热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2019年第6期

• 基于火积理论的多级套管式相变蓄热系统优化

  王慧儒,刘振宇,吴慧英

  本文基于最小火积耗散热阻原理，在考虑相变材料导热热阻以及非稳态传热过程的基础上，对多级套管式相变蓄热系统的融化温度进行了数值优化，获得了最优融化温度分布。在此基础上，研究了相变材料导热系数和传热管长度对最优融化温度、火积耗散热阻和平均蓄热速率的影响。研究结果表明，与现有理论优化方法相比，本文提出的数值优化方法具有更好的适用性；优化后多级套管式相变蓄热系统可有效提高相变蓄热系统的平均蓄热速率，降低火积耗散热阻；随着相变材料导热系数增大和传热管长度增加，多级套管式相变蓄热系统最优融化温度的温差愈加明显，其强化传热性能呈上升趋势。

• 增强石蜡相变材料传热性能的实验研究

  杨宾,高丽媛,郝梦琳,刘杰梅

  添加高导热颗粒和增大换热面积是当前增强石蜡相变材料传热性能的主要研究方向。以此为基础搭建试验台结合数据采集系统对石蜡在圆管外的熔化凝固过程进行了实验测试,并对各测点的温度变化趋势进行分析,研究了添加不同纳米颗粒和加入金属肋片对换热过程的影响。结果表明,在石蜡溶液中添加纳米颗粒能够起到减小过冷度的效果同时有效增强相变材料的传热性能,添加纳米氧化铜颗粒的传热性能增强效果要优于添加氧化锌颗粒和二氧化硅颗粒；在储热系统中加入肋片能够显著提高相变储能系统的热性能,强化换热过程。

• GaAs纳米线晶格热导率温度和尺度效应及声子非弹性散射

  黄雪,王照亮

  为了深入理解砷化镓(GaAs)纳米线的微观热输运机理,采用平衡分子动力学的方法模拟其晶格热导率。基于声子态密度的频域特性和热流自相关函数的时域特性,分别研究温度、尺寸对纳米线晶格热导率的影响规律。结果表明,纳米线的热导率有明显的温度与尺度效应。随温度升高,其晶格热导率先逐渐增大后减小,300K左右达到最大值1.6 W/(m·K)；晶格热导率随长度、直径的增大均先增加后趋于稳定。砷化镓纳米线晶格热导率的温度和尺度效应均可用声子非弹性散射解释。模拟的热导率比体材料的值小一个数量级,模拟结果可为改善半导体材料的热电性能提供指导。

• 线-板结构离子风发生器强化通道内对流换热的数值研究

  孔令剑,张剑飞,王爽

  离子风发生器是利用电晕放电引起空气流动的一种装置。本文利用COMSOL Multiphysics软件建立了基于线-板电极结构离子风发生器的计算模型,对离子风发生器强化通道内对流换热的能力开展了数值模拟研究。针对入口风速、发射极电压、初速度方向以及电极水平间距这4个关键因素进行研究,分析了以上因素对强化换热效果的影响。模拟结果表明,在入口风速较小时,离子风对换热的强化效果更好;当发射极电压较高,离子风射流和主流方向相反时,离子风的扰动作用更剧烈,对换热过程有更加显著的增强作用。而电极水平间距则存在最优值,可以使换热效果达到最优。

• 高温宽粒径氧化铝颗粒辐射特性研究

  李本文,朱田田,王文凯,周瑞睿,张颖杰

  基于Mie散射理论研究了温度分布为400~1000℃，粒径分布为0.1~20.0mm的单个氧化铝颗粒的辐射特性参数。研究发现，当温度处于400~1000℃时，直径为3.0mm的氧化铝颗粒已基本满足大粒子辐射特性，而0.1~3.0mm的氧化铝颗粒衰减效率因子、散射效率因子、吸收效率因子随粒径的增加而急剧衰减，散射反照率随粒径的增加而急剧增加。基于最小二乘法对温度分布为400~1000℃，粒径分布为0.1~3.0mm的氧化铝颗粒辐射特性效率因子进行拟合，拟合优度达到0.999以上，表明可以利用此非线性回归方程对此温阈、粒阈氧化铝颗粒辐射特性效率因子进行较精确的计算。

• 径向错列翅片管内凝结对流换热数值模拟分析

  张元坤,衣秋杰,杨前明

  采用数值模拟方法，对径向错列翅片管内含不凝结气体水蒸气的凝结对流换热及阻力特性进行了综合分析。将编写的自定义函数（UDF）导入ANSYS Fluent软件，对新型强化管传热性能和阻力性能进行了数值模拟，并根据管长方向壁面上蒸汽质量分数的变化情况，讨论分析了凝结过程中翅片管传热性能的变化规律。分析结果表明：与光管相比，内翅片管的强化传热效果随翅数增多、翅片换热接触面积增大而更加显著；另一方面，翅片管的流动阻力相应增大，对管路换热产生不良影响。在所研究翅型范围内16翅y=2x2型翅片管综合强化换热效果更优；此外随着换热过程的持续，蒸汽凝结逐渐放缓；入口速度增大导致水蒸气凝结不充分，对换热效果的提升有一定制约。

• 仿生叶脉分形微结构表面的平板热管传热性能研究

  黄浩东,赵雨亭,马瑞鑫,王长宏

  基于植物叶片的蒸腾作用，以叶脉结构作为蓝本，设计了分形角度为50°、60°、70°、80°、90°的仿叶脉槽道结构，并将其应用于平板热管冷凝端。其中上一级槽道与下一级槽道的长度比、宽度比均为0.7，第一级槽道长度为16.0mm,宽度为2.0mm,深度为0.3mm，并且设置一组未经表面处理的平板热管作为对照。实验结果表明，分形角为80°时性能最优，其冷凝热阻最小可达39.42℃/KW，相比未经表面处理平板热管的热阻降低了40.29%;相对于传统的直槽道结构，置于冷凝端的仿叶脉槽道结构能极大地降低工质流阻，有利于工质回流。

• 基于大涡模拟的油滴群燃烧特性研究

  李科,刘宁普,孙婷,肖卓楠,周磊,周力行

  利用Matlab随机生成不同尺寸、位置信息的油滴群，采用一步总包反应机理对其进行大涡模拟，分析了不同来流速度、环境温度工况下不同颗粒数密度油滴群的燃烧特性及燃烧模态，统计出油滴的平均阻力特性、蒸发率以及气体湍流变动。研究表明，油滴群平均阻力系数随来流速度的增加呈现先减小后增大最后趋于稳定的趋势，约为单燃烧油滴的阻力系数的1/2；随环境温度的升高而增大，与来流速度成反比;气相湍流变动随环境温度增大而加剧，随颗粒数密度增加而减小;在油滴群燃烧特性下，蒸发率随环境温度的升高而增大，随数密度的增加而减小，随来流速度的增加而增大。

• 碱金属K对无烟煤灰熔融性的影响规律

  李晓明,张红,智丽飞

  借助灰熔融性测定仪、X射线荧光光谱分析仪和热力学计算软件FactSage考察了不同比例的碱金属K对山西典型无烟煤煤灰熔融性的影响规律。结果表明：当K2O的添加比例为10%时可有效降低无烟煤灰的熔融温度，而K2O的添加比例超过10%时，煤灰熔融温度有上升的趋势；当K2O的添加比例为10%时，灰中的主要耐熔矿物质石英（SiO2）、白榴石（KAlSi2O6）和钙长石（CaAl2Si2O8）等完全分解，是煤灰的熔融温度降低的主要原因。

• 基于快速冷却取样方法的正癸烷热裂解研究

  周凌霄,张天昊,朱权

  根据碳氢燃料热裂解反应的特性，通过将冷却燃料直接与高温裂解产物混合的方法建立了一种碳氢燃料高温裂解的快速冷却取样实验方法。基于该方法，详细研究了正癸烷在超临界压力下的热裂解反应。通过对产物组成和分布的分析，得到了正癸烷热裂解的基本规律。结果表明，对于正癸烷的裂解产物，其选择性随转化率的提高基本保持不变，符合等比例产物分布模型。在此基础上，使用Chemkin Pro软件对实验进行了模拟从而验证了该实验方法的可靠性。

• 堆码间隔对充气保温果蔬冷库热湿环境影响的数值模拟研究

  刘泽勤,徐静

  温度场和湿度场是影响果蔬贮藏和运输品质的两个重要因素。以充气保温果蔬冷库为研究对象，采用香蕉为试验物料，结合SIMPLE算法和有孔模型，运用Ansys Fluent分析方法，探讨了三种堆码间隔对果蔬和冷库的温度场及相对湿度场的影响。结果表明：果蔬间隙为0.50m的第三种堆码间隔方式下，果蔬的温度场最均匀，在水平方向和竖直方向上均无热力分层现象且相对湿度范围在92.2%-93.2%；果蔬间隙为0.25m的第二种堆码间隔方式次之，果蔬的温度场在竖直方向上存在明显的热力分层现象且相对湿度范围在90%-92%；无间隙的第一种堆码间隔方式最差，果蔬的温度场在水平方向上存在明显的热力分层现象且相对湿度范围在87.0%-91.0%，故得到果蔬在实际堆码方式中应按间隔为0.5m的第三种堆码间隔方式贮存。

• 基于全生命周期的地热发电系统环境影响评价

  赵军,尹洪梅,王永真,陈桂兵,胡立凯,安青松,刘良旭

  为明确不同类型地热发电系统“获取、转化”环节的钻井、建设、运行、退役等不同过程对地热发电系统的环境影响贡献,本文建立了基于热力学优化模型的闪蒸/双工质地热发电系统全生命周期环境影响评价模型。进而,选取西藏羊八井、广东丰顺、华北油田及青海共和四种典型地热热储,整理和收集了我国地热发电系统的环境影响全生命周期环境影响清单,分析了地热发电站六个不同过程对三个主要环境影响潜值评价指标：酸化潜值、富营养化潜值和全球变暖潜值的影响规律。发现钻井完井过程分别平均占到地热电站酸化潜值、全球变暖潜值和富营养化潜值的46.28%、45.90%和27.52%,地下系统和地上系统的环境影响贡献相当；地热梯度与地热电站的全生命周期环境影响潜值有着负相关关系,梯度越大,环境影响潜值越低。。

• 燃气隧道窑热工测试与节能分析

  陈志光,杨钧,秦朝葵

  我国工业炉窑是能耗大户，总体水平较低，具有相当大的节能潜力。论文以某高铝砖隧道窑为测试对象进行了详细的热工测试，测量了炉气温度、烟气参数、干燥段的气流参数以及各主要壁面的温度，通过计算窑车及物料带出的热量、干燥段排气热损失、排烟热损失和壁面散热损失等参数，对隧道窑进行了热平衡分析。结果表明所测试隧道窑的热效率为33.4%，造成热损失的原因包括，砖坯码放方式、干燥段气流组织不合理、助燃空气量过大、围护结构保温性能差等，通过改善急冷段和干燥段气流组织，减小预混空气量，增强窑顶和烧成段保温等措施可实现该类隧道窑的节能。