热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2020年第4期

• 基于有限时间热力学的相变蓄放冷特性分析与研究

  徐笑锋,章学来,张时华,赵祎

  相变蓄冷技术可以有效解决能源转换与存储问题。但相变材料具有导热性能差，传热不均匀等问题。引入有限时间热力学概念，建立更为实际的蓄冷系统数学模型，对相变蓄冷系统进行热力学优化。通过解析计算，得出蓄冷系统高低温热源与蓄放冷时间的关系式。对比理想状态下与添加不可逆热损耗时蓄冷系统的功率与效率，为相变蓄冷技术的应用提供了理论基础与指导。

• 寒冷地区用空气源热泵热水器准双级压缩循环特性研究

  李海军

  空气源热泵热水器在寒冷地区运行时会出现排气温度过高、制热性能弱等弊端，准双级压缩循环技术可有效改善其在寒冷地区的运行特性。本文采用带中压补气的转子压缩机，研制了以R410A为循环工质的空气源热泵热水器，试验研究了系统在寒冷地区低温环境下的制热性能。结果表明：带中压补气的空气源热泵热水器系统排气温度较无补气有所降低，当室外温度从7.0下降到-25.0℃过程中，与无补气系统相比，补气系统制热量提升了6.2%～15.5%，压缩机功率提升了2.8%～9.5%，COPh提升了3.3%～9.6%。

• 平行热源下二维热隐身斗篷熵产特性研究

  李依依,张昊春

  热隐身斗篷结构具有良好的热保护和精确控温的效果，在科学、工业及军事等方面具有重要价值。根据扩散方程在几何变换中的形式不变性，建立了平行热源下的二维隐身斗篷模型，从热力学角度出发以熵产率为指标对体系的不可逆损失分布进行了研究。结果表明，斗篷结构有效减少了保护区外边界处能量的不可逆损失，提高了隐身效率。此外，以总熵产率为指标对斗篷内材料层排布方式进行了比较，为热隐身斗篷结构的优化提供了理论依据。

• 导流格栅对冷藏陈列柜性能影响的试验研究

  袁培

  在M3工况下对敞开立式食品冷藏陈列柜安装导流格栅前后的冷藏性能进行试验研究，分析了开式食品冷藏陈列柜加装导流格栅前后陈列柜内温度及能耗的变化规律。试验结果表明：在搁架前端加装导流格栅能够显著改善风幕性能，达到节能的效果。在陈列柜搁架安装导流格栅后的后排食品包平均温度都在不同程度上高于安装之前的食品包平均温度。且搁架末端设置空气导流格栅比未设置导流格栅的陈列柜的电能消耗节省约23%。

• 竖壁降膜波动特性数值模拟研究

  邱庆刚,任倩倩,龙黄祥,朱晓静,沈胜强

  建立了竖直壁面降膜流动的二维几何模型，运用VOF方法对雷诺数范围200~1000的降膜的波动特性进行了数值模拟。研究了液膜的波动特征、液膜流动方向的速度变化以及液体雷诺数对液膜波动的影响规律。结果表明：根据液膜的形态可以将流动区域分为三部分入口区、发展区和稳定区三个部分。入口区的液膜相对比较平滑，发展区的液膜表现为频率较高的小幅波动，稳定区的液膜波动幅度增加而频率减小；入口区的最大流速均大于初始流速，发展区的最大流速在初始流速上下波动，而稳定区流苏小于初始速度；随着液体雷诺数的增加，液膜厚度增加而波幅降低。

• 新型多孔铜微通道热沉散热性能实验研究

  裘腾威

  新型多孔铜微通道散热技术采用多孔铜微通道结构，增加热沉与冷却工质的接触面积，提高热沉的散热性能。利用单室金属-气体共晶定向凝固工艺，通过控制冷却速度、过热度、气压等工艺参数，从而制备优质的多孔铜材料。根据多孔铜微通道热沉散热原理，搭建散热性能测试平台，研究冷却工质流量、多孔铜材料的孔径和孔隙率、入口截面斜率角对多孔铜微通道热沉散热性能的影响规律。结果表明，增加冷却工质流量有利于提高多孔铜微通道热沉的散热性能；在恒定体积流量下，减小孔径有利于提高多孔铜微通道热沉的散热性能；当多孔铜孔隙率为30.8%时，多孔铜微通道热沉散热性能最佳；入口截面斜率角对多孔铜微通道热沉散热性能的影响较小。

• 动力电池微细通道散热数值分析研究

  黄富霞,赵津,袁征,王超,张航

  动力电池对温度敏感度高，高温散热实现难度较大，尤其是极端环境温度和高倍率放电下。设计了一个微细通道电池液冷散热系统，针对系统进行不同放置方式、环境温度、冷却液入口温度、入口流速的影响研究；发现竖直方式电池组可获得较好的温度分布;环境温度变化对电池组温度变化影响较小；电池组温度与冷却液入口温度基本呈线性变化，冷却液入口流速增加可显著降低电池组最高温度，提高温度均匀性。最后对流道进行尺寸优化，增大高度是较好的优化方案

• 严寒地区SiO2气凝胶玻璃窗传热分析

  杨瑞桐,李栋

  建立了二氧化硅（SiO2）气凝胶中空玻璃窗传热数值模型，采用有限体积法分析了二氧化硅气凝胶厚度和位置对严寒地区玻璃窗传热的影响。结果表明：二氧化硅气凝胶厚度增加，能够提高玻璃窗内表面温度，降低其热流密度。二氧化硅气凝胶厚度为20 mm时，玻璃窗内表面热流密度为67.5W·m-2。二氧化硅气凝胶位于室内侧能够更有效地减少建筑能耗，其总能耗为60120 W。

• 夏热冬冷地区空气源热泵供暖特性实测与分析

  文佳岚,刘东,田亚斌,胥海伦,何思源

  以空气源热泵为热源设备，辐射地板为加热末端建立实验系统，基于双气候补偿冬季供暖模式进行监测分析。在不同的室外环境下，分析出地板辐射系统对室内供热效果、各子系统的温度变化、制热性能的影响规律。为夏热冬冷地区的空气源热泵供暖的发展和提高系统的能效特性提供理论基础和实验依据。结果表明：夏热冬冷地区采用空气源热泵供暖的室内温度为17.0～23.0℃之间，湿度为25%～45%之间。采用双气候补偿模式时，室外温度波动会影响主机供水温度、地暖供水温度，并提高室内舒适度。空气源热泵供暖系统的平均小时制热性能比为2.90，双气候补偿对系统能效影响较小。

• 基于伪二维电化学-热耦合模型的 锂电池热特性研究

  魏立婷,贾力,Li

  锂电池放电过程中的产热受电池内部电化学反应和欧姆效应影响，电池产热由电池化学与动力学决定，而电池动力学依赖于电池运行条件和设计参数。锂电池的六个温度依赖性参数对锂电池的放电过程中的产热速率具有影响，包括固相活性颗粒和电解液中的锂离子扩散系数，反应速率常数，电极开路电压，电解液离子电导率，热力学因子和阳离子迁移数。基于LiFePO4圆柱形电池建立了伪二维电化学-热耦合模型，研究电池在恒流放电过程中的产热速率，以及正极、隔膜和负极各部分的产热速率和所占比例。结果表明，总产热功率随反应热的波动而变化，其中正极电极层中反应热占比最大，负极电极层中极化产热所占比例高于正极，而隔膜中的产热主要来源自欧姆热。不同对流换热系数条件下，电池的表面温度和内部温度差都不同，因此要合理的采取电池热管理措施。

• 超低热值燃气燃烧及CO排放控制研究

  王恩宇,唐世乾,康淑慧,刘联胜

  针对超低热值燃气燃烧CO排放高的问题，设计开发了同心套筒多孔介质燃烧系统，分别研究了过量空气系数、水蒸气和氧气对以CO为单一可燃气体的超低热值燃气的燃烧特性及污染物排放的影响。结果表明：在预热阶段，内部点火相比较于外部点火能够减少1/3的预热时间；热值为3.0MJ/m3的超低热值气体在增大过量空气系数时，能够有效降低CO排放，而2.5MJ/m3和2.0MJ/m3的超低热值燃气没有效果；空气系数为1.00的条件下，通过添加质量分数为2%~4%的水蒸气未能降低CO排放；在超低热值燃气中通入氧气可以有效降低CO排放，空气系数为1.00时，在3.0MJ/m3的超低热值燃气中添加质量分数为12%的氧气，CO排放最低能降到53×10-6。

• 氮气稀释气对天然气着火特性的影响

  汤卓,曾文,刘宇,刘靖

  为获得氮气稀释气对天然气着火特性的影响规律,对不同当量比、初始压力、初始温度以及氮气稀释系数下天然气的着火延迟时间进行了试验测试与数值计算,并分析了氮气稀释系数对其着火延迟时间的影响机理。结果表明,随初始温度的变化天然气着火延迟时间呈线性变化趋势；天然气的着火延迟时间随初始温度或初始压力的升高逐渐缩短，且受当量比的影响不明显；随着氮气稀释系数的增加，天然气的着火延迟时间逐渐延长，且促进天然气着火的关键反应步，R155：CH3+O2O+CH3O与R38：H+O2O+OH的敏感性系数将大幅度下降。

• 月桂酸乙酯的液相音速测量

  蓝天,占涛涛,张颖,何茂刚

  脂肪酸甲酯（FAMEs）、脂肪酸乙酯（FAEEs）是生物柴油中的重要成分，为了计算发动机燃油喷射角度，需要获取生物柴油组分的音速。利用动态光散射法，在 0.1、2、4、6、8 MPa下测量了月桂酸乙酯的液相音速，温度范围为295.15 ~ 353.15 K。为满足工程应用需求，根据实验数据，给出了月桂酸乙酯音速与温度和压力的关联式。在实验温、压范围内，实验值与关联式计算值的相对偏差绝对平均值为0.32%。

• 高铁客运站分布式多能源系统供能协同优化策略研究

  李要红,杨斌,徐飞,魏名山,田冉

  为解决传统高铁客运站供能系统中能源利用率较低的问题，以日运行购气费用和购电费用最优为优化目标，以系统运行过程中实时能量平衡为约束条件，以可再生能源出力和吸收式制冷占比为优化变量，建立多能源协同供能的分布式能源系统，并将该模型应用于北方某高铁客运站，分析可再生能源的利用率、制冷系统中可再生能源电出力的电制冷占比以及电网出力的节电率。仿真计算结果表明，分布式能源系统的使用提高了可再生能源的利用率，其中风电机组出力占其出力极限的96.5%，光伏机组出力94.7%；相比于参比系统，分布式能源系统的成本节约率为12.5%；电制冷占比为13%；电网的节电率为53.9%。

• 铁合金矿热炉余热发电双压系统的技术应用分析

  谢奕敏

  基于铁合金矿热炉立式双压余热发电系统，首先对4台25500kV·A硅铁矿热炉冶进行了余热资源评估及㶲值分析，得出烟气余热㶲值为65528.24MJ/h，其次对过热器热端温差取40℃，蒸发器窄点温差取30℃，省煤器接近点温差取5.0℃，得出双压系统产生蒸汽1.55MPa、360℃、40.2t/h，蒸汽0.3MPa、180℃、7.5t/h，单压系统产生蒸汽1.15MPa、360℃、42.1t/h，双压系统比单压系统排烟温度低21.5℃，汽耗率高0.16kWh/kg，发电机输出功率高774.07KW，系统整体效率高1.6%，再次根据工程实际运行经验，得出双压立式锅炉传热特性、汽水循环方式、漏风量、系统阻力、清灰效果、占地面积等均优于单压卧式锅炉。然后根据4台25500kV·A硅铁矿热炉运行情况，对双压系统进行了经济效益分析，得出年均税后利润为1142万元，全投资内部收益率20.8%，全投资回收期3.7年。最后进行了展望，根据全国年产量铁合金约为1300万吨，余热利用年发电量约能达到100亿KWh，所以这项技术具有广阔的运用前景。