Content of Engineering thermodynamics in our journal

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  • Journal of Thermal Science. 0, (): 689-700.
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 701-711.
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 379-389.
    吸附式制冷系统采用低品位热能驱动和天然制冷剂,具备节能环保的优势。然而,它存在效率低和成本高的缺点。吸附式制冷系统内部热量回收是提升其制冷效率(COP)的关键。基于夹点法的分析方法有助于实现系统最优的回热方式。本文建立了吸附式制冷系统的温度-热量图和问题表并进行了夹点分析。结果表明:1)夹点位于吸附床之间,即主要回热集中于吸附床之间;2)系统的动态特性(时间因素)是回热的最大制约;3)夹点温差对系统COP的影响不显著。当驱动热源温度为90℃时,硅胶-水吸附式制冷系统经过优化回热后的COP为0.73,接近于溴化锂-水吸收式制冷系统的COP。本文采用的夹点法可适用于不同类型的吸附式制冷系统(两床型、四床型、回质型等)。
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 390-406.
    本文旨在寻找一种更通用的制冷性能分析方法,并设计一种高效的模块化水冷板制冷结构。提出了一种新的分析方法,即电流和制冷率密度分析方法,得到了通用的制冷性能计算公式。建立了考虑汤姆逊效应的热电装置有限时间热力学模型,设计了高效的水冷式热电空调的基本结构,给出了具体的计算方法。分析了输入电流密度、填充系数和传热条件对热电空调制冷性能的影响,并与风冷式热电空调制冷性能进行了比较。结果表明,在制冷温差ΔT=5K的情况时,水冷式热电空调的最大制冷率密度为8.65kW/m2,最大制冷系数为2.27。与ΔT=5K相比,在ΔT=15K时,水冷式热电空调的最大制冷率密度和最大制冷系数分别降低了27.98%和76.65%。当填充系数θ=0.43时,制冷率密度和制冷系数分别为2.57kW/m2和1.24。搭建了热电空调实验装置,对模型进行了验证,结果表明,采用高效的水冷方式时,输入电流和制冷系数的最大值分别为4A和0.95。实验数据与理论计算结果吻合较好,证明了分析方法和冷却方式的有效性。
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 436-447.
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 448-462.
    将有机朗肯循环引入传统喷射制冷(CER)系统,建立了以异丁烷为制冷剂的低品位热源驱动的冷/电联产喷射制冷(CPC-ER)系统。与循环泵消耗外部功率的CER系统相比,CPC-ER系统优势明显,在实现制冷的同时可以向外输出净功。基于热力学数学模型,对这两种系统进行了能量和㶲比较分析。结果表明,CPC-ER系统的当量COP比CER系统高41.14-71.30%,且㶲效率是CER系统的1.32-1.49倍。发生器温度高达80°C时,CPC-ER系统的膨胀功和总㶲输出都达到最大值。因此,CPC-ER系统的能源利用效率高于CER系统,并且适用于具有低品位热源的冷-电并需场所。
  • Journal of Thermal Science. 0, (): 463-484.
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(6): 2015-2026.
    本文提出了一种适用于-80℃低温制冷的喷射器增效两级自复叠制冷循环,并选用三元非共沸混合物R600a/R32/R1150为工质进行了热力学分析。该新型循环利用喷射器回收节流过程的膨胀功用以提高压缩机吸气压力。通过热力学方法对比分析了新型循环与传统两级自复叠制冷循环的性能,研究了重要的运行参数包括工质配比,第二级气液分离器进口干度,冷凝温度、蒸发温度以及节流膨胀比对系统性能的影响规律。结果表明三元工质R600a/R32/R1150存在最佳配比(0.45/0.2/0.35)获得最大COP。新型循环在系统COP,㶲效率和容积制冷量方面均优于传统循环,且COP和用效率分别提高了4.9-36.5%和6.9-34.3%。该研究表明新型的喷射器增效两级自复叠制冷循环在低温制冷领域具有良好的应用潜力。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(6): 2027-2036.
    有机朗肯循环是一种很有前景的中低品位能源热功转化技术。为了提高有机朗肯循环系统的能量转化效率,常在系统中加装回热器。加装回热器需要额外的管道和设备,必将产生额外的压力损失和功率损失。同时考虑回热器的贡献和附加压力损失引起的功率损失,利用数学和热力学方程,导出了评价安装回热器效果的理论判据。该判据的核心是回热临界压力损失。如果该值为负,表明安装回热器不能提升有机朗肯循环的热效率。如果要使回热器有效工作,必须保证回热临界压力损失为正,同时要求引入回热器产生的附加压降值小于回热临界压力损失。本文同时研究了有机朗肯循环的蒸发温度、冷凝温度、膨胀机效率、回热完善度和工质类型对回热临界压力损失的影响。研究发现,较低的蒸发温度或使用具有较高临界温度的工质可降低回热临界压力损失。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(6): 2056-2070.
    Reducing pollutant emissions, particularly soot particles emitted by internal combustion engines, is a major challenge for car manufacturers. In this paper, the experimental setup is a turbocharged three-cylinders gasoline direct injection engine installed on a HORIBA dynamic test driven by a HORIBA STARS computer. The particle-measuring device is a Pegasor Particles Sensor that measures the current carried by previously electrically charged particles. The hot engine stabilized tests, with lambda parameter lower or equal to one, have very low emission levels, unlike dynamic tests. As a consequence, the present paper deals with experiments in transient conditions. Unlike diesel engine, cycle tests show that particulate emissions vary widely. To understand the phenomenon, a simple transient was created and reproduced a hundred times in order to obtain enough data to analyze and compare these different tests. This transient starts from idle to reach the speed of 2000 r/min and 60 N.m in 5 s. To reach this point, it is necessary to stay in full load for about 3 s.
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(5): 1705-1717.
    本文通过实验与数值研究微型自由摆式发动机(MICSE)的运转特性,并基于热力学第一定律分析了MICSE的能流路径,通过实验验证零维数值模型的准确性。研究结果表明,MICSE的指示热效率随当量比或点火提前角的增大先增大后减小,因此,存在最佳的点火提前角和当量比使得MICSE的运转性能最优,当量比为0.8,,点火提前角为−0.553时,发动机指示热效率达到最大值为12.5%。只有当量比大于0.6时,MICE才能正常工作。与传统曲柄发动机不同,MICSE的净热释放率的峰值滞后于压力峰值。实验和仿真结果都表明,MICSE的泄漏严重,是MICSE的主要能量损失。各部分能量占比顺序为:泄漏损失>排气损失>散热损失>指示功。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(5): 1751-1767.
    准确预测超临界CO2 (scCO2)传热对换热器的设计和scCO2动力循环的安全运行具有重要意义。不同于目前常用的经验关联式预测方法,本文提出了一种基于两个隐含层的人工神经网络模型(ANN)预测scCO2传热。为了更好的评估被广泛引用的超临界传热关联式和新开发的ANN传热预测模型,本文在垂直管中开展了压力高达20.8 MPa的scCO2传热实验,扩展实验数据库,包含2674组传热数据点。与已有超临界传热关联式相比,ANN模型具有以下优点:(1)ANN模型具有更好的预测精度,预测壁温与实测壁温的平均相对误差、平均绝对相对误差和均方根相对误差分别为eA=0.38%、eR=4.88%和eS=7.29%。(2)ANN模型具有较快的计算速度。(3) ANN模型不仅精确、快速地预测scCO2正常传热,同样适用于传热恶化模式下的scCO2传热性能预测。本文提供了训练后的神经网络程序,该程序是一个有用的工具,可直接应用于超临界传热设计。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(5): 1768-1779.
    在CO2跨临界动力循环中,由于CO2临界温度低至30.98℃,常规冷却水难以冷凝亚临界CO2。为避免该冷凝问题,提出基于CO2的跨临界动力循环混合工质。向主要组元CO2中混入少量次要组元C3H8,可提升临界温度。然而,混合工质的可燃性可能限制其应用。本文采用热流法研究了混合工质C3H8/CO2的层流火焰速度这一燃烧特性,并基于Chemkin-Pro中的预混层流火焰速度计算反应器进一步获得了CO2对燃烧的抑制机理。实验结果表明,层流火焰速度随当量比的改变而出现峰值,并随有机气体摩尔分数的增加而增大。此外,各个峰值对应的当量比也有略微的上升趋势。随着C3H8摩尔分数的增加,可燃当量比的范围扩大。当C3H8的摩尔分数为0.15时,最大层流火焰速度为12.8 cm·s-1,是纯C3H8最大层流火焰速度的31.7%;可燃当量比的范围为0.41 ~ 1.33,比C3H8的可燃当量比范围降低了23.3%。在标况下,混合工质C3H8/CO2的可燃临界混合比为0.08/0.92。通过理论模拟,确定了CO2抑制燃烧最关键的自由基与基元反应分别是OH与H+O2=O+OH。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 782-806. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1381-4
    中文摘要:回热式制冷是一种重要的逆向功热转换循环,其理论性能系数(COP)与卡诺效率相同。实际的回热式制冷机可工作到4 K低温,很大程度上满足了现代技术在许多领域特别是空间应用方面的制冷要求。然而,实际气体效应所带来的与压力相关的焓流,简称为压力焓流,在低于临界点的温度下,使制冷机的理论COP降至卡诺效率的30%以下。本文回顾了从20世纪70年代至今实际气体效应研究的漫长历史,总结了揭示损失机理、减少损失方法两方面的重要研究,阐述了与实验结果和数值模拟结果相一致的理论。本文进一步对包括脉管和排出器间隙的两种膨胀元件进行了分析。而为了探索长期存在的实际气体效应相关谜题,本文给出了一些推论。本文强调了回热器中实际气体损失的根本原因是气体物性的一种间接影响。在展望中本文提议进一步对该理论进行直接实验验证。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 950-961. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1267-5
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 1034-1045. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1385-8
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 1057-1067. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1437-0
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(3): 1068-1076. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1432-5
    中文摘要:微气泡被广泛应用于工业、医疗、农业等各个领域。近年来,为提高微气泡的生产量,降低成本,很多研究致力于微气泡生成技术。然而,微气泡的产生是一个非常复杂的过程。在此过程中,各种复杂的流体动力相互作用于气液两相流。在众多对于微气泡发生器的研究中,文丘里管发生器技术备受关注。这种发生器具有设计简单,制作成本低等特点,并利用文丘里管内的气泡微细化现象产生微气泡。然而,影响文丘里管发生器生成气泡的产量和气泡大小的条件,如喷嘴几何形状和注气等因素并未得到完全的验证。为调查影响文丘里管微气泡生成效率的各种条件,我们对不同几何尺寸及操作条件下的文丘里管发生器进行试验,并评价不同条件下的气泡生成效率。实验结果表明文丘里管的收缩角度和注气对气泡尺寸和产量具有很大的影响。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 394-417. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1419-2
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 418-431. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1266-1
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 477-492. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1398-3
    中文摘要:针对方形锂离子电池的比热容测量成本高和导热系数测量困难问题,运用傅里叶热分析理论设计开发了用于测量电池热物性参数的两个样品-加热膜-样品三明治结构的测量装置。类似于电路建模方法,建立了自制测量装置的热损失热路模型,一个稳态热路模型用于估计样品导热系数,另一个动态热路模型用于估计样品比热容。应用解析法和递推最小二乘法,提取两个热路模型参数,估计装置热损失,校正样品测量值。对比于玻璃和钢板样品参考样品的导热系数,所提出的稳态热路法使装置测量精度提高了95%以上。对比于绝热量热仪测量的50%SOC电池比热容值,所提出的动态热路法是测量装置测量精度提高了90%左右。实验结果表明,所提出的测量装置及其热路建模方法能够可靠、方便和低成本地测量方形锂离子电池的热物性参数。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 551-561. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1416-5
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 585-597. https://doi.org/10.1007/s11630-021-1221-1
    中文摘要:本文提出了一种用于发动机余热回收的自由活塞膨胀机-直线发电机(FPE-LG),并提出了基于位移(控制策略A)和配气正时(控制策略B)的两种控制策略,进而研究了不同控制策略下的运行特性和输出特性。研究结果表明,不同的控制策略对FPE-LG性能有着重要的影响。当FPE-LG在控制策略A下运行时,运行频率是由进气压力,提前排气时间,固定位置点和外部负载电阻,而在控制策略B下时,运行频率只与进排气时间和提前排气时间有关。对于两种控制策略,外接负载电阻对行程长度均有轻微的影响。对于控制策略A,当提前排气时间大于40ms时,行程长度随进气压力增大而增大,而提前排气时间小于40ms时,行程长度先增大后减小。对于控制策略A,存在最优的外接负载电阻和提前排气时间,使得输出功率达到最大,而对于控制策略B,平均功率输出随着提前排气时间的增大而减小。可以通过运用不同的控制策略,调整相关的运行参数,可以获得稳定的运行状态和高效的输出。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(2): 668-681. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1349-4
    中文摘要:本文通过数值模拟方法研究了某轴流压气机的旋转不稳定性现象,检验了利用URANS方法捕捉旋转不稳定性多重频率尖峰宽频特征的可行性,并进一步揭示了内在的流动机理。数值模拟采用压气机转子全通道建模方案以完全捕捉流场中不同空间尺度的周向传播扰动。在非定常计算过程中进行了长时间的动态数据监测以获得足够高的频率分辨率,这对于精确解析旋转不稳定性多重频率尖峰间的小频率间隔是必要的。结果显示全通道URANS方法成功的捕捉到了旋转不稳定性多重频率尖峰的宽频特征,并且旋转不稳定性频带范围以及频谱特征与试验结果相吻合。进一步,通过对旋转不稳定性的多重频率尖峰特征进行周向模态分解,发现多重频率尖峰特性是由压气机转子顶部区域的两种不同尺度的周向传播扰动间的干涉导致的。详细的三维流场分析显示,小尺度扰动是由叶顶间隙涡的非定常振荡导致的,并且该叶顶泄漏涡的非定常振荡在相邻流道间具有相位延迟,因此引入了沿转子周向传播的扰动;而大尺度扰动是由小尺度扰动的周向波数与叶片数失谐导致的,该大尺度扰动与小尺度扰动干涉形成了旋转不稳定性独特的宽频多重频率尖峰特征。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 51-63. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1397-9
    中文导读:分布式供能系统具有良好的经济性与环保性,得到广泛的应用。然而,系统中存在的多种不确定性给分布式供能系统的优化配置带来了困难。在实际应用中,不确定性参数的准确概率分布信息通常难以获知。本文考虑可再生能源强度、负荷需求和能源价格的不确定性,构建了分布式供能系统优化配置的两阶段鲁棒优化模型,采用三种不确定集合(盒式、椭圆、凸包不确定集合)描述不确定性参数的分布,采用仿射决策规则对模型进行转化与求解。选取江苏省连云港市的一家典型医院作为案例研究对象,验证了模型的有效性。研究结果表明,能源价格和负荷需求的不确定性对系统配置形式与经济性影响显著,并且主要影响燃气锅炉、吸收式制冷机和蓄能装置的安装容量;不确定集合形式会影响系统最优配置形式,为了保证计算结果的准确性,需要选用合适的不确定集合对不确定性参数进行描述。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 64-75. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1243-0
    中文导读:本文基于扩散吸收系统的概念,提出以R134a-DMF-He为工质的热冷转换棒,通过回收余热,输出制冷量。其中,余热通过热管传导并作为冷热帮的热源。通过EOS方法,构建工质的热力性质方程,通过各组分的物料守恒,质量守恒,能量守恒,构建热冷棒数值仿真模型。通过R134a的解析、吸附、冷凝及扩散实现热冷转换。通过烟囱效应加强自然对流实现热冷棒的冷却降温。系统的边界条件敏感性被分析,包括热源温度、制冷温度、环境温度。本文为热冷棒在余热回收领域的实际应用提供理论基础。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 76-87. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1301-7
    中文导读:提高喷油压力可以显著提高柴油机的性能并改善排放。但随着喷油压力的逐步提高,高压共轨喷油器内的空化空蚀问题愈发显著,直接影响柴油机的寿命与可靠性。目前已有的研究大多只关注喷孔处的空化流动以及喷雾方面的特性,很少有学者针对喷油器控制阀区域的空化流动做出相应研究。由于控制阀结构的复杂性和实验数据的缺乏,目前已有的结论还不足以充分描述喷油器控制阀的空化流动。本文利用二维流动可视化实验直观地获得控制阀区域的空化流动图像,并利用实验数据对数值模拟模型和方法进行了验证。根据实验和模拟结果提出了一种新型控制阀结构称为内收模型,利用三维数值模拟对不同升程下的内收模型和原始模型控制阀进行了对比研究,结果表明:在控制阀的锥座表面和钢球表面产生的片空化在下游处转变成云空化;空化强度随着控制阀升程的提高而增大;内收模型可以显著减小控制阀密封面附近的空化强度。本文可以为工程应用中的控制阀设计提供优化参考。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 88-99. https://doi.org/10.1007/s11630-019-1241-2
    中文导读:离心泵内除了与叶片通过频率相关的受迫流动结构,与叶片通过频率无关的非受迫流动结构也是引起系统中强烈振动和噪声问题的主要因素,并开始受到越来越多的关注。本文主要研究设计流量到0.6倍设计流量范围内叶轮内部流动随流量的变化规律,为了探索离心泵在近设计点非受迫流动的发展规律,采用二维频域成像显示技术对其进行研究。结果表明,随着运行工况向小流量偏转,泵内非定常流场不仅受转子和蜗壳的动静干涉影响,而且还出现了明显的非受迫流动结构,其对应的特征频率为St≈0.23,位于叶轮喉部周围。此外,随着流量的进一步减小,这种流动结构逐渐减弱并消失。当流量减小到0.6倍设计流量时,另外两个非受迫流动结构开始在叶轮喉部周围出现,特征频率分别为St≈0.0714和St≈0.12。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 100-110. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1253-y
    中文导读:为研究离心泵内部流动噪声与湍流压力脉动的相关性,采用数值计算和试验相结合的方法以一台单级单吸离心泵为研究对象,基于RNG k-ɛ模型和N-S方程对模型泵采用CFD全流场数值模拟计算,并根据FW-H方程提取蜗壳壁面的湍流脉动作为偶极子声源。基于声学边界元法对模型泵内部声场进行求解,得到内部流场在蜗壳壁面偶极子声源作用下的声压分布图和进出口场点的频率响应。结果表明:离心泵内部水动力噪声的分布与压力脉动有关,呈现明显的偶极子分布规律且隔舌处扰动比较明显;场点的声压值主要集中在叶频以及其倍频下,其中叶频下最强,其他倍频下声压值降幅明显;水动力噪声的主要发生频率为叶频。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 111-122. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1384-1
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 123-132. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1376-1
    中文导读:本文基于二氧化碳(CO2)在定容状态下的热力学循环提出了一种新型的超临界二氧化碳(SCO2)炮。首先,利用维里方程和NIST数据库对SCO2的性质进行了精确描述,并对热力学循环进行了分析,以火炮出口速度为目标函数,得到优化方程,然后在此基础上,对该炮的结构参数,如隔板厚度、身管长度、CO2填充量等参数进行了优化;最后,利用FLUENT仿真软件计算了发射过程中的流场和速度变化。在外场试验中,采用超高压传感器和高速摄像机测量了不同工况下炮筒轴向压力分布和弹丸出口速度,结果表明各项性能指标均能达到设计要求。本文研制的新型超临界二氧化碳炮具有安全性高、成本低、装载速度快等明星优点,可应用于救灾、维和、反恐等多种场合,且独特的储能方式和热力学设计保证了其后续改进与发展潜力。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 133-148. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1242-1
    中文导读:超临界二氧化碳(SCO2)布雷顿循环中的主压缩机运行在二氧化碳临界点附近,工质物性变化剧烈,具有显著的非理想性物性特点。为了研究传统一维损失模型在预测非传统工况下SCO2离心压缩机性能的有效性,本文对一维模型预测结果,实验值与三维CFD结果进行了详细的对比研究。本文针对多级SCO2离心式压缩机,建立了基于焓和总压混合损失模型的一维分析方法,并首先通过桑迪亚国家实验室一台单级SCO2离心式压缩机的实验结果对该方法进行了验证。验证结果表明,采用本文所建立的一维方法得到的压比曲线与实验值吻合较好,但在小流量工况时效率特性曲线存在差异,其揭示了寄生损失模型在外部损失预测方面存在潜在缺陷。然后,对一台三级SCO2压缩机的前两级进行了一维和三维CFD性能预测。对压缩机不同流向位置的CFD计算结果与一维计算结果进行了详细的比较,详细分析了两者偏差的特点,以及产生这些偏差的原因。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 149-164. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1291-5
    中文导读:单螺杆压缩机因其具有诸多优点,已经被广泛的应用在压缩和制冷系统中。在螺槽和星轮齿的啮合面之间形成的间隙对压缩性能起着显著的影响。为了分析单螺杆压缩机在不同啮合间隙高度下的热力工作特点,本文建立了描述单螺杆压缩机内部工作过程的数学模型,并计算和讨论了系统的制冷量,压缩机的容积效率和绝热效率。文中设计、制造了三台具有不同啮合间隙高度值的样机,以便分析间隙调整对压缩机内部的影响机理。通过实验测试验证了理论模型的正确性,并且计算结果与实验结果吻合较好。结果表明,实测结果和计算结果的容积效率和绝热效率的偏差分别为3.64%-7.98%和5.92%-9.4%。基于所建立的模型,文中对不同啮合间隙高度和不同工作条件下的压缩机工作特性进行了分析。考虑到工作特性以及实际的制造条件和生产成本,建议啮合间隙高度值的范围在0.01mm-0.08mm之间进行调整。该研究可为单螺杆压缩机的设计,制造和优化提供重要的理论数据和实验支撑。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 165-176. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1407-y
    中文导读:CO2-离子液体作为工质对应用于新型吸收压缩式制冷系统,其相平衡特性的研究具有重要意义。本研究选择三种离子液体([emim][FAP]、[bmim][FAP]和[hmim][FAP])作为潜在吸收剂,在293.15 K~333.15 K和0 MPa~5.0 MPa的温度压力范围内实验测定了CO2在其中的溶解度,并讨论了温度、压力、阴阳离子结构和搅拌作用对CO2溶解度的影响。结果表明,同族离子液体中的阳离子烷基链长度,阴离子中的烷基氟基团以及磁力搅拌器的搅拌作用对CO2的溶解有积极的促进作用。在三种离子液体中,[hmim][FAP]具有最好的CO2吸收性能,其在5 MPa和293.15 K时获得了本文最大CO2溶解度(0.7641)。CO2-[hmim][FAP]混合物可作为CO2吸收压缩制冷系统的一种潜在应用工作对。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 177-190. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1299-x
    中文导读:目前,双回路有机朗肯循环(DORC)被认为是一种有效的发动机余热(WHR)回收技术。与传统㶲分析法相比,高级㶲分析法可以更好的描述系统部件之间的相互作用以及技术经济因素导致的不可避免损失。本文应用传统和高级㶲分析法,对比分析直列式六缸四冲程涡轮增压柴油发动机余热DORC系统的热力性能,并运用敏感性分析法研究运行参数对内部可避免㶲损失的影响规律。传统的㶲分析法结果表明,部件性能提升的优先顺序依次是高温蒸发器、低温膨胀机、低温蒸发器和高温冷凝器。高级㶲分析法结果表明,低温膨胀机、高温蒸发器和高温膨胀机中的可避免㶲损失最大,这些部件具有更大的改进潜力。灵敏度结果表明,降低蒸发器夹点温差和提高膨胀机效率可以降低可避免㶲损失。
  • Journal of Thermal Science. 2021, 30(1): 191-200. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1339-6
    中文导读:超临界流体已经在许多工业领域得到了应用。目前,传统的雷诺平均Navier-Stokes方法(RANS)被直接应用于超临界流体湍流流动传热的模拟,忽略了由于超临界流体物性剧烈变化引发的湍流输运效果。该文章将涉及的所有参数作为变量,推导了一整套适用于超临界流体湍流流动传热的雷诺平均Navier-Stokes方程组(SCF-RANS)。由于热物性的脉动作用,SCF-RANS方程组包含许多新的关联项。为了封闭SCF-RANS方程组,该文讨论了针对这些新关联项的建模方法。这些关联项有的已经有了相对成熟的模型,而其它的关联项则是全新的,需要对其进行深入的物理理论分析来提出合理的模型。该文对这些新的关联项提供了作者所知的参考信息。SCF-RANS方程组不仅提供了适用于超临界流体湍流流动传热的方程组,而且代表了最复杂的RANS方法的方程形式,因为方程组中所有涉及的物理参数都被作为变量处理,没有进行任何形式的简化。
  • Journal of Thermal Science. 2020, 29(6): 1391-1397. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1372-5
    中文导读:为了解和改善双通道涡流室式柴油机的油气混合性能,本文以BF175F的双通道涡流室燃烧系统为研究基础,对该燃烧系统的油气混合过程进行数值分析。通过分析该燃烧系统的缸温缸压、油气混合过程、燃烧过程研究该燃烧系统的油气混合性能。研究表明,在压缩上止点混合气此时通过启动孔开始进入主燃烧室。当活塞运行到压缩上止点后4°时,混合气开始通过连接通道A、B进入主燃烧室,并且高浓的混合气由启动孔进入主燃烧。当活塞继续运行到压缩上止点后20°和25°时,可以看出主燃烧室混合气已经较为均匀。燃空当量比在0.8~1之间,混合气在主燃烧室内空间分布不均。这为进一步改善该燃烧系统提供了指导。
  • Journal of Thermal Science. 2020, 29(6): 1398-1409. https://doi.org/10.1007/s11630-020-1338-7
    中文导读:催化型微粒捕集器(CDPF)同时具有催化氧化和过滤柴油机碳烟的功能,目前,CeO2由于其良好的氧化还原能力和氧吸附能力而被广泛用做催化型微粒捕集器催化剂。鉴于目前关键因素对CeO2基催化型微粒捕集器性能影响的研究报道较少,本文建立了一个包含CeO2基催化剂碳烟催化氧化反应机理和平推流反应器的零维数值模型来对其进行研究,并通过热重分析试验仪对所建立的模型进行了验证。本文主要研究了排气温度、NOx中NO2占比(α)、NOx与碳烟比例(β)和催化剂涂覆量与碳载量比例(γ)对催化剂失效温度、N2O排放浓度、NOx还原率和碳烟再生率的影响。研究结果表明,排气温度的升高会导致NOx浓度的降低,当达到催化剂失效温度时,NOx还原率最高可达到66%。随着排气温度的升高,碳烟再生率和N2O排放浓度呈现先增大后减小的趋势,较高的排气温度抑制了N2O的生成,但是也会增加催化剂失效的可能性。随着α和β的增加,碳烟再生率逐渐升高,NOx还原率逐渐降低。 催化剂失效温度会随着α的增加和β的降低而升高。碳烟再生率会随着γ的上升首先快速增加并逐渐趋于平稳。本研究的结论可以为催化型微粒捕集器性能的优化提供理论基础。
  • Journal of Thermal Science. 2020, 29(6): 1617-1626. https://doi.org/10.1007/s11630-019-1188-3
    中文导读:作为水泥生产过程中的一个重要过程,篦冷机对熟料冷却和余热回收起着重要作用。在本文中,我们对篦冷机进行了热平衡测试,它提供了优化的初始操作参数。然后,通过能量流方法将篦冷机简化为串联连接的热交换器网络。通过基尔霍夫定律构建的等效热阻网络提供了全局约束。在此基础上,针对传热和粘性耗散引起的熵产数,通过遗传算法求解多目标优化模型,实现了Pareto Front。然后选择风机功耗最低的方案获得了篦冷机的最佳运行参数。结果表明,优化方案的冷却风总质量流量与原方案相比没有明显变化,但风机功耗降低了25.44%,热回收效率为88.43%,提高了11.35%。此外,分析表明,最佳运行参数受局部热负荷的影响。在允许的工业范围内优化熟料颗粒的直径后,粒径为0.02 m的熟料具有最优的性能表现。
  • Journal of Thermal Science. 2020, 29(5): 1-1.