目录|2024年第10期

摘要：氢是最佳能源载体之一，硫–碘（S-I）循环作为极具潜力的热化学循环制氢技术而被广泛关注。HI-H2O-I2（HIx）溶液是S-I循环核心环节Bunsen反应中的主要流体形态。不同温度组分下HIx溶液的密度数据对Bunsen反应器设计、液相分离过程分析等具有重要意义。本文综合分析了已发表的HIx溶液密度数据，基于比体积与活度系数关系，分别采用ELECNRTL模型和Wilson模型建立了理论密度模型。此外，基于热膨胀率建立了半经验密度模型。结果表明，采用ELECNRTL模型建立的理论密度模型的平均相对偏差（ARD）为6.95%，在模型中未考虑短程作用带来的影响，说明在HIx溶液中短程作用不可忽略；采用Wilson模型建立的理论密度模型的ARD为1.21%，在低HI和低I2浓度条件下具有较高的预测精度；采用基于热膨胀率拟合密度的半经验密度模型具有最高的计算精度，在假设热膨胀率与比体积具有二次关系时，ARD为0.93%。

摘要：温度分布是决定固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell, SOFC)单电池/电堆性能的重要参数，也是导致SOFC电堆内各部件产生热应力的关键所在。全面了解SOFC单电池/电堆在真实工作状态下的温度分布，对于研究其基本工作性能，分析和缓解其性能衰减，延长其使用寿命具有至关重要的作用，在强化电池性能、改进电池结构以及完善电池模型等方面具有重要的指导意义。本文介绍了SOFC内温度分布的各种实验测量技术原理及其应用，分析并评述了各测温技术应用到SOFC温度测量研究中的优缺点及其适用场合，这对SOFC单电池/电堆的热特性准确性测量和性能分析具有参考价值。

摘要：随着离心压气机压比的不断提高，径向扩压器逐渐成为制约高压比离心压气机稳定性的关键因素之一，以某高压比离心压气机为研究对象，利用数值方法开展了扩压器自循环流动控制研究，详细讨论了扩压器自循环流动控制对离心压气机性能和内部流动的影响机理。结果表明，在不同转速下，自循环流动控制的效果不同，100%转速时该流动控制方法能够使其流量裕度提高3.5%；而在非设计转速下，该流动控制方法无法带来稳定裕度的提升。通过对流场的分析发现，100%转速近失速工况下，该流动控制方法通过引入一股与主流方向垂直的射流，减小了扩压器入口马赫数，使发生分离的临界攻角增大，抑制扩压器吸力面流动分离，从而提高离心压气机稳定工作裕度。

摘要：针对金属丝网槽机匣处理的扩稳效果，在一台单级低速压气机上进行了一系列的特性实验，对金属丝网槽的轴向位置、轴向宽度、金属丝网目数等敏感性参数进行了研究。25 mm槽宽的最佳轴向位置在距叶尖前缘25%弦长处(失速裕度可提高24.52%),15 mm槽宽则为16.7%弦长处(失速裕度可提高13.15%)；槽宽的增加对扩稳有益但也增加了效率损失；目数增大时，扩稳效果降低，同时效率损失有所减少。进一步通过数值模拟，从流动细节及叶片载荷的角度对其扩稳机理进行探究，发现其改善了叶尖流动，并对叶尖区域的载荷进行了重新分配。

摘要：以某典型高压涡轮平面叶栅为研究对象，分别研究了槽缝射流导致的端壁静压变化对3种造型幅值下的非轴对称端壁造型气动、冷却及换热特性变化规律。结果表明：MFR=0.75%时，随造型幅值增加，总压损失逐渐减小，叶栅总压损失系数最大可降低2.208%；端壁造型可显著增加高冷效区面积，但叶片前缘至55%Cax范围内的横向平均气膜有效度降低；对于传热特性而言，端壁造型可以削弱前缘及通道中后部的换热强度，造型幅值越大，削弱效果越明显，面平均换热系数最大降低7.11%；基于带有槽缝射流的端壁静压分布进行造型更有利于提高端壁的冷却特性，降低换热强度。

摘要：非轴对称端壁技术能够有效减小横向二次流带来的气动损失，提升涡轮效率。为了评估不同来流条件下非轴造型在涡轮叶栅中的作用效果，以高压涡轮的静叶叶栅上端壁为研究对象。在0°攻角条件下以涡轮的出口总压损失为优化目标进行了叶栅非轴对称端壁的造型和优化，研究得到了一种能够有效减小叶栅二次流动能和气动损失的非轴造型，并在变攻角情况下对该造型的损失控制效果进行了分析。结果表明：在所考察的攻角范围内，本研究使用的非轴对称端壁造型均能有效降低叶栅气动损失，且该造型对几个主要的二次流结构的作用效果在不同攻角下没有太大的变化；在二次流强度较弱的负攻角条件下，造型对马蹄涡结构的控制效果相比于其他攻角条件更为显著。

摘要：肺动脉高压是以肺动脉压异常升高为特点的一种致命性疾病，且直接受肺动脉血流动力学影响，肺动脉的血流数值模拟用于临床医疗极具有应用前景。本文基于正常受试者与肺动脉高压患者的电子计算机断层扫描(CT)图像进行三维建模以模拟肺动脉及其复杂分支内血液流动，并进行血流动力学分析。结果发现正常受试者与肺动脉高压患者的肺动脉模型形态具有显著差异，患者左右肺动脉血流分配比失衡，分支处出现异常流动。肺动脉高压患者整体壁面压力较高，肺动脉近端出现大范围的低壁面切应力区，平均壁面切应力低于正常受试者。肺动脉的血流数值模拟可为发病机理及临床诊断提供参考。

摘要：多孔传输层在质子交换膜电解槽中起到气水分配和电子导通的作用。本文采用快速脉冲电沉积的方法构建了具有均匀纳米花团簇结构的镀铂钛毡，该镀铂钛毡具有较低的阳极气泡黏附性，能有效排除钉扎在钛毡表面的气泡。相较于未处理的商用钛毡，脉冲镀铂钛毡能显著降低电解槽运行过程中的传质损失和欧姆损失，在1.5 A·cm-2的中低电流密度下电解电压低至1.69 V。采用流体体积法对不同润湿特性下的多孔传输层气液流动过程进行了探究，发现超亲水的脉冲镀铂钛毡具有最低的氧气占比和最短的气泡突破时间，能有效排出催化层产生的气泡，减少了电解过程中的传质损失。

摘要：以空间核动力技术为核心的空间动力系统由于其抗辐射能力强、体积小、寿命长、重量轻等优点，已成为最具前景的未来空间动力系统之一，具有良好的发展前景和重要的研究意义。本文针对竖直管道内液态铅铋的强迫对流问题，采用格子Boltzmann模型，利用相似原理对格子单位和真实物理单位下的量纲进行转换，研究不同重力条件下竖直管道内液态铅铋合金强迫对流换热特性。研究结果表明重力对换热性能具有较大影响，随着重力的增加，液态铅铋合金的换热能力逐渐增强，温度进入充分发展的位置越靠近出口。

摘要：为了探究高压气体作用下段塞在管道内的运动学特性，利用三维CFD数值模拟实验，研究了单个高速运动段塞在含弯头空管中的冲击压力及其运动过程中的质量脱落。研究发现，段塞质量脱落系数与其运动距离成正比，且与驱动压力无关；质量脱落率与运动距离有关，与后方驱动压力及段塞初始长度无关。基于所得质量脱落率，建立了一个新的一维数学模型，并对计算结果进行了验证。结果表明，数值模拟和理论计算结果与实验结果吻合良好。此外，从段塞质量脱落的角度合理地解释了之前学者的实验发现：当段塞运动距离大于其初始长度的5倍时，段塞将被驱动气体贯穿，从而使冲击力幅值大幅下降的现象。文章提出的一维数学模型可指导实际工程应用。

摘要：在流场测量中往往存在较大速度变化的区域，所获得测量图像若出现高速模糊的情况，则会出现单独使用现有PIV/PSV方法不能完全准确描述速度场的情况。本文提出一种结合PIV-PSV的图像处理方法，通过将高速度梯度图像进行高速度区域与低速度区域的拆分后，分别使用PIV和PSV方法进行对应处理，最终将结果进行整合，该方法相对于使用单一方法处理的准确度有超过2倍以上的提升，该方法具有进一步提升的空间以及处理三维速度场的可扩展性。

摘要：微通道内两相流动中，分散相尺寸的大小和分布决定了相间热质传递性能。利用数值模拟方法，研究了大气液流速比情况下十字型微通道内分散方式和流速对液相分散过程的影响，发现对称式垂直流剪切分散方式较对称式错流剪切分散方式对液相的分散效果更好，流速提高在降低液相分散尺寸、提高两相流动扰动的同时，弱化了两种分散方式对液相分散效果的差距。分析了液相分散过程中气液两相流动体系内界面张力、黏性力、惯性力、通道压力等作用力的协同作用过程，揭示了分散方式和流速对液相分散过程的影响机制，并初步建立了对称式垂直流剪切分散方式下的液相分散模型，为强化微通道内气液两相流动热质传递性能及微通道的实际应用提供理论依据。

摘要：本文建立了GE-E3高压涡轮第一级动叶前缘复合冷却模型，利用流热固耦合传热方法数值研究了冲击–气膜复合冷却和旋流–气膜复合冷却的流动换热特性，考虑了实际主流对前缘复合冷却效果的影响。在此基础上提出了内部凸脊通道的强化旋流–气膜复合冷却新型结构，分析了不同吹风比下前缘冷却模型的流场结构和传热分布。结果表明：在研究范围内，与冲击冷却相比，旋流冷却具有更均匀的传热分布和更低的压力损失；旋流在光滑内壁的冷却通道中平均努塞尔数可以提升17.6%以上，前缘平均综合冷效可以提升4.7%～7.2%，冷气端压力损失可降低4.7%～5.1%；而凸脊结构进一步强化了旋流冷却，内部冷却通道的平均努塞尔数可以显著提升37.7%以上，平均综合冷效可以提升6.1%～11.8%，压损可降低3.9%～4.1%。

摘要：硅通孔(Through Silicon Via, TSV)结合层间微通道冷却技术是解决高热流密度三维集成电路(Three-Dimensional Integrated Circuit, 3-D IC)散热问题的有效手段。基于数值模拟研究了多种TSV针肋截面形状以及纵横比的微通道流动换热过程，综合评价了TSV结构对流动换热性能的影响。结果表明，TSV针肋对于流场的扰动作用抑制了热边界层的发展，有效降低了芯片平均温度；针对顺排结构，纵横比为0.93的圆形截面TSV综合性能最优，综合性能评价因子(Performance Evaluation Criteria, PEC)为1.14；在错排结构中，纵横比为1.00的三角形截面TSV综合性能最优，PEC为1.24。研究结果为微通道热沉的设计制造提供了理论依据。

摘要：为了研究温度对MgO颗粒与碳酸钙混合污垢的影响，采用分子动力学模拟方法分析温度对体系内混合污垢的成核特性以及在换热表面混合污垢形成的影响。结果表明，随着温度的升高，MgO颗粒表面水合层和离子周围水合层致密程度减弱，离子的扩散系数增大，加速了体系中MgO颗粒与碳酸钙离子形成混合团聚物的速率。同时，温度的升高会导致换热表面吸附层中水分子数减少，所吸附的离子数增加，离子与颗粒沉积在换热表面概率增大，且沉积的团簇结构更加紧密，更容易促进换热表面混合污垢的形成。

摘要：扫描探针光刻技术可实现10 nm以下的材料加工，为微纳加工技术带来新的发展方向。但在该技术中针尖与样品间热量传递是影响材料温升和加工效果的关键因素。本文设计了一种金纳米针尖阵列支撑的单层石墨烯结构，在真空条件下，针尖与石墨烯间接触热阻是影响结构温升的主要因素。首先评估金纳米针尖阵列在532 nm激光作用下近场增强因子约为3.2，其次，结合实验和仿真，测定金纳米针尖阵列与石墨烯间接触热阻约为4.6×10-5（m2·K）/W。

摘要：随着电子设备不断发展和集成度的提高，设备内部的热问题也越来越严重。在热循环过程中，由于材料的热膨胀系数失配，会引发大量的热应力，从而导致一系列热可靠性问题。调控材料的热膨胀系数对于改善电子设备的热问题至关重要。本文采用分子动力学模拟方法对石墨烯-铜纳米复合材料的热膨胀系数进行了研究。研究结果表明：通过引入石墨烯能够有效降低铜基材料的热膨胀系数，随机分布掺杂具有各向同性；定向掺杂的石墨烯-铜复合材料具有各向异性，这是由于石墨烯原子层之间结构的紧密排列和强键合力，有效地限制了铜基体的膨胀。与平行方向相比，垂直于石墨烯方向具有更低的热膨胀系数和弹性模量。

摘要：本文提出了一种带翅片的双层管槽式太阳能梯级集热系统(强化PTR)，并建立数值模型研究其流动、传热和集热性能，在翅片体积一定的条件下，研究了翅片的结构参数对强化PTR性能的影响规律。研究结果表明，相较于传统PTR，强化PTR在整个圆周上，吸热管外壁面的温度和朝外热流密度显著降低。在本文研究的翅片结构参数范围内，强化PTR的传热性能和流动阻力增加为光滑圆管的1.83～3.45和3.99～7.25倍且综合传热性能为1.16～1.78；强化PTR的热损降低了42.4%～47.8%，泵耗功率增加了331%～691%，集热效率提高了1.71%～1.93%；高温/低温流体集热率的取值范围分别为55.12%～55.69%和15.31%～15.69%。

摘要：窄缝通道换热技术是一体化小型模块式反应堆发展的关键技术之一。基于窄缝沸腾换热原理的换热器具有结构紧凑和换热能力强等特点。本文采用基于欧拉–欧拉法的两流体模型以及RPI壁面沸腾模型对矩形窄缝通道内流动沸腾进行模拟，本文系统分析了不同封闭子模型的选择（包括汽泡脱离直径dw和汽化核心密度Nw）对流动沸腾中汽泡参数、传热及流场预测的影响。基于模拟结果下不同封闭模型的选择，提出了适用于矩形窄缝通道内流动沸腾且工况适应范围较广的汽泡参数子模型的优化组合。研究结论可为反应堆换热元件和紧凑式换热器设计计算提供参考依据。

摘要：折线型印刷电路板式换热器具有强化传热能力，是超临界二氧化碳布雷顿循环中回热器的重要候选对象之一。本文就折线流道纵向节距长度对工质流动换热特性的影响规律和新型传热关联式进行了研究。在研究工况参数范围内，30?折线流道纵向节距在3倍到11倍流道直径范围内增加时，对流传热能力变化较小，纵向节距进一步增加到13倍流道直径时，其对流传热能力下降；10?折线流道纵向节距在3倍到13倍流道直径范围内增加时，其对流传热能力逐渐增加。分析表明，该现象主要由折线流道弯折处二次流的产生、转移和耗散所引起。进一步构建了包含纵向节距的新型宽适用范围传热关联式。

摘要：为了探索海水降膜蒸发过程中液膜内的组分分布、传质现象与传热过程的关联，建立了氯化钠溶液沿竖直平板降膜蒸发过程的二维传热传质模型。采用基于有限元方法的COMSOL Multiphysics软件，计算了液膜内温度、氯化钠浓度、液膜局部传热系数和传质系数的分布以及不同溶液分子扩散系数时界面蒸发情况。氯化钠溶液降膜蒸发过程中，传热传质相互耦合，膜厚方向上温度与氯化钠浓度的反向分布对溶剂的界面蒸发有抑制作用。

摘要：本文研究了一种以涡流片结构作为火焰筒头部旋流装置的RQL燃烧室的结构参数对燃烧室燃烧性能的影响。采用数值模拟研究了主燃孔、涡流片数、淬熄孔轴向位置、淬熄孔内外环数及淬熄孔类型对燃烧室内的流动、燃烧性能及NOx排放特性的影响。结果表明，燃烧室富油区内的流动是靠涡流片与主燃孔的有效配合来实现的。涡流片的数量是影响富油区内回流区的形状及大小的主要参数，通过优化涡流片数量可以获得所需要的流场；淬熄区通过淬熄孔快速射流完成由富油向贫油的瞬间过渡，且防止接近理想当量比的NOx生成量大的区域；淬熄孔的轴向位置、类型等结构参数是影响燃烧性能的主要结构参数。

摘要：本文采用零维计算和二维直接数值模拟，对初始空气温度1200 K和压力607950 Pa下的液雾两相正庚烷/空气自点火过程展开研究。受到液滴蒸发影响，空间内形成较大的温度、浓度分层，空间内同时存在高温化学反应与低温化学反应，并且出现低温化学反应滞后于高温自点火、高温热焰将低温反应区包裹的现象。液雾自点火高温着火核所对应的最易着火混合物分数位于贫燃侧，且大于0D中仅考虑蒸发导致浓度及温度分层的情况的结果，更接近于当量混合。通过0D计算，可以预估流场中可能会发生的自点火类型，定性确定着火位置的分布，以及相应的点火延迟时间。

摘要：试验研究了低压环境下不同进口压力、温度和马赫数对蒸发槽火焰稳定器点火火焰演化特征和点火延迟时间的影响。研究发现，进口温度的升高会增大火焰投影面面积和火焰增长速率、减小点火延迟时间，且点火延迟时间的减小趋势随着温度继续升高而减弱；进口压力的增大同样使得火焰投影面积增大、点火延迟时间逐渐减小；随着马赫数的逐渐增大，火焰增长速率和火焰投影面面积先增大后减小，点火延迟时间先减小后增大。

摘要：基于低p H浸洗促进高碱煤中碱金属和碱土金属（AAEM）的增溶原理，将电厂烟气（CO2）作为酸源并将余热资源化利用，团队前期开发出一种针对高碱煤的热烟气强化水洗脱碱技术（FG-WL）。本文对不同形态AAEM的脱除及关键参数的影响规律和机制进行了较详细讨论，通过动力学计算确定AAEM不同时间段的控制步骤和参数。结果表明，FG-WL的温度从25?C升至60?C，高碱煤120 min的脱钠率从80.7%升至94.7%,40 min的脱钙率从32.5%提升至38.7%；处理0～40 min的碱金属（Na、K）脱除主体为水溶态，且为固膜扩散控制，40 min后以醋酸铵溶态为主，且为化学反应控制；碱土金属（Ca、Mg）的全程以醋酸铵溶态脱除为主并伴随部分盐酸溶态，且为固体膜控制。本研究可为此方法的工艺优化和参数调节提供一定指导。

摘要：随着垃圾焚烧烟气排放标准的提高与国补退坡，垃圾焚烧行业亟待高效洁净的新技术。本文以解耦燃烧原理作为技术支撑，在300 t/d垃圾焚烧炉上通过循环再热烟气构建干燥热解区，抑制NOx生成。结果表明，循环再热烟气（270?C）注入焚烧炉的底部炉排第一单元和第二单元效果较好，NOx排放浓度可控制在200 mg/m3（标准工况）以下；随着再热烟气量的增加，NOx降低幅度增大，当再热烟气循环比超过6.22%后，对焚烧工况产生不利影响。相比传统燃烧（TC）和烟气再循环（FGR）工艺，解耦燃烧（DC）能更好地抑制NOx生成，NOx生成量降低43.1%。解耦燃烧试验未对灰渣的烧失率有明显的影响，烟气中O2含量下降至TC的2/3。解耦燃烧投用，吨垃圾运行成本比TC节约5元，为垃圾焚烧运行调控和节能改造提供参考。