achieving lower gaseous emissions and higher fuel conversion rates. In a staged fixed bed combustion of biomass, combustion air is supplied in two stages. In the first stage, primary air is provided below the fuel, whereas in the later stage, secondary air is supplied in the freeboard region. The available literature on the effects of air staging (secondary air location) at a constant primary air flow rate on combustion characteristics in a batch-type fixed bed combustor is limited and hence warrants further investigations. This study resolves the effect of air staging, by varying the location of secondary air in the freeboard at five secondary to total air ratios in a batch-type fixed bed combustor. Results are reported for the effects of these controlled parameters on fuel conversion rate, overall gaseous emissions (CO₂, CO and NO_x) and temperature distributions. The fuel used throughout was densified hardwood pellets.
Results show that a primary freeboard length (distance between fuel bed top and secondary air injection) of 200 mm has higher fuel conversion rates and temperatures as well as lower CO emissions, at a secondary to total air ratio of 0.75 as compared to primary freeboard length of 300 mm. However, NO_x emissions were found to be lower for a primary freeboard length of 300 mm as compared to 200 mm. An increase in secondary to total air ratio from 0.33 to 0.75 resulted in higher freeboard temperatures and lower CO as well as NO_x emissions. The outcomes of this study will be helpful in the effective design of commercial scale biomass combustors for more efficient and environmentally friendly combustion.

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Synthesis and Thermal Characterization of Solar Salt-Based Phase Change Composites with Graphene Nanoplatelets

Pethurajan VIGNESHWARAN, Saboor SHAIK, Sivan SURESH, Müslüm ARICI, Asif AFZAL

热科学学报. 2024, 33(2): 491-500. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1895-7

摘要 (12) PDF全文 (18)

可视化

Thermal energy storage (TES) systems use solar energy despite its irregular availability and day-night temperature difference. Current work reports the thermal characterizations of solar salt-based phase change composites in the presence of graphene nanoplatelets (GNP). Solar salt (60:40 of NaNO₃:KNO₃) possessing phase transition temperature and melting enthalpy of 221.01°C and 134.58 kJ/kg is proposed as a phase change material (PCM) for high-temperature solar-based energy storage applications. Thermal conductivity must be improved to make them suitable for widespread applications and to close the gap between the system needs where they are employed. GNP is added at weight concentrations of 0.1%, 0.3%, and 0.5% with solar salt using the ball milling method to boost its thermal conductivity. Morphological studies indicated the formation of a uniform surface of GNP on solar salt. FTIR spectrum peaks identified the physical interaction between salt and GNP. Thermal characterization of the composites, such as thermal conductivity, DSC and TGA was carried out for the samples earlier and later 300 thermal cycles. 0.5% of GNP has improved the thermal conductivity of salt by 129.67% and after thermal cycling, the enhancement reduced to 125.21% indicating that thermal cycling has a minor impact on thermal conductivity. Phase change temperature decreased by around 2.32% in the presence of 0.5% GNP and the latent heat reduced by 4.34% after thermal cycling. TGA thermograms depicted the composites initiated the weight loss at around 550°C after which it was rapid. After thermal cycling, the weight loss initiated at ~40°C lower compared to pure salt, which was found to be a minor change. Thermal characterization of solar salt and GNP-based solar salt composites revealed that the composites can be used for enhanced heat transfer in high-temperature solar-based heat transfer and energy storage applications.

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A Method for Determining the Operable Ideal Condensation Temperature of Dry and Isentropic Fluids Used in Organic Rankine Cycle (ORC) Based on Temperature-Entropy (T-s) Diagram

ZHANG Xinxin, LI Yang

热科学学报. 2023, 32(6): 2144-2154. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1905-9

摘要 (12) PDF全文 (25)

可视化

冷凝温度是决定有机朗肯循环性能的关键参数之一。在设定有机朗肯循环的冷凝温度时，有必要考虑工质本身的差异。在本研究中，使用温熵图来描述工质的差异。定义了温熵（T-s）图中干工质和等熵工质的三个区域，即表示循环净输出功的区域（A1）、表示卡诺循环净功的区域（A）和表示冷凝特性的过热区曲边三角形（A2）。在此基础上，计算A2与A1的比率和A1与A的比率。获得了上述两个比率的对数平均差，以确定有机朗肯循环中使用的66种干/等熵工质的可操作理想冷凝温度。研究结果表明，大多数干工质和等熵工质的可操作理想冷凝温度在305K至310K之间。本文工作将有助于有机朗肯循环系统的设计。

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Optimization of Fuel In-Situ Reduction (FISR) Denitrification Technology for Cement Kiln using CFD Method

SHI Chaoting, CAI Jun, REN Qiangqiang, WU Huixing

热科学学报. 2023, 32(6): 2256-2272. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1720-3

摘要 (12) PDF全文 (6)

可视化

水泥工业产生的氮氧化物（NOx）越来越受到重视，现有的脱硝技术难以满足中国日益严格的排放要求。在笔者团队之前发表的工作中，提出了燃料原位还原（FISR）方法来减少水泥NOx排放。本文以早前实验中的中试规模预分解炉为对象，应用CFD方法对FISR方法进行了优化。结果表明，采用FISR方法后，NO_x排放降低了69.86%。另外，本文还进一步研究了窑气中NO和O₂初始浓度、第一级三次风（三次风-I）和水泥生料（CRM）进料位置的影响。随着初始NO浓度的增加，NO_x排放浓度线性增加，而窑气中NO的还原率保持在80%以上。当窑气中O2含量大于4%时，氧气的存在将显著促进NOx的形成并抑制NO的还原。本文引入了三次风-I和CRM无量纲进料位置，模拟结果表明，最佳的三次风-I和CRM无量纲进料位置分别为0.6和1.6。本文的研究成果将为FISR方法在水泥工业中的实际应用提供有力的支持。

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Preparation and Thermal Properties of a Novel Modified Ammonium Alum/Expanded Graphite Composite Phase Change Material

YIN Shaowu, HAN Jiawei, ZHANG Chao, KANG Peng, TONG Lige, WANG Li

热科学学报. 2023, 32(6): 2093-2103. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1825-8

摘要 (12) PDF全文 (12)

可视化

利用相变材料进行热能储存是提高能源利用率的有效途径。十二水硫酸铝铵(Ammonium alum，A-alum)由于具有过冷度大、热导率低的缺点，使它在潜热储能系统中的应用受到严重限制。为克服A-alum的缺点，本文制备了含有不同成核剂的改性A-alum（Modified A-alum，M-PCM），并将其进一步吸附在膨胀石墨(Expanded Graphite，EG)中获得复合相变材料（Composite phase change material，CPCM）。采用差式扫描量热分析（Differential scanning calorimetry，DSC）、热常数分析、扫描电镜（Scanning electron microscopy，SEM）、X射线衍射分析（X-ray diffraction，XRD）和傅里叶红外光谱分析（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）等手段对CPCM的热物性、热循环稳定性、微观结构和化学兼容性进行了测试表征。建立并解释了CPCM的冷回温现象。结果表明，CPCM的相变潜热和相变点分别为187.22J/g和91.54℃。与纯A-alum相比，CPCM的过冷度下降了9.61℃，热导率增加了27倍。蓄放热实验结果表明，2wt%的二水氯化钙（Calcium chloride dihydrate，CCD）是A-alum的最佳成核剂。热重分析和30次热循环实验结果表明，CPCM在工作温度下表现出良好的热稳定性和可靠性。本文所制备的改性A-alum/EG复合相变材料在潜热储能系统中具有良好的应用前景。

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Barocaloric Material with High Thermal Conductivity for Room-Temperature Refrigeration#br#

ZHU Liutao, DAI Zhaofeng, GAO Yuanzhi, WU Dongxu, WANG Changling, ZHAO Dongliang, SHE Xiaohui, DING Yulong, ZHANG Xiaosong

热科学学报. 2023, 32(6): 2115-2125. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1867-y

摘要 (12) PDF全文 (16)

可视化

作为一种热效应制冷技术，压卡制冷技术正日益受到关注。据相关文献报道，新戊二醇（NPG）具有巨大的压卡效应，是一种极具潜力的压卡材料。然而，固-固相变温度高和导热率低限制了NPG在压卡制冷中的应用。本研究降低了NPG的固-固相变温度，并在此基础上提高了基于NPG压卡材料的导热率。首先制备了三羟甲基丙烷（TMP）质量分数为20%的NPG/TMP二元体系，该二元体系的固-固相变温度为283.15K。随后在该二元体系中加入石墨烯以提高热导率，最终确定了石墨烯最佳添加质量分数为5%。该复合材料的导热率达到了0.4 W/(m·K)，相比于二元体系提高了110%。为了预测导热率提升对压卡制冷循环中“取冷”过程的影响，本文建立了相关数值模型并进行模拟计算。结果表明，石墨烯质量分数为5%的复合材料作为压卡材料时压卡热制冷循环的“取冷”时间比二元体系作为压卡材料时缩短了50%。

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气动

Multi-Fidelity Simulation of Gas Turbine Overall Performance by Directly Coupling High-Fidelity Models of Multiple Rotating Components

DENG Weimin, XU Yibing, NI Ming, WEI Zuojun, GAN Xiaohua, REN Guangming

热科学学报. 2024, 33(4): 1357-1378. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1975-3

摘要 (12) PDF全文 (7)

可视化

跨维度数值缩放方法将计算流体动力学（CFD）模型耦合到燃气轮机的热力学模型中，可以实现整机环境下关键部件的高保真度数值模拟。其中，跨维度迭代耦合方法主要依赖于特性图，而全耦合方法直接使用高维度的CFD模型，不依赖特性图。然而，在嵌入旋转部件时，全耦合方法难以实现而且收敛性差。针对上述问题，本研究提出了一种基于对数变换的全耦合方法，实现了将多个旋转部件直接嵌入到燃气轮机的热力学模型中。随后，通过地面实验数据对全耦合方法进行了验证。结果表明，基于对数变换的全耦合方法在非设计状态中仍然具有稳定的收敛性和更高的数值精度。此外，对全耦合方法与迭代耦合方法在进行了对比。结果表明，全耦合方法与迭代耦合方法在CFD模型的耦合方式和热力学模跨维度数值缩放方法将计算流体动力学（CFD）模型耦合到燃气轮机的热力学模型中，可以实现整机环境下关键部件的高保真度数值模拟。其中，跨维度迭代耦合方法主要依赖于特征图，而全耦合方法直接使用高维度的CFD模型，不依赖特性图。然而，在嵌入旋转部件时，全耦合方法难以实现而且收敛性差。针对上述问题，本研究提出了一种基于对数变换的全耦合方法，实现了将多个旋转部件直接嵌入到燃气轮机的热力学模型中。随后，通过地面实验数据对全耦合方法进行了验证。结果表明，基于对数变换的全耦合方法在非设计状态中仍然具有稳定的收敛性和更高的数值精度。此外，对全耦合方法与迭代耦合方法在进行了对比。结果表明，全耦合方法与迭代耦合方法在CFD模型的耦合方式和热力学模型的收敛原理上存在差异。

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其他

Performance of the Multilayer Film for Infrared Stealth based on VO₂ Thermochromism

LI Yaru, WANG Fuqiang, ZHANG Aoyu, FU Zhichang, SU Ronghua, GAO Tengfei, WANG Zhen, GUO Jicheng

热科学学报. 2024, 33(4): 1312-1324. https://doi.org/10.1007/s11630-024-1998-9

摘要 (12) PDF全文 (13)

可视化

随着探测识别技术的发展，红外隐身对于军事目标实现反侦察探测具有重要价值。目前红外隐身材料普遍存在结构复杂、辐射调控不便、制备步骤繁琐等不足，极大限制了红外隐身材料的应用。针对红外隐身材料上述不足，受自然界金枪鱼温度响应机制启发，本文提出了一种利用VO₂热致变色特性来调节目标表面发射率的多层红外隐身薄膜，通过智能化的可逆辐射调节机制来满足不同实际场景下坦克的红外隐身需求。研究结果显示，当温度从300 K升高到373 K时，薄膜在8-14 μm波段的峰值发射率从94%降低到20%，可以实现8-14 μm波段高温目标的红外隐身功能。经进一步结构优化，多层红外隐身膜在3-5 μm和8-14 μm波段的平均发射率在373K时分别降低至34%和27%，并在5-8 μm波段的峰值发射率可达65%，实现了目标在3-5 μm和8-14 μm双波段红外隐身和5-8μm波段的散热功能。基于VO₂热致变色的多层红外隐身膜具有结构简单、辐射调控便捷、制备简单等特点。

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Comparative Experimental Study on Heat Transfer Characteristics of Building Exterior Surface at High and Low Altitudes

JIA Yonghong, GUO Shurui, LI Jin, GUO Lei, CHENG Zhu, ZHANG Yin, YANG Hanyu, LONG Enshen

热科学学报. 2024, 33(3): 1119-1131. https://doi.org/10.1007/s11630-023-1858-z

摘要 (12) PDF全文 (4)

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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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