热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2020年第1期

• 液相互扩散系数测量充注方法的改进

  张颖,占涛涛,陈俊帅,何欣欣,何茂刚

  采用Mach–Zehnder干涉法测量液相互扩散系数有利于对扩散机理进行进一步分析。对于黏度值较小的溶液，人工充注溶液时容易引起扰流，由此会导致浓度场产生混乱，进而使得数据处理发生畸变。本文设计的溶液自动充注装置采用步进电机驱动注射器，能有效改善对溶液充注速度的控制，明显提升实验的成功率和测量精度。此外，本文还引入了带自动捕捉功能的矩形窗函数，将图像处理所需的时间大致由25分钟缩短至5分钟。最后，利用改进的实验系统测量了0.33 mol·L-1的氯化钾水溶液的互扩散系数，所得实验结果与文献值相比具有良好的一致性，二者的相对偏差绝对平均值为0.58%。

• 基于流固耦合的离心式压气机叶轮叶片仿真研究

  王定标,韩落乐,王光辉,彭旭

  以某型离心式压气机叶轮为研究对象,利用ANSYS工程软件对叶轮进行单向流固耦合数值模拟。在综合考虑热载荷对叶轮叶片应力应变影响的前提下,建立叶轮单流道的三维流场模型,得到额定转速下压气机叶轮内部流场应力分布。将离心力、气动力和热载荷施加到叶片上,最终得到在离心力、气动力和热载荷三者共同作用下的叶片应力分布和叶片最大变形量,结果显示：相比仅考虑离心力和气动力影响的情况,在施加热载荷后,叶片最大应力增加7.62%,最大变形量增加24.69%。

• 蒸汽直接加热冷水的汽液界面压力振荡特性及其机理研究

  李树谦,卢涛,韩雯雯,高俊明,高桂芝,侯娜娜

  为探究蒸汽直接加热冷水过程中汽液界面瞬态压力振荡及两相流动特性,选用基于热平衡原理的凝结模型、大涡模拟湍流模型和流体体积分数多相流模型,对管道内蒸汽直接加热冷水过程进行了数值模拟,并将数值模拟获取的压力振荡与实验值进行了对比分析。结果表明,数值模拟获取的压力振荡时域特征与实验测量值吻合较好,汽液界面呈现显著的瞬态压力梯度波动,界面压力波动导致附近冷水流场结构发生瞬态剧烈变化。

• 回灌溶液温度对咸水层渗透性能的影响

  刘雪玲,李婉艺,刘金松,李帅

  作为清洁环保的供暖和制冷方式，季节性含水层储能与热泵技术相耦合，具有很好的经济效益和环境效益。然而，当咸水储层作为储能介质时，由于回灌溶液盐度和温度的变化会导致咸水层中粘土颗粒的释放、运移和沉积，引起孔隙通道的堵塞，造成储层的渗透性能降低。通过室内一维砂柱实验，对含有蒙脱石矿物成分的砂样，在不同回灌水头下采用不同温度的地下原水回灌时，溶液在砂样内的渗透系数变化进行了实验测试，分析了回灌温度对含水层渗透性能的影响。结果显示，随着回灌温度升高，溶液在砂样内的渗透系数减小；回灌溶液温度越高，渗透系数下降程度越大，当回灌水头为0.1 m时，回灌溶液温度由5 ℃升高至80 ℃，渗透系数下降了14 %；在回灌温度一定的情况下，回灌水头差越大，渗透系数下降的幅度越大，当回灌水头为0.2 m和0.48 m时，溶液在砂样中的渗透系数分别下降了16 %和18.2 %。通过定量地分析流体在储层内的渗透系数与回灌温度的变化规律，得到了不同回灌水头下，溶液渗透系数与回灌温度间的函数关系。

• 大型水平管降膜蒸发器管外热力参数分布计算分析

  王耀萱,侯全辉,龚路远,沈胜强

  将分布参数方法与三维有限容积数值计算方法相结合，对大型水平管降膜蒸发海水淡化装置内的海水蒸发过程进行了模拟计算，获得了海水温度、海水盐度、二次蒸汽流速等参数的三维空间分布。详述了传热系数、海水沸点升高、传热温差等参数的空间分布特征。为低温多效蒸发海水淡化装置的工作特征理论提供了支持，为海水淡化装置的大型水平管降膜蒸发器分析与设计提供了理论基础。

• 相变微胶囊悬浮液传热特性实验研究

  梁天生,苗玉波,徐洪涛,杨茉

  相变微胶囊(MPCM)在建筑节能领域应用广泛，为研究其传热特性，搭建了以水为换热流体(HTF)，微胶囊悬浮液为储能介质的潜热储能(LTES)系统。在实验过程中，通过改变换热流体的进口初始温度以及搅拌器的搅拌速率，获得了MPCM悬浮液的温度变化规律并计算了MPCM悬浮液的平均充放冷速率。实验结果表明：在充冷过程中，MPCM相变时温度变化速率减缓，相变温度区间较大，而在放冷过程中，MPCM相变时温度保持恒定，相变温度区间较小；未搅拌时，MPCM悬浮液中温度梯度较大，传热能力较差；搅拌时，MPCM悬浮液混合均匀，其温度梯度很小，传热能力较强；增加搅拌器的搅拌速率及水与相变微胶囊悬浮液的温差均可以提高MPCM的充放冷速率。

• 机械通风冷却塔冷凝收水消雾系统及装置设计

  王为术,郑毫楠,徐维晖,赵鹏飞,陈刚

  为实现机械通风冷却塔高效节水消雾，通过对冷却塔水蒸气羽雾机理研究，设计了机械通风冷却塔冷凝收水消雾系统，提出了冷却塔节水消雾新方法；对有限空间型冷却塔(CSCT)和自由空间型冷却塔（FSCT）冷凝收水消雾装置进行了设计，采用间壁式换热器为冷凝装置设计形式，冷凝装置冷热通道采用换热板构建组装；通过实例设计计算，冷凝收水消雾装置节水消雾效益显著。研究结果可为节水消雾型冷却塔开发和在役冷却塔收水消雾技术升级改造提供参考。

• 动力锂电池组非稳态射流强化换热数值模拟

  李志强,范晓伟,蔡丹丹

  为动力锂电池组设计了通风冷却系统，在控制总通风量的前提下，研究了非稳态射流对动力锂电池组的冷却效果，针对26650型锂电池组射流冲击方案进行数值模拟分析，揭示非稳态射流送风周期、送风变化量对电池组温升和温度均匀性的影响。研究结果表明：冲击射流的非稳态特性改善了电池组温度场的均匀性，对电池组总温升影响不明显。

• 电热水器梯度加热改进方案的仿真模拟与试验研究

  孙京岩,孙朋元,梅宁,李艳,袁瀚,杨春涛

  针对电热水器梯度加热过程中，出水温度不稳定影响洗浴舒适性的问题，本文通过建立数学物理模型及仿真模拟，分析获得了梯度加热时出水温度波动的原因。以此为基础，提出梯度加热改进方案，并利用仿真模拟对改进方案进行分析，仿真研究结果表明，改进方案可解决原型机在梯度加热开启时的温度跃升现象。同时，基于优选方案，搭建试验系统，对改进后的热水器进行了试验测试，试验研究结果表明，梯度加热功能开启时，出水温度较为平缓，无突变现象，实现了电热水器流动换热过程的优化。

• 微型燃气轮机涡轮背盘冲击冷却特性研究

  卢康博,马超,白书战,房桐毅

  受可靠性和成本制约，微型燃气轮机冷却技术的发展和应用一直较为缓慢，已成为其进一步提升热效率的主要瓶颈。针对此问题，提出了一种简单可靠的径流涡轮新型冷却技术-背盘冲击冷却。使用气热耦合的方法对该冷却技术的冷却特性进行了仿真研究，结果表明：背盘冲击冷却可以大幅降低径流涡轮背盘的温度。当冷却气体流量为主流2%时，冷却流体温度从473K降到323K，背盘平均温度降低了143K-202K；当冷却温度为323K时，冷却气体消耗量从主流质量流量的1%增加到4%时，背盘平均温度降低150K-252K。冷却流体流入主流后会对其产生一定的影响，每增加1%的冷却流量，涡轮机效率下降约1%。

• 柴油机活塞在流域换热冷却下的温度场计算分析

  王贵新,马金凤,吴文涛,李晓波,周晓燕

  活塞作为低速机中承受极高热负荷的重要部件,实现活塞的合理冷却是保证柴油机安全稳定运行的必要手段。然而目前国内对于低速机的活塞冷却问题却鲜有研究，为了丰富国内关于低速机活塞复杂冷却腔冷却问题的研究，本文在借鉴前人研究成果的基础上，进一步分析研究了活塞在动态流域换热冷却下的温度场分布规律。研究发现活塞的瞬态温度场和稳态温度场分布一致，最低温度均出现在顶面中心，顶面的温度变化趋势与缸内温度场变化规律一致。同时，通过活塞流域分析可知，冷却腔壁面的温度波动主要受冷却流域与壁面对流换热系数值的影响。

• 一种超临界二氧化碳布雷顿循环

  陈扬,于洋,郑焱

  为提高布雷顿循环热效率，在现有超临界二氧化碳布雷顿循环的基础上，提出一种基于回热技术的分级压缩与分级膨胀相结合的再压缩布雷顿循环方案，运用热力学计算软件EES对该循环参数进行热力学分析。结果表明，当分流系数约为0.47，透平入口温度为950K，透平入口压力为29MPa时，循环热效率为59%。当透平入口温度一定，分流系数在0.47-0.48之间时，循环热效率最高。当透平入口压力从20MPa往29MPa升高的过程中，最佳分流系数从0.39逐渐增加到0.47。当回热度从0.5增长到0.6的过程中，最佳分流系数从0.47增长到0.5。

• 分液热泵空调系统的制热性能研究

  李云海,陈健勇,林旭,陈颖,罗向龙,杨智

  随热泵空调的普及，热泵空调的能耗占比不断增大，其节能问题成为了关注焦点。换热器对系统性能有着重要的影响，如何通过改进换热器来提升系统性能则成为了研究的热点。其中分液冷凝器作为一种新型的换热设备，能对系统制冷性能产生积极影响。但热泵空调系统在制热工况下，分液冷凝器将变成分液蒸发器，其系统制热性能尚未可知。本文通过实验研究，调整毛细管长度和制冷剂充注量，发现在国家标准工况下分液热泵空调系统的最大制热量比原系统高4.50%，COP比原系统高7.93%，所对应的毛细管长度为700mm，制冷剂充注量为700g。且制冷剂过充注的情况下，分液热泵空调系统的制热性能比较稳定。

• 风力机直驱蒸汽压缩式热泵系统实验研究

  钟晓晖,曹春蕾,勾昱君,孔凡钊,刘雨江

  从现有风能直驱式热泵系统存在的突出问题入手，利用软连接管路突破了风能直驱热泵系统硬连接的瓶颈问题，提出新型风力机直驱蒸汽压缩式热泵系统，并对该系统进行了实验研究。实验结果表明，热泵机组制热量随压缩机转速呈近似线性规律，热泵机组COP随转速呈近似指数变化规律，机组存在最佳转速；金属软管阻力损失对制冷剂焓值影响可以忽略，但是对冷凝温度有较显著影响，如需要保证热水温度，则需要提高冷凝压力，则相应COP会降低，机组运行稳定，初步证明系统可行。其研究结果可为风能供热系统奠定理论依据。

• 微通道壁面加热对甲烷空气预混火焰传播特性的影响

  王宇,查正乾,张倚,潘剑锋

  对于甲烷和空气预混合气在矩形微燃烧室内的燃烧过程,采用加热片加热,对比分析了在外部加热时,有无隔板对燃烧稳定性的影响,并分析了不同加热温度下隔板式燃烧室内火焰传播特性。实验结果表示,随着加热温度的提升,隔板型燃烧室稳定燃烧区域不断增大；加热温度高于600K,隔板型燃烧室的火焰吹熄极限有明显改善；高温加热利于提高隔板型燃烧室在较大流量情况下燃烧的稳定性。相较于单通道燃烧室,外部加热对隔板型燃烧室燃烧稳定性的改善更加明显。