热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2022年第1期

• Micro-CT造影剂在多孔介质内水合物-水两相分辨中的应用评价

  赵越超

  天然气水合物资源开采过程中涉及多孔介质内固（水合物）-液（水）-气（天然气）复杂相态转变及多相流体流动与热质传递，因此实现多相流体的相分辨是开展上述研究的关键问题之一。本研究利用Micro-CT技术，以四氢呋喃水合物（THF）水合物作为研究对象，开展了固（水合物）-液（水）两相分辨的造影剂效果评价研究，发现溶液内添加造影剂KI的分辨效果要远好于NaCl，KI的分辨效果随着浓度的增加先增加后减小，最后处于较低值维持不变，KI浓度为6％时分辨效果最好，可以实现多孔介质内小密度差的水与水合物相分辨及水合物分解过程相界面变化的动态可视化检测，基于此,利用阈值法可以进一步实现分解过程中水合物饱和度的定量计算，获取多相流动过程的各相流体原位饱和度变化数据。

• 带有横向微沟槽的矩形紧凑式通道换热器内超临界液化天然气工质换热强化特性模拟研究

  王平阳,黄佳卉,刘振华

  提出了一种用于超临界液化天然气换热的微小通道换热器整体性能提高的被动式强化技术并进行了数值模拟验证和设计优化。在普通的矩形微小通道内利用3D激光打印技术在壁面加工横向圆弧形微沟槽以强化换热能力。首先对圆弧形微沟槽的槽深、槽宽和相邻两槽道中心距等几何尺寸进行了优化计算，然后讨论了在使用强化技术后工质温度在跨越临界温度的120K-250K范围内的换热强化和流动特性，进一步考察了工质温度、质量流量（雷诺数）和进口压力对换热系数（努塞尔数）、摩擦因子和综合效益系数的影响。此外，通过微沟槽附近的局部流动特性分析强化换热机理，数值模拟结果表明带有横向微沟槽的紧凑式换热器的综合换热效益得到30%左右增加，显示了优异的换热强化综合效果

• 蒸汽和空气在下流水柱表面接触冷凝的压力影响分析

  张俊霞,李阳,马仪

  含不凝气体的蒸汽直接接触冷凝在工业中应用广泛，冷凝参数对设备设计至关重要。本文数值模拟了蒸汽和空气在下流水柱表面的接触冷凝换热，分析了压力对下流水柱表面温度、空气质量分数的影响，以及凝结热流和凝结换热系数的变化规律。结果发现，下流水柱表面温度、凝结热流和凝结换热系数沿着流动方向下降，下流水柱表面空气质量分数沿着流动方向升高。随着压力增加，下流水柱凝结长度增加，在凝结长度末端，下流水柱表面空气质量分数高达90%以上，凝结热流和凝结换热系数均增加。下流水柱初始温度的升高会降低接触凝结换热系数和凝结热流。将计算结果和Celeta等的实验数据做了比较分析。

• 两相闭式热虹吸管混沌特性及其传热性能研究

  战洪仁,才月,惠尧,王立鹏,张倩倩,吴霖

  探究两相闭式热虹吸管的传热混沌，以及操作参数对其混沌性和传热性能的影响，建立混沌特征参数与传热性能间的联系。通过搭建实验台测量两相闭式热虹吸管稳定运行过程中不同工况下的管壁温度信号，基于非线性分析的混沌理论研究处理测量的温度脉动信号，绘制吸引子轨迹图，建立最大Lyapunov指数与传热特征参数的联系，揭示传热性能与混沌特性的关系。结果表明：两相闭式热虹吸管具有确定性混沌行为，操作参数对混沌性和传热性能具有显著影响，混沌性与传热性能呈正相关关系。

• 湿热地区波纹翅片管式表冷器的运行性能和调节能力研究

  王冠,李延,郭小华

  作为空调系统中空气的热湿处理设备,表冷器在湿热地区应用广泛。然而,随着户式中央空调的发展,它与中小型冷水机的匹配及运行优化仍缺少指南。建立了某9排管空气-水逆流式波纹翅片管式表冷器的传热除湿数学模型,编程仿真,实验验证了仿真结果的可靠性之后,通过大量模拟探究了在广州和杭州两种湿热气候条件下应用时其供冷和除湿能力的差别,摸清了其随水流速度、风速以及进口水温而变化的规律；探讨了一定风速水流速度、风速水温或水温水流速度下,单独变水温、变水量和变风量时对表冷器供冷和除湿能力的调节范围；摸清了定水温、定水量或定风量情况下联合改变水流速度和风速、水流速度和水温以及风速和水温对其供冷除湿能力的调节范围。结论为表冷器与冷水机组的匹配以及运行控制策略的优化提供了参考依据。

• 深井地埋管换热器配置参数模拟计算研究

  包图雅,米兰,马玖辰,张秋丽,赵勇

  针对深井地埋管换热系统运行原理,根据地埋管换热器热阻-热容优化模型,建立深井地埋管井孔内、外非稳态柱坐标传热模型。基于环渤海湾盆地埋深1 000-2 000 m热储层水文地质条件,采用双连续介质空间耦合有限元数值计算方法,分析深井地埋管典型配置参数取值对于地埋管换热性能的影响程度。研究结果表明：深井地埋管换热性能随着系统运行时间的推移出现衰减趋势,至供暖季末期(120.0d)深井地埋管换热量下降20%左右;当深井地埋管循环水量由10 增大到60 m3/h时,深井地埋管平均换热量提高150.80 kW,同时循环水泵耗功率也相应提高26.00 kW。深井地埋管埋深由1 600提高到2 400 m时,平均换热量提高113%,耗功率提高50%；当进水套管直径由168提高到299 mm时,平均换热量提高10%,耗功率降低27%。

• 石墨烯-PFA复合材料换热器与金属换热器的传热性能对比

  梁佳鹏,左海滨

  氟塑料换热器以其耐腐蚀、耐磨损等优点而备受关注，但氟塑料热导率较低，换热能力差，限制了其广泛应用。石墨烯-PFA复合材料兼具石墨烯优异的导热性和可熔性聚四氟乙烯(PFA)良好的耐酸碱腐蚀性，是新一代的换热器材料。搭建了余热回收测试实验台，对石墨烯-PFA复合材料换热器和金属换热器的传热性能进行对比。研究了不同烟气流速、不同进口烟气温度以及不同石墨烯配比对复合材料传热性能的影响。结果表明：对于金属换热器和复合材料换热器，当烟气流速从2 增加到4 m/s时，传热系数分别增加到原来的1.19倍和1.34倍；随着进口烟温的升高，两种材质的传热系数分别降低了15.6 %和14.7 %；随着石墨烯含量增加，复合材料的导热系数以及传热系数均增加。

• 蓄能互联热泵系统相变装置熔化与凝固过程特性分析

  高翔,张文科,方肇洪,侯幸,张鑫

  介绍了一种新型的蓄能互联热泵系统,利用数值模拟的方法对填充石蜡C17的球型蓄热单元的熔化与凝固过程进行研究,分析了球壁温度、相变单元尺寸和相变材料初始温度三种影响因素对熔化过程和球壁温度对凝固过程的影响,通过对两个过程对比发现相变单元尺寸对相变过程影响最大,在相同温差条件下完全熔化时间少于完全凝固时间,熔化过程中始终存在的石蜡-壁面与液相石蜡-固相石蜡之间的对流换热过程增加了熔化速率。

• 基于采用分液冷凝有机闪蒸循环分液干度分析及优化

  袁志鹏,张凇源,葛众,解志勇,鄢银连,黄桂冬,谢建斌

  分液冷凝是一种新兴的强化传热方法，可以显著提高冷凝换热系数。将分液冷凝应用于有机闪蒸循环（OFC），采用R227ea、R236ea、R245fa、R600、R601、R600a、R601a、R1234ze和R1234yf为循环工质，分别研究了进口干度、分液干度、冷却水温升和质流密度对冷凝器换热面积的影响。研究结果表明：当进口干度较大时，换热面积会随着分液干度的增大而先减小后增大；当分液干度较小时，分液干度越接近进口干度换热面积越小。采用分液冷凝后的冷凝器换热面积相对不分液时减少13.2%~55.3%，且相对减少量随着进口干度的增大而减小。

• 太阳能、热泵辅助燃气供热系统实验研究

  高文学,杨　林,王　艳,周伟业,徐少杰

  该文搭建了太阳能、热泵辅助燃气的供热系统测试平台，对太阳能辅助燃气供热系统、热泵辅助燃气供热系统以及太阳能、热泵辅助燃气供热系统的热性能进行测试，并对三种供热系统的经济环境效益进行分析。试验结果表明，试验条件下，三种供热系统的修正后一次能源利用率分别为93.3%、92.8%、103.9%，与燃气供热系统相比，节能率分别为3.8%、3.2%和15.6%，年运行费用可节约275、236、1016元，每年减排CO2为123、106、455 kg。

• 采用不同工质的高温复合热泵开水器特性研究

  王林

  热泵开水器具有较高的能源利用效率，是现有公共场所电加热开水装置的理想替代品。从提高能源效率和一机两用的角度，构建了一种高温复合热泵开水器系统。建立了系统热力学模型，选取R236fa、R245fa、R365mfc、R245ca、RC318、R236ea等六种较高临界温度的制冷工质，通过能量分析和?分析的方法，探讨了不同制冷工质对高温复合热泵开水器系统性能的影响。研究结果表明：R245fa作为工质的高温复合热泵开水器系统具有最佳的性能，而以RC318作为工质的系统性能最差。在给定工况下，R245fa作为工质系统制热性能系数（COPh）为2.47，而其制冷性能系数（COPc）为3.37，?损失和?效率分别为9.50 kW和48.93%；与R245ca相比，RC318作为工质系统的总能耗增加了39.66%。

• 天然气锅炉NOx及CO排放控制试验研究

  姬海民

  为了响应政府要求，绝大多数天然气锅炉采用低氮燃烧器+烟气再循环系统的技术路线。实施后普遍出现NOx、CO含量偏高、炉膛振动较大等问题。借助116 MW天然气锅炉进行试验研究，研究了燃烧器燃料配比、燃烧火焰长度、助燃空气氧含量三个因素对NOx及CO的影响，并对投入烟气再循环前后炉膛振动情况进行了检测。试验表明：燃烧器燃料内外配比对NOx、CO生成影响较大，两者呈现相反趋势变化；燃烧火焰长度对NOx生成影响较大，对CO含量影响较小；助燃空气氧含量对NOx、CO生成以及锅炉振动影响较大。三种影响因素相比，助燃空气氧含量影响更为突出。

• 基于改进差分极端学习机的燃煤锅炉NOx预测

  李庆伟,申志文

  低NOx燃烧优化是一种简单、高效、廉价的燃煤电站NOx减排方法。建立NOx预测模型是该方法的重要组成部分。极端学习机（Extreme learning machine，ELM）是一种简单有效的建模方法，但随机生成的输入权值和隐层阈值会影响ELM的泛化性能和逼近能力。针对该问题，利用一种改进的差分进化算法（Improved differential evolution，IDE）优化输入权值和隐层阈值，得到了改进的NOx预测模型（Improved differential evolution- extreme learning machine, IDE- ELM），该模型可以有效克服参数寻优过程中的早熟问题。利用IDE-ELM模型预测了某330 MW的NOx排放量，并与标准ELM和DE-ELM预测结果进行对比。为消除启发式算法随机性的影响，每个实验独立重复101次。实验结果表明，IDE-ELM模型有效提升了ELM算法的泛化能力和稳定性。