热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2020年第3期

• 管内置矩形翼涡产生器二次流特性及其与换热的关系

  林志敏,武永和,王良璧,张永恒,侯博

  采用数值方法研究了均匀壁温（uniform wall temperature, UWT）热边界条件下圆管内置扭曲翼型涡产生器管内二次流特性及其与对流换热强度的关系。采用无量纲参数Se量化了管内的二次流强度，分析了矩形翼涡产生器主攻击角α、涡产生器间距St和基带宽度W对二次流强度和对流换热强度的影响，建立了二次流强度Se和对流换热强度Num与翼型涡产生器结构参数的拟合关联式。结果表明：内插矩形翼涡产生器管内二次流强度是其对流换热强度的决定因素。

• 无机传热元件启动性能实验研究

  郭龙江,李威,刘晓杰,李松岩

  为了研究无机传热元件的启动过程,采用无机传热元件实验装置,测试了不同倾斜角度、加热水入口温度和加热段冷却段长度比下光管式无机传热元件的启动性能。实验结果表明：无机传热元件在倾角为30°、60°和90°时均具有良好的启动性能,且倾角越大,稳定工作时绝热段管壁温度越高；加热水入口温度越高,无机传热元件稳定工作时的工质温度越高；加热段与冷却段长度比越大,最小启动角越大,启动越困难,在实际应用中,为保证无机传热元件的顺利启动,其安装角度确保大于2°。

• 振动激励下的封闭通道流动传热特性实验研究

  傅佳宏,肖奔,刘震涛,张旭方

  为了对振动激励下的自然对流换热规律进行深入的理论与试验分析，搭建电动振动传热试验平台与并行式数据采集系统，测量封闭通道在不同振动激励下的温度瞬态变化特性。研究发现，随着受迫振动频率的增加，振动激励可以将自然对流强化为混合对流；当频率超过50Hz时，自然对流的影响可以忽略。但是由于受迫振动下的流动状态依然为层流，因而对于自然对流的最大强化程度约在100%。另外，通过对混合对流状态的理论分析，得到由于受迫振动引起的封闭换热通道内部强制对流换热试验关联式。

• 不同加热功率下充液率对无芯环路热管性能的影响

  刘时安,石东来,刘勇兵,苟湘

  设计了以铝为管材、丙酮为传热工质的无芯环路热管。其蒸发段采用加热带加热，冷凝段用风冷降温。热管依靠蒸发压头使工质循环，并依靠重力作用，使冷凝液回流到蒸发段。搭建试验台并研究了不同加热功率下充液率对无芯环路热管的传热温差、传热量、热效率、热阻和当量导热系数的影响。结果表明：加热功率为150.00W、充液率为30%时，无芯环路热管的均温性最好；传热温差和热阻均最小，分别为6.75℃、0.045K/W。传热量132.00W、热效率0.88、当量导热系数168125W/(m·K)，均达到最大值。所以，该无芯环路热管在本实验研究范围内的最佳工作条件为加热功率150.00W，充液率为30%。

• 内部通道肋片结构对Mark II叶片冷却性能影响的降维模型研究

  包航凯,汪日丰,贺缨,杨世严,母立众

  一维冷却通道气热耦合计算是分层涡轮叶片冷却结构设计的重要方法。发展了以管道网络算法为核心的内部冷却特性计算程序，并与三维传热计算进行了耦合。通过与Mark II叶片特定实验工况下的结果进行对比，验证了本方法的有效性。此外，进一步将带肋结构流道传热特性相关经验公式集总在一维气热耦合算法中，分析了带肋通道改型的Mark II叶片冷却性能。结果显示，带肋结构相比光滑流道能显著提升换热性能，在中径截面处较原方案温度下降15~30K。

• 防爆电池箱的相变散热分析

  江林清,董志强

  电动汽车电池在充放电过程中,会放出大量的热。防爆电动车上的防爆电池箱由于密闭性和防爆性,风冷和水冷散热模式会带来潜在风险,相变散热模式适应防爆性的要求,需要探索其可行性。通过对电池箱的相变散热进行设计和流动散热fluent仿真分析,发现了相变散热的局域不均匀性。针对问题导向,提出了利用相变材料对电池箱内部及外壁进行散热,仿真结果表明此方法达到了降低电池温度以及改善了其温度不均匀等问题。

• 喷嘴临界截面直径对喷射器性能影响的实验研究

  何丽娟,王飒,王淑旭,吴夏梦,张磊,肖卓楠

  依据索科洛夫等学者提出的经验公式对喷射器进行优化设计,搭建了用于测量喷射器性能的实验台,以CO2为工质,分别研究当工作流体压力在8.0~9.6MPa、引射流体压力在2.4~2.8MPa以及工作流体温度在70~90℃时,喷嘴临界截面直径对喷射系数的变化规律。实验结果表明：当喷射器背压为3.9MPa、工作流体温度为90℃、引射流体压力为2.4MPa、工作流体压力在8.0~9.6MPa时,喷射器的喷射系数随喷嘴临界截面直径的增大而减小；当喷射器背压为3.9MPa、工作流体温度为90℃、工作流体压力为10.0MPa、引射流体压力在2.4~2.8MPa时,喷射器的喷射系数也随喷嘴临界截面直径的增大而减小；且喷射系数理论值与实验值吻合度较好,误差在±3.75%范围内。当喷射器工作流体压力为10.0MPa、引射流体压力为2.7MPa、喷射器背压为3.9MPa、工作流体温度在70~90℃时,喷射系数随着喷嘴临界截面直径的增大而逐渐减小。另外，在保持喷射器的基本工作参数不变时，工作流体压力及引射流体压力的提高对喷射器喷射系数均有提升作用。

• 液-汽引射器内液汽混合过程压力及汽液分布特性研究

  杜玉吉,张晓灵,张斌,张梦,高蓬辉,张东海,刘展

  为了明确液-汽引射器在工作过程中压力及液汽分布特性，采用混合多相流模型及标准k-ε湍流模型，建立了液-汽引射器三维数值计算模型，对液-汽引射器内部的压力及液汽流动状态进行了分析模拟，得到了不同工作流体参数下引射器内部压力及汽液分布规律。研究表明：沿引射器水平中轴线方向，压力及汽相体积分数随工作流体压力的增大而减小，随工作流体温度及流量的变化基本不变；沿引射入口轴线方向，吸入室的压力随工作流体压力的增大而减小，随工作流体温度及流量的变化几乎不变；沿引射入口轴线方向，汽相体积分数随工作流体压力及温度的变化较小，随工作流体流量的增大而增大。这一研究将有助于掌握液汽引射器内部压力及汽相体积分数的变化规律，有助于引射器的科学设计和运行。

• 严寒地区农宅附加阳光间能耗及效益评价分析

  作者：李清,陈思羽,马令勇,李栋

  在我国严寒地区农村住宅外附加阳光间可以提高室内温度,减缓温度波动并减少采暖能耗。以安达市某农村住宅为例,基于EnergyPlus进行采暖期能耗模拟,并进行经济和环保效益的评价分析。结果表明：当采暖设计温度为18℃时农村住宅附加阳光间的节能效率最高,可达22.73%。室内采暖设计温度每升高2℃,总能耗呈1.4~2.7倍增长,采暖设计温度为20℃的采暖能耗为14℃的6.7倍。在经济效益方面,在寿命期15年内均能收回成本,在环保方面,阳光间在寿命期内可以减少排放二氧化碳13.52吨、二氧化硫238.80kg、氮氧化物205.20kg及粉尘99.63kg,同时节约碳排放税35272.0元,经济和环保效益非常显著。

• 具有PCM的汽车尾气温差发电器的变工况模拟

  杨玉荣,王世学

  以内燃机为动力的汽车尾气余热具有高度瞬变特性，而温差发电器（termoelectric generator, TEG）往往对温度的变化较为敏感，针对这一矛盾，在尾气管道和热电模块之间添加相变材料层以减缓尾气温度波动对热电模块性能的影响。通过模拟计算的方法，比较了变工况条件下，相变材料层的添加对热电模块热端平均温度、输出电压等因素的影响。结果表明：相变材料（phase change material, PCM）的添加对热电模块热端温度变化起到了良好的缓冲作用，大大提高了TEG输出电压的稳定性。

• 二级可调增压柴油机变海拔热平衡试验

  杨春浩,刘瑞林,张众杰,焦宇飞,陆辰起,陈陆洋

  进行二级可调增压柴油机热平衡性能研究,有助于评价发动机在不同工况下的热量分配情况,合理控制发动机热负荷,解决高海拔发动机开锅问题,提高热效率。利用自主设计的柴油机高海拔热平衡试验系统,进行不同模拟海拔(0m、3500、5500m)二级可调增压柴油机全负荷热平衡试验,研究了海拔高度对二级可调增压柴油机热平衡性能的影响。结果表明：随海拔升高,发动机热负荷升高,具体表现为高速区域涡前排温增大、1500r/min全负荷工况下缸内最高燃烧温度峰值升高且对应曲轴转角减小；随海拔升高,有效功和排气带走热量占总热量百分比均呈下降趋势,发动机冷却液带走热量和余项损失占总热量百分比增加,相较于平原工况,海拔5500m时,有效功率和排气散热量占比减小1.8%、16.8%,冷却液带走热量和余项损失占比增加2.9%、15.7%；二级增压技术对柴油机高原性能恢复具有明显效果,5500m海拔环境条件下,柴油机中、高转速下的热效率恢复情况明显优于低速工况。

• 逐级萃取对准东煤的热解特性影响

  张志远,周前,周恒涛,饶培军,陈鸿伟,赵争辉

  为探究洗煤对准东煤热解特性的影响机理，采用逐级萃取法对准东煤进行洗煤处理。利用热重分析仪对比研究了洗煤对准东煤热解的影响规律，结合煤样热解前后样品的微观结构分析了洗煤对准东煤热解过程的作用机理，并采用分布活化能模型对煤样的热解反应动力学参数进行了计算。结果表明：脱除与煤中有机质结合的矿物质可以使煤样中产生大量新的多孔结构；洗煤会影响煤孔隙结构与官能团结构，导致煤样在热解初始阶段与热缩聚阶段失重量与失重率减少，主热解阶段失重量与失重率增大，并有利于煤焦微晶结构向石墨化进程演化。分布活化能模型可以较好地描述煤样的热解过程，随着洗煤程度的加深，活化能的分布曲线f (E)极大值对应的活化能由265.32 kJ/mol升高至377.20 kJ/mol，说明热解反应活化能的主要分布区间向活化能较高的区域移动。

• 双弯管法固相质量流量测量误差的标定

  张 旭,陈 波

  采用弯管流量传感器测量固相质量流量时,固相质量流量与其影响因素之间存在着复杂的非线性关系,这对固相流量的测量带来困难。在双弯管法基础上对其进行优化,利用小波神经网络对实验数据其进行训练,给出了固相质量流量与综合流量系数的复杂非线性关系,并对其进行预测,结果表明预测结果与实验结果吻合较好,最终误差不超过5%,实现了对测量误差的标定。

• 异丁醇/辛酸甲酯混合燃料预混层流火焰速度的研究

  谢丹

  针对生物柴油与醇类混合燃料燃烧机理研究的需求，采用高速纹影光学诊断方法和定容燃烧弹系统试验研究了异丁醇/辛酸甲酯混合燃料的预混层流燃烧特性。测量了不同当量比和初始压力条件下的不同配比混合燃料—空气预混合气的层流燃烧火焰速度，火焰拉伸率以及马克斯坦长度。分析了燃烧初始条件及异丁醇掺混比例对混合燃料的无拉伸层流燃烧速度及火焰不稳定性的影响规律。结果表明，异丁醇/辛酸甲酯混合燃料的拉伸层流火焰传播速度和层流火焰燃烧速度随着当量比的增加先增加后减少，随着初始压力的增加而减小；马克斯坦长度随着当量比和初始压力的增加而减小；异丁醇掺混比例的增加加快了层流火焰燃烧速度，但使得火焰的不稳定性倾向增加。