热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2021年第5期

• 基于LBM方法的超亲水/疏水组合表面的沸腾冷凝特性研究

  李 科,贺文介,王亚雄

  基于单组分多相流格子Boltzmann方法结合精确差分法建立了汽液相变模型，运用伪势模型以及双分布函数，结合所提出的沸腾冷凝相变模型，对微小空间内超亲水和超疏水组合表面下汽液共存沸腾时两个汽泡合并、生长、离开水平面以及蒸汽冷凝凝结成两个液滴融合、脱落的过程进行了研究。着重分析了重力加速度对汽泡脱离直径和汽泡脱离时间的影响以及流固作用强度对接触角的影响，最后拟合出了对应关系，并对汽泡和液滴运动过程进行了分析。研究发现与现有已发表的对应关系和公开实验结果基本吻合，并得出结论：随着重力加速度的增大，汽泡脱离直径和汽泡脱离时间均呈现出减小的趋势；接触角随着流固作用强度的增大呈现出减小的趋势；沸腾过程受热产生的蒸汽在模型内部在平衡移动原理作用下向着冷源移动，冷源液化消耗近似等量蒸汽产生水滴逐渐成长落入水中，实现了系统内热力平衡和循环过程。

• 导流板倾角对“V”型直接空冷单元空气流动与换热特性的影响

  阴继翔,王涛,易文杰

  利用CFD软件对环境横向风影响下“V”型布置直接空冷凝汽器单元空气流动与换热性能进行数值模拟研究。对比了空冷单元迎风侧加装平行导流板与未加导流板的流场特征，探究了环境风对流场产生的不利影响以及导流板的导流机制；分析了由4种倾角与3种递减角度组合形成的不同变倾角导流板的导流效果，给出了速度场、风机吸风量、凝汽器散热量以及空气出口温度与不同倾角导流板之间的关系。结果表明，环境不利风的削弱是空气流经导流板的增压与导流板背风侧旋涡引起流动偏移的综合效果。在所研究的变倾角导流装置中，45°倾角与5°递减角度组合的导流板导流效果最佳，75°倾角与0°递减角度组合的导流效果最差。所得结果可为进一步完善导流板结构设计提供理论依据。

• 流动参数对双级螺旋套管换热器传热性能的数值分析

  李志强,刘献飞,王方

  高效热泵系统性能研究一直是热泵空调领域普遍关注的热点问题，针对设计开发的双级套管串联式热泵系统。采用3D有限容积法和可实现的k-ε模型，数值分析入口流体温度、流动速度对换热系数以及内外管努塞尔数的影响规律。结果表明，降低入口水温或者增加入口制冷剂温度能够提高整体传热性能，Nui随着水和制冷剂流率的增加有所增加，而Nuo随着水流率的增加而增加，但随着制冷剂流率则增加而减小，Nui 和Nuo都随着水温的减小或制冷剂温度的增大而增大。

• 静态闪蒸过程汽泡生长的理论与实验研究

  刘斌,郝亮

  本文针对去离子水静态闪蒸时单汽泡的动态生长过程开展了可视化实验观察及理论分析，研究了过热度和闪蒸腔压力对汽泡生长的影响。理论模型考虑了汽泡成核点附近固体壁面对汽泡生长的影响，通过与实验结果的对比表明，壁面效应对汽泡生长影响显著，尤其是汽泡生长速率较小时，引入壁面效应后的理论模型能更好的与实验结果相吻合。通过分析汽泡生长过程的动力学特征可知，相同闪蒸腔压力但过热度较大时，汽泡生长过程具有较短的表面张力控制阶段，并在过渡阶段和传热控制阶段均具有较大的生长速率；而相同过热度但较小闪蒸腔压力时，汽泡在早期的惯性控制阶段生长速率较小，但在后期的传热控制阶段生长速率较大。

• 湿润特性对横管降膜流动管外淡水液膜成形的影响研究

  刘 华,王 潇,张鼎喆,王华山

  基于流体力学的运动控制方程,结合实验数据,采用流体体积函数法(VOF)处理流体与气相界面的运动,计算并分析了气-水-固接触角对管外液膜分布的影响。将数值结果与降膜实验结果进行比较,结果表明数值结果与降膜实验观测结果吻合较好。计算结果表明,膜厚的变化在不同的条件下表现出不同的特征,尤其是在形成液膜阶段,接触角直接决定着管外布液情况,是影响降膜流动性能的主要因素之一。

• 不凝气对池内亚音速蒸汽直接接触凝结影响

  陈聪,卢涛,王杰,赵京,王月

  利用VOF多相流模型和修正的热相变凝结模型对含不凝气蒸汽亚音速射入池内的直接接触凝结过程进行了数值模拟。主要研究了不同不凝气含量对蒸汽直接接触凝结过程中气羽形态、温度和压力分布的影响。研究结果表明：随着凝结的进行不凝气在气液界面处集聚成为一层不凝气层，随着不凝气含量的增加，不凝气层的厚度也增加，气羽不再呈现周期性的变化；不凝气的存在使得池内温度高温区域增大，温度分布相对均一；同时随着不凝气含量的升高，压力振荡的强度减弱，凝结形成的负压值升高。

• 高温条件下接触热阻的数值模拟与试验研究

  史林全,李强

  接触热阻是衡量接触界面间传热效率的重要指标之一。利用ANSYS有限元软件对高温条件下高温合金GH4169界面间的接触热阻进行了研究。通过光学显微镜获得高温合金表面的真实形貌，并在ANSYS有限元软件中重建其表面模型，基于结构力学理论对接触界面微观结构的弹塑性变形进行模拟，以及传热学分析获得接触界面间的接触热阻值。研究了界面温度与接触压力对接触热阻的影响，同时考虑了高温条件下接触界面间辐射换热的影响，最后利用试验测试装置进行验证。结果表明：理论模拟与试验测试的结果两者之间的最大误差为12.6%，高温合金界面间的接触热阻随着界面温度和接触压力的增加而减小；接触界面温差随着界面温度的增加出现先增大后减小的趋势。

• 小型卧式燃煤热风炉内流动与传热过程的数值模拟及实验

  袁越锦,吴琪,徐英英,王栋,赵云波

  为了研究第三挡板长度对热风炉燃烧性能的影响,以热风炉燃烧室为研究对象,利用FLUENT软件对其进行了数值模拟,模拟分析了燃烧室内的温度分布、速度分布及颗粒物浓度分布等情况,最后搭建了试验台对数值模型进行了验证。结果表明：燃烧室温度模拟值与实验值的相对误差在10%以内；燃烧高温区位于第一挡板和第二挡板顶部之间的区域；大部分颗粒物集中在炉排底部附近,随着烟气绕挡板流动,颗粒物浓度逐渐降低；热风炉燃烧室内第三挡板长度为270mm时,可以减少炉膛出口处颗粒物的排放,使燃烧更充分。

• 应用遗传算法优化BP神经网络预测太阳能PV/T系统热电产出

  陈红兵,孙俊辉,王聪聪,张晓坤,吴骅

  PV/T集热器系统是一种能够同时提供低品位热能和高品位电能的新型太阳能系统,在光伏发电同时回收光伏余热,降低光伏板温度的同时不仅可以提高发电效率,而且能够将余热收集起来并转化应用于供暖和生活热水系统。本文利用遗传算法优化神经网络的方法建立了太阳能光伏光热(PV/T)系统性能的仿真预测模型,并与单一(Back Propag ation) BP神经网络的预测模型进行了对比分析。仿真预测结果表明：太阳能PV/T系统性能遗传算法优化BP神经网络模型的预测值与实际值拟合度较好,且预测精确度优于单一BP神经网络模型。其中遗传BP神经网络模型预测电效率的平均相对误差为1%,相对误差小于2%的样本占比大于95%；预测蓄热水箱温度的绝对平均误差仅为0.2℃,最大相对误差不超过1%。

• 煤质对水煤浆气化性能的影响研究

  彭宝仔,方薪晖,刘臻

  煤质与气流床气化炉的匹配性至关重要，其不但影响气化炉的运行条件，也影响气化性能。本文选择了10种来自新疆和陕西北部的煤样进行了工业分析、元素分析、灰组成分析、灰熔点分析以及成浆性测试，并筛选出适合水煤浆气化的煤样。同时借助Aspen Plus软件对适合水煤浆气化的煤样在相同的煤浆浓度、碳转化率及操作压力条件下开展煤质对水煤浆气化性能影响的模拟分析。结果表明煤中灰含量越高，冷煤气效率和有效气含量越低，比氧耗和比煤耗越高；煤中O/C质量比和H/C质量比的增加也会导致冷煤气效率和有效气含量降低，比氧耗和比煤耗增加。因此从水煤浆气化经济性考虑，建议水煤浆气化煤质灰含量小于9.0wt%，煤中O/C质量比小于0.173，H/C质量比小于0.065。

• 维生素B4对秸秆类生物质光发酵产氢的影响

  周楠,荆艳艳,夏晨曦,韩铭,张全国

  以玉米秸秆类生物质为产氢原料，研究维生素B4对HAU-M1光合细菌生长和产氢过程的影响规律。结果表明，当维生素B4浓度为75 mg/L时，光合细菌生长情况最好，细菌干重最大值为0.934 g/L；维生素B4浓度为100 mg/L时，氢气累积产量达178 mL，比对照组显著提高了43.8%，对光合细菌产氢的促进效果最好；添加维生素B4对HAU-M1光合细菌发酵产氢过程的pH值影响显著，可减弱发酵液酸化，有利于光合细菌发酵产氢。显见，维生素B4对HAU-M1光合细菌生长及秸秆类生物质光合产氢具有明显的促进作用，可为进一步研究开发秸秆类生物质光合细菌发酵产氢工艺技术提供科学参考。

• 渔船发动机废热驱动的两级复叠吸收制冷循环性能分析

  赵佳悦,张嘉杰,孙禹坤,张小美,仇豆豆

  针对传统吸收式制冷无法达到较低温度以及自复叠吸收制冷在制得较低温度时系统性能系数过小的缺点，提出发动机废热驱动的两级复叠式吸收制冷循环用于捕获海产品的速冻保鲜。首先采用SRK方程获得了该循环高、低温级工质对R134a/DMF和R23/DMF的热力学性质参数，进而对循环进行了建模分析。通过直接搜索法得到了在不同工况下的最优高温级发生温度。发现在当吸收温度为30℃，冷凝温度为35℃，制冷温度在-40℃以上时，循环最佳蒸发冷凝温度和高、低温级发生温度分别为-3℃、106℃和140℃，此时循环COPint 可达到0.143。但该循环性能受吸收、冷凝温度影响较大，因此不太适合在海水温度过高的海域使用。

• 低压补气型纯电动客车热泵空调系统制热性能研究

  周光辉,常桂铭

  为研究在冬季超低温极端工况下纯电动客车热泵空调系统性能衰减严重的问题，搭建了一台准二级压缩原理的热泵空调系统。结果表明: 车外环境温度7℃~-20℃工况，低压补气排气温度比不补气的排气温度下降11.80℃~20.45℃，制热量和COPh分别提高了0.65kW~0.93kW和0.14~0.31。

• 低温校准装置导热介质对校准结果的影响研究

  陈逸清,黄赜,崔文德,刘浩,王阔传

  针对低温校准装置中导热介质对校准结果的影响进行了研究，介绍了研制的低温传感器校准装置，分析了低温温度传感器的校准装置中传感器与恒温块之间空气间隙大小对校准结果的影响，以及向缝隙中填充不同导热介质对低温校准结果的影响，理论分析了产生误差的原因并通过实验给出了其校准不确定度。针对存在的问题给出了合理建议和解决方法，优化校准方案，给出了减小低温校准装置校准不确定度的方法。