2024年, 第33卷, 第6期 刊出日期：2024-10-30
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热科学学报. 2024, 33(6): 2005-2018. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2042-9串列叶片是一种可以延迟分离的流动控制方法。本研究利用数值方法探究了扩压因子和节距比对串列叶片流动结构的影响。单个叶片扩压因子从0.328变化到0.484。节距比从0.80变化到0.92。结果表明，损失系数随扩压因子的增加而增加，随节距比的增加而减小。前叶片叶根角区失速出现在所有研究的情况。间隙流决定了后叶片的角区分离情况。改变节距比和扩压因子会改变间隙流的动量分布。后叶片的角区分离会由于通道涡卷吸低动量间隙流和前叶片的叶根角区失速流体而受到抑制。增加扩压因子会导致后叶片的攻角发生变化，从而导致后叶片角区分离的变化。将串列叶片与参考的出口单列叶片进行对比。所有攻角下，串列叶片的性能都优于参考叶片。在设计攻角下，损失系数降低了26.35%，增压能力提高了7.89%。串列叶片在正攻角下的流动失稳是由前叶片的叶根角区失速造成的。间隙流的强度会随着攻角的增加而提高，从而防止后叶片在正攻角时发生角区分离。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2019-2031. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2047-4超声速风洞实验是发展先进燃气轮机的重要手段之一，超声速多孔探针是这类实验中测量气动参数的精密工具。然而，在超声速流动中，探头周围会形成激波，影响测量结果的准确性。本研究选取超声速五孔探针的头部作为研究对象。首先，利用3D打印技术设计并制作了复合式五孔压力-温度探针。然后，采用马赫数、密度梯度和激波函数3种方法对激波谱进行数值计算；与其他两种方法相比，激波函数可以准确地识别激波和膨胀波的类型和范围。结果表明，在探针头部的前段形成了较强的激波，测压管周围产生的激波影响流场的总压和马赫数，引起熵增。测压管头部的激波强度最大，导致流场周围的总压降低。随后，为了减小由于忽略气体的可压缩性和熵增引起的计算误差，引入了气体压缩因子δs。经验证，在考虑气体压缩因子的情况下，计算得到的气动参数在亚声速和超声速条件下的误差分别小于5 %和10 %。本文的研究结果为气动探针在亚声速到超声速流动过程中的设计和使用提供了理论参考。
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Influence of Real Gas Properties on Aerodynamic Losses in a Supercritical CO2 Centrifugal Compressor热科学学报. 2024, 33(6): 2032-2046. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2027-8超临界二氧化碳(SCO2)离心压缩机是SCO2闭式布雷顿循环系统中的关键部件。深入了解压缩机内部的损失机制对于优化设计至关重要。然而，接近临界点时，SCO2的物理特性高度非线性，压缩机内部流动与其特性密切相关，这不可避免地影响了压缩机内气动损失的产生。本文通过实验验证的数值方法对压缩机的损失机制进行了全面分析。首先，数值模拟方法针对Sandia SCO2压缩机的实验结果进行了验证。其次，比较了使用SCO2、理想二氧化碳（ICO2）和理想空气（IAir）三种流体时压缩机的性能和损失分布。结果显示，在低流量系数下，SCO2的性能与IAir相当，但在接近堵塞条件下明显不如其他两种流体。三种流体中的损失分布有明显区别。在叶轮中，SCO2效率最低，其次是ICO2和IAir。随着流量系数的增加，这些差异被放大。这是由于更强的叶顶区域周向压力梯度加剧了在轮盖/轮毂端壁上的边界层累积。此外，由于SCO2的声速降低，激波在喉部区域更早出现，导致SCO2叶轮内出现显著的边界层分离现象。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2047-2058. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2053-6轴向重叠度和（AO）和节距比（PP）是影响串列叶栅性能的关键配置参数，本文探索了亚声速条件下高负荷压气机串列叶栅AO和PP的最佳设计准则，并分析了每个参数对其内部流场结构的影响机制。研究结果表明，较大的PP有利于降低串列叶栅后叶载荷，但当其大于某一阈值时会造成间隙射流失效。AO的改变会影响前叶吸力面的逆压梯度，同时会改变间隙射流强度和前叶尾迹的发展。之后，本文在较大的设计空间内分析了不同AO和PP组合下的串列叶栅性能变化规律，阐明了不同工况下两个参数的最优匹配关系。AO的最佳取值范围约为-0.05至0.05，PP为0.85至0.92，当AO增大时，PP应适当减小，以保证性能稳定。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2059-2074. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2052-7间隙泄漏流对高负荷压气机的流动稳定性具有显著影响。因此，本文提出了一种新方法，利用转子叶顶吸力面侧诱导激波来抑制跨音转子间隙泄漏流强度及其影响范围。通过设计三种具有不同周向扩张度的渐扩型间隙结构方案，以揭示该新方法的作用机理。在叶顶周向渐扩型间隙结构（由转子叶顶压力面侧指向吸力面侧）的作用下，新方案使得跨音转子的叶顶间隙区的超音速泄漏流射流形成明显加速现象。在加速膨胀后的超音速泄漏流与叶尖区域高压主流流体之间压差的作用下，新转子方案的叶尖间隙区域就会产生诱导激波。借助于该诱导激波，可以大幅减小泄漏流由转子叶顶吸力面侧流出时的速度和流量。此外，诱导激波对转子叶顶超音速泄漏流射流的抑制效果与其强度和周向位置密切相关。相比于具有均匀设计间隙的原型方案，当转子叶顶间隙的周向扩张角等于8°时，诱导激波对间隙泄漏流的抑制效果相对最优，能够实现跨音转子失速裕度增加5%以上，且引起的等熵效率下降不超过0.4%。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2075-2088. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2029-6高负荷压气机对于进一步提高航空发动机性能具有重要作用。然而，叶栅通道内复杂的激波系也会带来更大的气动损失。本文基于唯一进气角理论提出一种超音速扩压叶栅的造型方法，并结合数值最优化方法和平面叶栅实验对来流马赫数1.85的叶栅开展气动设计与优化研究。结果表明，在设计点处，前缘激波在初始超声速叶栅通道内的反射获得的多个激波可以实现压力的增加，验证了设计方法的可行性。优化后的叶栅在设计点和非设计点的气动性能都得到了不同程度的改善。当静压比为3.285时，设计点总压恢复系数达到86.82%，在同类型叶栅中处于先进水平。所开展的平面叶栅纹影和叶表测压实验结果也验证了仿真方法的正确性，为后续压气机设计提供了有益参考。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2089-2096. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2048-3针对未来航空发动机运行面临的极端热负荷及含尘、含沙等恶劣环境需求，本研究提出了一种兼顾高效冷却与抗颗粒沉积性能的新型振荡射流冷却策略。实验研究表明：相比于经典的777型孔，新型振荡射流的绝热冷效提升高达70%，颗粒沉积厚度减少可达28%。由于型孔射流的周期性扫掠和增强的流向动量，新设计能够提供更宽广的冷气覆盖，并且将粘附的颗粒从壁面吹离，从而降低沉积。本研究首次探索了同时考虑气膜冷却性能和抗颗粒沉积的新型冷却策略，为下一代涡轮叶片的冷却设计提供了一种有潜力的设计概念。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2097-2116. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2062-5涡轮发电机能够实现气体内能向电能的高效转化，广泛应用于各种绿色能源与动力装备。采用高速涡轮直驱结构可消除涡轮与发电机之间减速装置的机械损失，提升系统效率，并有效提高紧凑性，但同时也对其设计制造提出了挑战。本文首先调研了高速涡轮直驱发电系统的应用场景，分别从有机朗肯循环发电、燃气涡轮发电、超临界CO2发电、车用废气涡轮发电和天然气余压发电等领域进行介绍，然后结合涡轮发电系统在应用场景中所面临的高速、高压、高温和高效的挑战，总结出其要突破的关键技术，包括高速轴承、转子动力学、高速电机、高频变频技术、密封技术、轴向力调节、热管理、涡轮气动设计、系统控制策略等，之后介绍了不同应用场景下高速涡轮直驱发电系统的研究现状，最后对未来发展的方向提出了展望，对于开发高效、可靠、宽适应性的高速涡轮直驱发电系统具有一定指导意义。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2117-2137. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2003-3先进偶氮苯材料的研发是实现高效太阳能光异构化储能技术的基础。其中，对偶氮苯材料特性与性能的综合表征是认识和评估材料的关键。本文对高性能偶氮苯材料制备过程中的结构和性能表征技术进行了综述，深入概况了相关的实验方法、目标、机理和应用情况，阐明了材料结构与性能之间的内在联系。此外，该综述还阐述了各相关表征技术的优势及局限性，并介绍了偶氮苯光异构化储能技术在太阳能转化利用中的潜力及重要性。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2138-2150. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2015-z随着各国提出碳中和目标，能源结构的清洁转型已成为国际上的热点和潮流。可再生能源发电将占主要比例，但这也导致了电力供应不稳定的问题。目前，大规模储能技术还不成熟。提高燃煤发电厂的灵活性以抑制可再生能源发电的不稳定性是一条可行的途径。热能储存是提高燃煤电厂灵活性的可行技术。本文综述了基于储热技术的燃煤电厂柔性改造研究，主要包括基于热水罐的中低温储热和基于熔盐的高温储热。总结了目前的技术难点，并对未来的发展前景进行了展望。热能储存系统和燃煤发电系统的结合是基础，倾斜温度层的控制和熔盐的选择与开发是关键问题。作者希望本文的研究能为燃煤电厂的柔性改造研究提供参考，也希望能促进蓄热基础在具体燃煤电厂改造项目中的应用。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2151-2165. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2028-7
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热科学学报. 2024, 33(6): 2166-2178. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2014-0为了降低光伏电池板温度、提高光电转换效率，本文设计了一种带有平行冷却流道的PV/T系统，并结合实验与仿真研究手段，构建了涵盖能源、㶲、经济和环境性能的4E分析方法全面评估了PV/T系统性能。首先，以水为冷却介质进行实验研究，结果表明PV/T系统可减少日CO2排放量1682.47–1705.98克，与无冷却的PV系统相比，PV/T的冷却模块可使电效率和环境性能分别提高12.19％和6.2％。当水的质量流量从0.017 kg/s增加到0.023 kg/s时，电效率、热效率和总效率分别提高了3.82％、11.36％和8.27％。其次，基于实验结果建立了数值模拟模型，用于仿真PV/T 系统在采用不同纳米流体作为冷却介质（包括 Ag、Al2O3 和 SiO2）时的运行情况。模拟结果表明，基于 Al2O3 纳米流体的 PV/T 系统具有较高的应用价值，电效率可达 15.13%。当 Al2O3 的体积分数从 1% 增加到 5% 时，其热效率可提高 5.43%。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2179-2189. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2016-y本文提出了基于专用吸收式双过冷与机械式再冷的两级二氧化碳跨临界制冷循环。级间压力是循环的主要影响因素，但其作用特性却未被准确揭示。因此，本文旨在探明级间压力对循环效率的影响规律，相应的主要内容包括以下四个方面。首先，通过比较分析展示了新循环的性能优势。其次，探析了不同级间压力下的循环关键温度、热负荷、压缩功耗及性能指标变化规律。再次，通过非线性直接搜索法获得了最佳级间压力的变工况规律。最后，探明了新系统的经济性能。研究结果表明，新循环压缩功耗相较于传统的两级二氧化碳跨临界循环下降了12%，并且专用吸收式过冷子循环的运行温度下限拓展了11°C。此外，最优级间压力对热源温度变化不敏感。本文的主要创新在于探明了级间压力对循环效率的影响特性，获得了最佳级间压力的变工况规律，并指明了系统可行性。本文研究为系统设计与运行优化提供了数据支持。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2190-2202. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2049-2
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热科学学报. 2024, 33(6): 2203-2220. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2050-9冷热电联供系统在供给侧与需求侧负荷之间的能量供需匹配是评估系统的关键指标，且主要受到不同建筑类型及其运行策略的影响。针对以电定热和以热定电运行策略能量冗余以及混合热电负荷运行策略能源不足的特性，本文在热电负荷平衡运行策略的基础上提出了改进的热电负荷平衡运行策略。以能源利用率为目标函数对系统的装机容量进行了优化，并提出了能源因子和能源供需匹配性作为评价系统性能的指标。结果表明，在IFBL策略下系统的能源利用率和能源综合指数相对于其他四种策略均为最优。其次，酒店建筑的能源利用率最高，且能源综合指数最低，相反，办公室建筑的能源利用率最低，且能源综合指数最高。最后，对不同建筑类型在不同运行策略下的供需匹配性进行分析表明，医院和酒店系统，在IFBL策略表现出最优的供需匹配性能分别为0.945和0.938，相反，办公室系统在FEL策略下的供需匹配性最优为0.935。然而，在FTL策略下，三种建筑均表现出较差的匹配性。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2221-2234. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2023-z基于熔盐的纳米流体比相同的纯碱熔盐 （BMS） 表现出更有效的储热和传热性能。本工作通过将纳米MgO分散在在氯化物BMS中（NaCl:CaCl2:MgCl2=53:15:32，mol%摩尔分数）来制备纳米流体，以改善其热物理性能，并通过分子动力学模拟探究其改进机理。在所有纳米流体中，掺杂2.5% wt %（质量分数）20 nm MgO的纳米流体具有最好的热性能，其比热容cp提高了38.2 %。在600°C下加热1000小时后，纳米复合材料样品的储热性能没有恶化。MD对微观结构的分析表明，由于纳米颗粒与熔盐之间的强相互作用，纳米MgO与熔盐的界面处存在半固态液层。它有助于提高纳米流体的储热能力。数密度和比热容都随着粒径的增加而减小。结合实验和仿真结果分析，揭示了提高纳米流体比热容的可能机理。本文制备的纳米流体可以作为聚光太阳能发电系统中的潜在储热/传热材料，本文提出的储热/传热机理也有助于理解其他熔盐纳米流体的热物理性质。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2235-2244. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2031-z储能设备是多能互补的分布式能源系统的枢纽。水合盐是最适合储能设备的相变材料，但过冷是其应用的主要障碍。成核需要驱动力所以仅用成核剂并不能将过冷降到很低。针对这一问题，本文先对成核剂进行了筛选，随后配合搅拌或直流电进一步降低三水醋酸钠的过冷度。分析了转子质量、转速、直流电压和电极材料对成核的影响规律及作用机制。最后对搅拌和通电同时在存在下复合相变材料的稳定性进行了分析。结果表明：在SAT中加入1.5wt%的十二水磷酸氢二钠能将过冷度降低到2.3°C左右。而加入搅拌或通电都能将SAT的过冷度降低至0.5°C以内，甚至消除过冷度。搅拌的动量越大，对过冷、相分离和导热的改善效果越好。直流电电压越大成核效果越好但电极寿命会变低。且银电极有最好的成核效果。搅拌和直流电同时作用下，100次循环后溶液中没有新物质产生。且相变材料的熔点升高了0.2°C，潜热值下降1.8%，仍具有良好的稳定性。后续研究中应在相变材料中加入微量去离子水，弥补阳极洗脱对水份的消耗。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2245-2258. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2054-5对微观离子结构的理解以及对NaCl - CaCl2混合物热性质的研究，对于提高其光热能量转换效率具有重要意义。然而，热物理参数的测量值受相变温度附近过程的影响，测量值常常发生突变。近期已开展经典和第一性原理分子动力学研究以确定熔盐的热性质，但针对包括NaCl - CaCl2在内的二元熔盐的此类模拟仍然较少，且局限于相变温度（786.0 K）以上的范围，与测量值的偏差仍然较大。在本研究中，基于训练得到的深度势的分子动力学方法被用于系统地预测在相变温度以上较宽温度范围（600 - 1000 K）内NaCl - CaCl2二元氯化物体系的离子结构、振动态密度、密度以及包括热容、热导率、扩散率和普朗特数在内的热物理性质的变化。推导出了这些性质（特别是热扩散率和普朗特数）随温度的变化关系和相关性。研究发现，温度升高会增强离子振动，从而提高比热容。温度升高会削弱离子间的相互作用和振动传递，因此热导率往往会降低。随着温度升高，体系的密度降低，热容增加，热导率、热扩散系数和普朗特数均降低。总体而言，应用本研究中训练得到的深度势所获得的性质比经典和第一性原理分子动力学模拟更能准确地反映实验值。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2259-2273. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2037-6熔盐由于其高效的热物理性质而被认为是一种很有前途的储热换热介质。为了研究以KNO3、NaNO3、K2CO3、Ca(NO3) 2·4H2O、ZnCl2、NaF、Na2CO3、NaCl和MgO为材料制备的5种新型混合熔盐与316L不锈钢的相容性，采用腐蚀失重、扫描电镜、元素分析和XRD分析了316L不锈钢在不同时间和温度下与新型混合熔盐的相容性。研究并表征了这些条件下的腐蚀行为，获得了它们的相容性数据，探讨了316L不锈钢在混合熔盐中的腐蚀机理。结果表明:随着温度和时间的升高，316L不锈钢的腐蚀质量逐渐增大，晶粒腐蚀程度、晶裂深度和氧化程度逐渐增大;熔盐对合金的腐蚀主要是由Cr、Fe等元素的选择性扩散损失和腐蚀引起的，并伴有不同金属氧化物的形成。金属氧化物的形成可以在一定程度上减缓金属的腐蚀和损失。不同工况下的腐蚀结果表明，316L不锈钢与新型混合熔盐具有良好的相容性，在传热和储能领域具有一定的应用价值。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2274-2298. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2039-4由于成本低、传热传质能力强及容易达到超临界点的优势，超临界二氧化碳近年来在许多工程设备中得到了应用。由于超临界CO2在临界点附近热物理性质的急剧变化，使得超临界CO2在管内的传热和流动行为变得复杂，受到了人们的广泛关注。本文的主要目的是对已发表的关于超临界CO2管内流动传热特性的研究成果进行总结。首先介绍了影响超临界CO2在光滑管内流动的边界条件相关参数。其次，总结了常用的处理超临界CO2内部流动的湍流和数学模型。然后介绍了有关设计参数、形状和构型产生的几何效应的研究工作，并介绍了近年来超临界CO2的实际应用情况。最后，对管内超临界CO2的发展现状和未来面临的挑战进行了分析和总结。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2299-2317. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2051-8通道结构对印刷电路板式换热器（PCHE）传热性能有重要影响。本研究通过对具有不同截面长宽比的矩形直通道PCHE进行实验，深入分析了冷、热侧质量流量以及矩形截面长宽比对PCHE传热性能的影响。研究结果表明，相较于半圆形截面，矩形截面的PCHE展现出更优的综合传热性能。进一步增大长宽比有助于提升PCHE的综合传热性能，但这种强化效果会随着长宽比的持续增大而逐渐减弱。同时，增加两侧的质量流率增强了预冷器的冷却能力和传热性能，但也导致了通道内压降的增大。在此实验及数值模拟的基础上，提出了一个针对矩形截面直通道PCHE的改进传热关联式（适用范围：Re: 3169~48474, Pr: 0.98~1.25），该关联式综合考虑了矩形截面长宽比和拟临界温度的影响。拟合结果表明，关联式能够更为准确地预测不同工况下预冷器通道内局部Nu和f的大小和趋势，其预测精度相较于Gnielinski关联式和Blasius关联式有显著提升。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2318-2335. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2036-7本文提出了一种基于反向传播神经网络（BPNN）预测模型的模型预测控制（MPC），用于纯电动汽车（BEV）空调系统（ACS）和电池热管理系统（BTMS）耦合系统的压缩机速度控制。为了解决纯电动汽车热管理系统（BEVTMS）夏季制冷能耗高、乘员舱热舒适性差的问题。本文结合人工神经网络（ANN）预测建模和MPC的各自优势，创造性地将两种方法结合并应用于BEVTMS的控制中。首先，基于人工神经网络和传热理论，建立并验证了BPNN预测模型、ACS和BTMS耦合系统。其次，建立了控制压缩机转速的MPC数学方法。然后，利用BPNN预测模型预测耦合系统的状态参数，并将预测值传递给MPC，从而利用MPC实现了对压缩机转速的精确控制。最后，在新欧洲驾驶循环（NEDC）条件下，通过仿真比较了基于BPNN预测模型的 PID 控制和MPC对不同环境温度下乘员舱热舒适性和压缩机能耗的影响。结果表明，所构建的BPNN预测模型对选定参数的预测值和测试值的平均平方误差(MSE)为2.498% - 8.969%，平均绝对百分比误差(MAPE)为4.197% - 8.986%，平均绝对误差(MAE)为3.202% - 8.476%。在环境温度为25°C、35°C和45°C 时，与PID控制相比，基于BPNN预测模型的MPC分别减少了车厢内累计不适时间100 s、39 s和 19 s。在三种NEDC工况下，能耗分别降低了1.82%、2.35%和3.48%。当环境温度为35°C时，基于BPNN预测模型的MPC可以使ACS和BTMS耦合系统具有更好的热舒适性，压缩机的节能效果随温度的升高而更加明显。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2336-2347. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2058-1微通道中的流动沸腾换热技术因其优异的传热性能受到广泛关注，但流动沸腾不稳定性一直是限制其应用的重大挑战。沸腾不稳定性会导致一系列问题，如流动分布不均匀，温度和压降振荡。本文提出了一种新型的非对称止回微阀结构，该结构在具有极高的反向与正向流阻比。结果表明，止回微阀结构的反向压降是正向压降的2.06倍，同时其正向流动阻力比传统进口节流器低16%。此外，对双出口条件下止回微阀通道中孤立气泡的气泡动力学进行了数值研究。结果表明，气泡在传统矩形通道中对称生长。气泡在带止回微阀的通道中向下游运动的距离是带入口节流器通道的3倍。因此，带止回微阀的通道对气泡回流的抑制效果优于带入口节流器的通道。并且，气泡下游的生长扩展了有效蒸发区域，这有助于提高气泡的生长速度。止回微阀有望成为传统抑制不稳定性结构的替代，为未来大功率设备的散热提供一种新颖高效的解决方案。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2348-2371. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2041-x液体深度除湿（LDDD）是一种适用于低湿行业的节能技术。离子液体（IL）因其低蒸气压、非结晶性和非腐蚀性被视为LDDD的最佳工作流体。IL干燥剂与鼓泡塔的联合应用已被证明能有效改善深度除湿性能。本工作首先基于实验平台研究了操作参数对体积传递系数的影响。接着，利用计算流体力学-种群平衡模型（CFD-PBM）预测了气泡群介尺度流动结构。此外，还研究了介尺度流动结构与传递性能之间的构效关系。结果表明，在湿空气-IL干燥剂鼓泡式深度除湿系统中，气泡聚集/破碎现象显著，比界面面积基本小于40 m-1。同时，溶液温度的降低会引起粘度显著增加，导致更大的湍流涡流和更慢的破碎率。值得注意的是，在较低的溶液温度下，高传递势差会提高传热传质系数，溶液温度4°C下的传质系数大约是10°C时的三倍。随着表观速度的变化，比界面面积和传热传质系数对体积传递系数具有积极协同作用。然而，这种协同效应随着溶液温度的变化而逆转。本研究旨在阐明使用IL干燥剂的鼓泡塔除湿器中气-液传递机理。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2372-2385. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2025-x灵活调峰时，超超临界二次再热锅炉会采用多种调温手段，这不仅使得锅炉壁温偏差增大，还提高了发生爆管事故的风险。本研究针对660MW二次再热锅炉高温受热面重叠部分建立了分室模型。通过现场试验数据对模型进行了校验，并应用该模型计算了不同负荷条件下的热焓和壁温分布情况。研究进一步分析了摆动燃烧器、调节烟气挡板和烟气再循环三种调温方式对壁温分布的影响。结果表明，在低负荷下，高温过热器容易出现超温现象。特别是调节烟气挡板会使二次再热器温度超过允许值21.4°C。此外，管壁温度沿宽度方向呈双峰分布特征。烟气再循环比例0%时，最大管壁温度偏差达到13.39°C，超过合理偏差范围3.39°C。相比之下，摆动燃烧器调温是最不容易导致壁温偏差和超温的方法。根据研究结果，摆动燃烧器的适宜调节范围是-20°至7°，烟气挡板的适宜调节范围是45%至60%，而烟气再循环的适宜比例则为8%至24%。综合考虑灵活调峰的具体需求，本研究选定了合适的调温方法，并明确了相应的调节范围。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2386-2398. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2009-x汽油压缩燃烧(GCI)发动机具有低排放、高效率的优点，具有很好的研究前景，但在低负荷工况下应用困难。汽油具有低反应性的特点，在缸内热力学状态较低的情况下，燃料的滞火期较长，燃烧相相对滞后，会导致燃烧循环波动增大，甚至难以点燃等不良燃烧现象。为了提高GCI发动机在低负荷工况下的燃烧稳定性，扩大低负荷燃烧边界的极限，在重整温度为488 K、重整当量比为8的边界条件下，对汽油进行无催化剂重整，用气体检测仪测定重整产物的浓度。随后，在低负荷工况下，研究了改造后的产品与火花塞与汽油压缩点火(GCI)发动机的耦合，分析了其对发动机燃烧和排放的影响。结果表明:低负荷GCI发动机的初燃时间较晚，但加入改造产物可提前燃烧阶段，缩短燃烧时间，减少单循环NOx排放，改善GCI发动机的小负荷运行特性。在加入改造产物的基础上进行火花塞耦合点火，可以进一步改善低负荷GCI发动机的燃烧稳定性问题。火花塞点火位置越下移，优化效果越明显。但火花塞点火会造成局部高温区，导致NOx排放增加。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2399-2412. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2040-y
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热科学学报. 2024, 33(6): 2413-2425. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2045-6当半焦在循环流化床内与高硫烟煤进行混燃时，炉内脱硫的必要性会增加。在此期间，石灰石，作为一种广泛使用的脱硫剂，对NO的排放也会产生影响。为了探究它在混燃过程中对NO排放的影响机理，本研究在循环流化床实验台和固定床反应器中均开展了燃烧实验。研究结果显示半焦中掺混烟煤会改变燃料中氮的赋存形式，更多的燃料NO会在挥发份析出阶段释放。在脱硫过程中，石灰石的煅烧会生成CaO，其对NO的氧化和还原反应都具有催化作用，它们的催化强度共同决定了对NO排放的最终影响。当掺混比例为50%的半焦/烟煤混合燃料（SC50BC50）在900°C下燃烧时，NO排放量在Ca/S=0~4范围内呈现先增加后降低的趋势。与半焦单独燃时的情况相比，在相同的Ca/S摩尔比下，混合燃料中的半焦有更多的机会与CaO接触，从而使NO的异相还原反应得到强化。当燃烧温度从800°C增加到1000°C时，石灰石对NO排放的影响从促进转化为抑制作用，这是因为较高的燃烧温度不仅能强化循环流化床密相区中NO前驱物的催化还原，还可以加强稀相区中NO与未燃尽碳之间的反应。此外，对于半焦和SC50BC50，气氛中较低的O2浓度同样有利用强化CaO对NO-char还原反应的催化作用，因此相比没有石灰石的情况，燃料N向NO的转化会受到抑制。本研究取得的成果有利于实现半焦和烟煤混燃时NOx和SO2的协同控制。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2426-2436. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2044-7运载火箭飞行过程中由于喷管欠膨胀射流相互挤压所形成的高温逆流会对火箭底部造成强滞止对流加热，这将严重影响运载火箭飞行安全。因此运载火箭热环境研究一直以来都是热防护研究中的热点。双喷管发动机布局由于其独特的结构特征，在飞行过程中运载火箭更容易受到底部高温气体循环区的影响。特别是在跨音速阶段，火箭底部流场结构的显著变化会对回流区产生强烈影响。本文主要研究了双喷管发动机布局运载火箭在飞行马赫数为0.6到3.0范围内的底部热环境。研究结果表明，在跨音速阶段，自由流马赫数对火箭底部的热环境有显著影响。当马赫数从0.6增加到1.0时，火箭底部的对流热流密度提升至原来7.7倍。该现象主要是由于当飞行速度超过音速时，超音速来流自由剪切层与羽流剪切层相互作用造成的羽流诱导激波所致。激波与剪切层之间的相互作用加剧了回流区及底部自由流与高温逆流拐点处的湍流强度，从而导致更强的高温逆流。此外，还分析了在低海拔下火箭底部加热的原因，发现其机制不同于高海拔下由羽流相互作用引起的高温逆流滞止加热。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2437-2449. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2033-x同轴射流扩散火焰是微型推力器产生推力时普遍使用的一种燃烧方式。实际应用中，微型推力器燃烧反应发生在受限空间，用于表征推力器性能的比冲通常是在假设燃料完全燃烧基础上通过热力学计算得到，而燃烧过程中火焰行为变化改变燃烧效率进而对微型推力器的性能产生影响。本文通过实验和数值模拟研究受限空间内同轴射流扩散火焰的稳定特性，以甲烷、氢气和丙烷为燃料，重点关注受限比和燃料性质对火焰附着、推举和吹熄行为的影响，射流速度覆盖CH4和C3H8火焰冷熄到吹熄范围。在本研究的射流速度范围内，氢气火焰始终处于附着状态，随着射流速度的增加，火焰顶端从闭口变为开口。在较小受限空间内，CH4和C3H8火焰经历从附着、推举直到吹熄的过程，在受限比较大时，CH4火焰经历从附着到吹熄的过程。相关研究结果提供了受限空间内火焰稳定性的基础认识，并为推力器的设计提供了可参考的燃料燃烧的基本特征数据。
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热科学学报. 2024, 33(6): 2450. https://doi.org/10.1007/s11630-024-2067-0
