热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2019年第4期

• 石墨烯泡沫热物性与界面热导温度相关性研究

  杨波,李茂东,高建树,吴昊,廖冬梅,岳亚楠

  石墨烯泡沫是将石墨烯立体化形成的复合材料，在锂离子电池等领域有较好的应用前景，而其导热性质成为限制工业应用的重要因素。基于瞬态电热技术，研究了石墨烯泡沫的导热性质及其随温度的变化。结果表明，不同于Umklapp声子散射机理，石墨烯泡沫的热导率随温度呈正相关性：由室温至373 K时，热导率由0.71 W/m·K升高至1.10 W/m·K。分析发现，泡沫内部的大量界面是其低导热性质的主要因素。利用分子动力学模拟验证了石墨烯与基体材料间的界面传热随温度成正相关，与宏观材料测量结果相符。

• 两种石墨烯修饰的复合热界面材料的制备及热性能的研究

  张振宇,余浩刚,唐波

  采用化学氧化还原法制备的石墨烯和化学气相沉积法制备的三维网状石墨烯共同作为导热填料改性环氧树脂，研究导热填料质量分数的变化对环氧树脂热导率的影响，并进一步测定复合热界面材料的热导率在高温下的稳定性。结果表明，当石墨烯-三维网状石墨烯的质量分数为0.2(石墨烯和三维网状石墨烯的比例为1:9)时，可使环氧树脂的热导率提高2 400%。三维网状石墨烯的三维网状结构和石墨烯的表面官能团对复合热界面材料的热导率具有显著地影响,三维网状石墨烯为声子提供了快速传输通道，而石墨烯的表面官能团能促进环氧树脂与石墨烯之间形成良好的接触，降低界面热阻，在石墨烯和三维网状石墨烯的协同作用下可提高复合热界面材料的热导率。此外，可以通过优化导热填料的尺寸，提高复合热界面材料热导率的稳定性。

• 一体式重力再循环冷风机传热系数预测模型的计算

  李延贺,臧润清,张秋玉

  为选取适用于计算一体式重力再循环冷风机传热系数的预测模型，在冷凝温度30.00℃，库温0.00℃、-5.00℃、-10.00℃、-15.00℃、-20.00℃、-25.00℃和-30.00℃工况下，依据实验结果计算得冷风机传热系数,与采用公式模拟计算获得的冷风机传热系数进行对比分析。结果表明，当库温低于-20.00℃时，可采用J.Chawla和流体横向流过肋片管束关联式，误差维持在8%以内；当库温高于-20.00℃时，可采用Shah和横向流过肋片管束关联式，误差在15%以内。

• 旋流杯矩阵下游冷态流场特征分析

  邓 甜,陈 伟,高绪万

  基于分级贫油直射燃烧概念的多点喷雾燃烧室在降低航空发动机氮氧化物排放方面显示出极大的潜力，在传统航空发动机燃烧室模型的基础上构建了相邻旋流杯旋转方向相同（顺转）和相反（逆转）两种3*3旋流杯矩阵，数值计算采用可实现k-ε湍流模型，对比分析了旋流杯矩阵下游流场特性。结果表明，对于逆转旋流杯矩阵，部分旋流杯下游回流区相互靠近，而且回流区的长度与回流速度均大于顺转旋流杯矩阵情况。这有利于维持火焰稳定，但燃烧情况下气流在高温环境中滞留时间增加，不利于降低氮氧化物排量。对于顺转和逆转两种旋流杯矩阵，下游回流区边缘处湍流动能最大值与湍流动能分布相似。

• 青岛地铁地下站厅层工作区冬季热环境研究

  刘建伟,王者永,单朋,李旺,王金玉,王翠苹.

  我国北方城市冬季地铁站内厅层工作区热环境特性对工作人员热舒适感非常重要。以青岛城市地铁有代表性的两个地下站的站厅层工作区热环境为研究对象，实验跟踪测试了站台层屏蔽门上部溢流活塞风扩散至站厅层的风量及气流温度变化规律；继而对厅层进出口自然流通的新风进行了风量和温度测试。实验研究发现，站厅层工作区的风速和气温受溢流活塞风和新风的耦合作用，呈现的周期性频率近似于溢流活塞风，而温度接近于新风，则站厅层热环境明显偏离常规热舒适性。面向站厅工作人员热环境及热舒适性进行研究，获取了青岛地铁地下站厅层工作区冬季热环境的特性。

• 果蔬预冷冰浆式湿冷热湿交换器性能实验

  王子安,武卫东,余强元

  针对果蔬预冷设备应用场合，提出并设计了一套以冰浆作为载冷介质的湿冷热湿交换器，并搭建单体性能测试台架，以出风温度和相对湿度为指标，通过改变填料类型（金属、纸质填料）、载冷介质种类（冰浆、冷水）和喷淋流量进行了性能实验研究。结果表明：实验工况下，金属填料的换热性能较纸质填料好；以冰浆作为载冷介质相比以冷水的情况，可以获得更低的出风温度，但出风相对湿度也有所降低；随着进风干球温度的降低，出风温度明显降低，而出风相对湿度变化并不明显；在一定范围内，提高载冷介质的喷淋流量，有利于湿冷热湿交换器出风温度的降低和出风相对湿度的升高；低浓度的冰浆可以在湿冷热湿交换器中稳定运行，且降温效果较冷水湿冷热湿交换器更加明显，虽然相对湿度略有下降但仍然可保持在90 %左右，适用于果蔬预冷和保鲜。

• 波瓣形喷嘴对蒸汽喷射制冷性能影响的实验研究

  董景明,王威宁

  在能源紧缺的今天，蒸汽喷射制冷作为一种节能的制冷方法而备受关注。针对蒸汽喷射制冷系统设计了四种波瓣形喷嘴，在不同工况条件研究波瓣形喷嘴对蒸汽喷射器性能的影响。在工作蒸汽温度分别为110、120、130℃，引射蒸汽温度为5、10、15℃的工况条件下，对四种波瓣形喷嘴进行性能实验研究。实验研究结果表明：六波瓣喷嘴相对其他喷嘴具有更高的COP。在工作蒸汽温度为110℃和引射蒸汽温度为15℃的条件下，六波瓣喷嘴的COP达到最大值0.698。在工作蒸汽温度为130℃和引射蒸汽温度为15℃的条件下，六波瓣喷嘴的临界冷凝压力达到最大值3.674kPa。

• 基于性别的严寒地区高校教学楼自然通风热舒适性研究

  代金,姜曙光,徐鑫,吴梦云

  严寒地区夏季采用自然通风作为被动式降温手段，改善空气品质的同时减少能耗，其热舒适性会受到多因素影响。对严寒地区夏季自然通风条件下两种建筑布局的高校教学楼热环境进行实测，对影响热舒适的三种因素，温度、湿度以及受试者体重指数（bady mass index,BIM)进行调查研究，基于在室人员不同性别，进行差异性、相关性和显著性对比分析。结果表明，内廊式教学楼较中庭式教学楼有更好的热舒适性；操作温度与热舒适性密切相关，中性温度为27.96℃，其中男性为27.51℃，女性为28.26℃；相对湿度与操作温度负相关，且对热舒适性有较大影响；BMI与热舒适性呈现较低的相关性，其并不能明显影响热舒适性，但相同BMI下，男性热感觉略高于女性；利用Griffiths评价模型能准确预测严寒地区夏季舒适温度。

• 地板辐射与下送风复合式供冷系统运行特性实验研究

  张东亮,黄晓庆,蔡宁

  测量地板辐射与下送风复合式供冷系统运行过程中的室内空气温湿度、围护结构表面温度等室内环境参数，分析室内温湿度、热舒适性、系统换热量的变化规律，并对室内空气环境进行影响因素分析。实验结果表明：室内空气绝对湿度较室内空气温度达到稳定需要的时间更短；MRT（mean radian temperature)、OT(operation temperature)和PMV-PPD值在系统开启后第1.0h减小速率最大，1.5h后逐渐趋于稳定，此时，PMV约为0.49，PPD约为10%，在这舒适范围内；净辐射换热量、对流换热量和总换热量在系统开启的前1.5h内递增，之后趋于稳定，此时，辐射换热量约为37W/m2，占总换热量的47％；室内空气温度和作用温度均随室外综合温度、室外发热量、供回水平均温度和送风温度的增加而增加，当室外综合温度相对较低或较高，或室内发热量较低，或供回水平均水温较低时，室内空气温度和作用温度变化梯度较小；室内空气温度和作用温度随着送风温度呈近似线性增加。

• 叶片厚度分布对流道式叶片性能的影响分析

  冀春俊,李春阳,房俊翌,张雪薇,刘君男

  基于三维可压缩流体N－S方程和Spalart—Allmaras湍流模型，对多级离心压缩机中间级进行数值计算，研究了不同叶片厚度分布规律对流道式叶片性能的影响。通过分析不同模型级设计工况和变工况的特性及压力场、速度场分布，获得流道式叶片效率和损失分布的变化规律。结果表明：0.6倍厚度（即9.00MM)的叶片有最高的级效率82.82%和最大压比1.483，同原有叶片厚度的模型级相比较，整级效率增加1.46%。流道式叶片厚度的变化对压缩机稳定工况的范围影响不大。从近喘工况到堵塞工况，薄叶片在总体性能上优于厚叶片。在近喘工况下，旋涡区分布于叶片进口吸力面；近堵工况下，旋涡区分布于叶片压力面。

• 系统参数对超临界水冷堆子通道熵产影响分析

  吴刚,朱晓静

  利用流体力学计算软件CFX,采用结构化网格,研究系统参数如系统压力,热流密度以及质量流速对超临界水冷堆堆芯子通道内熵产行为的影响。湍流模型选择SSG雷诺应力模型,近壁面采用加强壁面处理方法。研究结果表明：系统压力对子通道熵产的影响有限,而热流密度和质量流速的影响则更为显著。随着热流密度的升高,传热对熵产的贡献增大,子通道内主流熵产增加；随着质量流速的升高,流体摩擦阻力对熵产的贡献增大,子通道内主流熵产减少。为了从热力学角度综合评估系统参数对主流熵产行为的影响,引入无量纲熵产数,进一步获得合理的热流密度和质量流速的系统参数设计方案,为超临界水冷反应堆的概念设计提供一定的理论指导。

• CuCe0.75Zr0.25Oy催化剂上CO自持燃烧实验研究

  李博,康润宁,魏小林,王子兵,宾峰

  针对转炉放散煤气传统的直燃排放造成严重的能源浪费和环境污染问题，采用溶胶凝胶法制备CuCe0.75Zr0.25Oy新型催化剂，研究了反应气浓度对CO自持催化燃烧的影响规律。结果表明，CO自持燃烧发生的临界条件为3%CO+3%O2/N2；CO与O2浓度的增大均促进了CO完全转化温度的提前，有利于CO自持燃烧反应的进行；随CO2浓度增大，导致CO完全转化所需炉温越来越高，不利于CO自持燃烧反应的进行。同时进行了CuCe0.75Zr0.25Oy催化剂的热稳定性实验研究，结果表明，10%CO+90%合成空气条件下，CuCe0.75Zr0.25Oy催化剂在100h内具有高热稳定性，催化剂活性基本保持不变，催化剂表面反应温度保持在310.0±3.0℃。

• NaAc在甲醇、乙二醇及三氟乙醇中的电导率实验

  吴曦,张鑫杰,徐士鸣,燕子腾,龚英

  逆电渗析法热-电转换系统工作溶液的电导性和热可分离性是影响系统能量转换效率的关键性质。为研究系统匹配工作溶液，分别选用低汽化潜热的甲醇、乙二醇及三氟乙醇（TFE）为溶剂，乙酸钠（NaAc）为溶质，建立电导率测试装置，实测了变质量分数、变温度条件下的溶液电导率。结果显示：NaAc在甲醇中电导率最大，并且随溶液温度的升高而进一步增大。实测了NaAc在混合溶剂（95%甲醇+ 5%水和90%甲醇+10%水）中的电导率，得到三元体系电导率随着组元水含量的增加而明显增大的结果。最后，用改进高斯振幅方程关联了上述溶液电导率。