热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2022年第2期

• 叶根倒角对轴流压气机转子两端区流动结构的影响研究

  崔伟伟,刘付松,陈丽,姚飞,王兴鲁,王翠苹,杨来顺

  为了揭示叶根倒角对跨音速转子的气动性能影响规律，以NASA的Rotor67转子为研究对象，采用数值方法研究了叶根倒角对跨音速轴流压气机角区分离和工作裕度的影响机制。结果表明：叶根倒角的引入改善了叶片倒角区前缘附近的来流攻角适应性及该区域的叶型几何曲率分布特征，进而提升叶根吸力面的抗分离能力。带有倒角结构的转子叶片在其叶根倒角未覆盖区的叶型中后段周向压力梯度大于原型叶片，有利于克服气流沿吸力面流动时产生的离心力，进而抑制了尾缘附近的分离现象，使得该区域效率提升了3.9%以上。倒角的存在借助于径向平衡约束，重塑了叶尖区域的沿程叶表静压分布，并减小了尖区的入口轴向速度，直接导致叶尖区域主流流体的通流能力明显削弱，并诱发相对更强的间隙泄漏流，从而使得跨音转子提前发生失速，压气机工作裕度降低了19%以上。

• 射流孔分布对径流涡轮背盘冷效均匀性的改善

  马超,李延昭,卢康博,苏益龙,张健健

  由于可靠性和成本限制,微型燃气轮机涡轮冷却问题尚未形成成熟的解决方案。本文提出了一种简单、高可靠性的径流涡轮背盘冲击冷却技术,并针对由于涡壳几何周向不均匀导致的涡轮背盘冷效不均匀的问题,采用射流孔周向非均匀布置措施对其进行了改善。研究结果表明,在涡舌附近加密射流孔,使其附近对应的冷效极大和极小值均明显提升,冷效均匀性最高改善17.9%。不同非均布射流孔方案对涡轮背盘平均冷效及涡轮整机膨胀比的影响可忽略,对涡轮整机的效率影响不超过0.5%。

• 多孔泡沫金属散热模型数值模拟与分析

  石胜强,刘斌

  多孔泡沫金属在紧凑型换热器领域具有广阔的应用前景。本文对具有随机结构的多孔介质中的流动和传热进行了耦合分析。采用有限元法研究了不同孔隙率(30%、50%、70%和90%)泡沫多孔材料的传热特性和阻力特性。利用 作为性能评价指标，即h越大，Δp越小，换热性能越好。通过改变孔隙度和入口流速从而分析整体的换热性能。结果表明，对于换热特性，泡沫金属的对流换热在高度方向上存在明显的温度梯度，边界层沿流动方向可以很好地发展，在高流速下具有更好地换热能力。随着孔隙率的增大，流体扰动变少从而局部速度将会减小，因此换热量也会降低。对于阻力特性，随着孔隙率的减小，内部压力显著增大，压力损失也显著变大。孔隙率为70%时，多孔泡沫金属具有更高的均匀性，同时通过实验验证了模型具有一定的有效性。

• 基于散堆填料的空气湿化塔性能实验研究

  张健,路源

  搭建了内径约600mm的空气湿化塔性能实验台，以塑料阶梯环散装填料塔为研究对象，实验并分析了气速、水气比、填料总高度对湿化塔的压力损失、加湿效果和传质单元高度的影响，以及进水温度对后两者的影响，同时获得了空气湿化填料塔精细设计数据，并对结果进行了拟合，得到填料的传质单元高度经验关联式。

• 颗粒组合角度对近壁颗粒传热特性的影响

  张凯,孙鹏,郑斌,徐纪国,王有镗,王振领,王全振,刘永启

  为了探究颗粒堆积结构变化对近壁面颗粒传热过程的影响，构建了近壁面两颗粒的非稳态传热模型，研究了不同初始温度条件下颗粒组合角度变化对近壁面颗粒传热特性的影响规律。结果表明：初始温度越高，所需换热时间越长，颗粒组合角度增加，使得换热时间明显减少。初始温度为1073K时，换热面平均热流密度值呈先迅速下降后缓慢下降的趋势。同一时刻，组合角度越大，颗粒平均温度越低。不同组合角度颗粒的固相传热率均达到0.8以上。颗粒组合角度越大，固相传热占比越小，辐射传热占比越大。在换热前期，辐射传热率最高可达0.57，对传热过程的影响不可忽略。

• 稠油地面蒸汽管线热力参数影响及保温厚度优化

  李鹏,葛苏鞍,帕尔哈提.阿不都克里木,唐满红,李栋

  提高蒸汽注汽品质和优化保温层厚度是改善地面蒸汽管线热力输运、实现稠油高效开采的关键。建立了油田地面蒸汽管线热力参数计算模型和保温层厚度经济性分析模型，基于分段微元方法求解沿程蒸汽干度、热损等特性参数，分析了锅炉出口蒸汽参数和注汽流量的影响规律，并结合经济厚度法的计算原理优化了保温层厚度。结果表明：提高锅炉出口蒸汽温度和压力，沿程蒸汽干度降低速度变快，沿程热损增加变快，与锅炉出口蒸汽温度313 oC，压力10.2 MPa相比，其热损最大增加11.15%；增加注汽流量，蒸汽干度提升且随管线沿程降幅缩小，等梯度注汽流量差下，高注汽流量时蒸汽干度降幅较小，其降幅为3.58%；经济厚度为0.33m时，其热损费用同比原有厚度可降低68.22%。

• 基于BP神经网络的油冷器压降及换热量预测

  孙佳帅,王恩禄,陈江平

  油冷器作为发动机散热部件之一，压降和换热量是评估其性能的重要指标，但油冷器中传热与流动规律错综复杂，所以对其压降和换热量进行预测存在一定难度。本研究提出了一种基于BP神经网络和特征工程的预测方法。该方法通过实验获得不同结构类型下冷油器数据，对样本数据进行插值和增强等方法解决样本量分布不均的问题，并根据相关性计算Shah-Focke关联式、Gray and Web关联式、A.R.Wieting关联式等相关经验公式与本文实验结果相关性，并筛选出相关性最高的关联式来构造新特征，最后利用BP神经网络模型进行预测。结果表明，Shah-Focke关联式与本文实验结果相关性最高，且该经验公式特征的引入对模型有积极影响，预测精度提升50%，令压降预测误差为6%，换热量预测误差为4%。

• 海上风电换流站温排水三维数值模拟

  王猛,陈凯,熊康宁,文玉良,耿曼,汪双凤

  在海洋风电换流平台中,冷却水的排放会给海洋环境的速度场和温度场造成很大的影响,并直接影响海洋生物的生存。通过建立海洋平台冷却水排放三维模型,利用FLUENT中的标准k-?湍流模型计算速度场和温度场,探讨了环境流速、热射流流速、热射流入射角等因素对温度场的影响规律。研究结果表明：随着温水排放流速的增加,存在一个最佳温排水的速度(称为拐点速度),使排水对环境影响最小(对应最小面积)；随着环境流速的增大,拐点速度增大；随着热射流入射角的增大,拐点速度增大,最小面积减小。研究结果为海上风电平台温水排放系统的设计提供理论指导。

• 双毛细管静电雾化模式及雾化特性实验研究

  薛军新,李维仲,董波,张涛

  通过可视化实验研究了双毛细管静电雾化现象。以无水乙醇为介质，使用PDIA、PIV和高速摄影方法测量和分析了雾化模式和液滴的粒径分布、径向与轴向速度分布和锥角变化。结果表明，当改变流量与电压时，静电雾化呈现滴状、纺锤状、脉动射流、稳定锥射流、多股射流等多种雾化模式。因流量与电压的变化导致单位表面荷电量变化，进而变化了表面张力使得各处粒径大小发生改变，发现双毛细管雾化粒径分布规律呈近似M型，雾化状态越稳定粒径波动越小，且粒径远小于单毛细管雾化粒径以及雾化范围更广。液滴径向速度分布呈线性，雾化状态越稳定线性关系越强，液滴与毛细管末端距离对径向速度近无影响，流量对轴向速度影响远大于电压。液锥锥角在稳定锥射流模式最小，脉动模式锥角达到最大。

• 复合热沉环路热管的热点散热性能模拟研究

  贺李丹,陈振乾

  针对芯片功耗与集成度提高而导致的局部热点问题，设计了一种用于芯片散热的复合热沉环路热管系统。建立了环路热管蒸发段模型，通过数值模拟的方法，证明了复合热沉环路热管系统能够降低热点温度，提高散热表面的温度均匀程度，且散热效果与热点的分布位置有关。当热点的热流密度为160W/cm2，热沉横向、纵向导热率分别为1500W/(m?K)、24W/(m?K)时，热点温度为88.88°C，相比于无热沉时降低了5.96°C。研究了不同热沉导热率下的热沉厚度对热点温度的影响，结果表明：若导热率各项同性，热点温度随热沉厚度的增加而降低，之后趋向不变；若为各项异性，存在最优的热沉厚度，使热点温度最低。

• 热湿侵蚀对镀锗薄膜热光属性的影响

  王耀霆,马小飞,荆鹏,刘永上,徐治国

  本文实验研究了不同热湿保存环境条件对聚酰亚胺镀锗薄膜热光属性的影响。试验温度分别为20℃和40℃,试验相对湿度条件为40%、60%、95%,温湿度交叉研究。试验在恒温恒湿仪中进行,并分别采用原子力显微镜和紫外可见近红外分光光度计对试验前后的薄膜进行电镜观察扫描和热光属性测量。试验结果表明,热湿处理对聚酰亚胺镀锗薄膜光学属性有重要的侵蚀影响。热湿处理后的薄膜不仅微结构表面发生改变,在部分波段其热光属性也有重大变化。

• 基于代换合成法的高校教室综合舒适度研究

  刘红敏,时浩,钱嘉鑫,孙亚松

  教室内的温度、相对湿度和空气流速对学生的健康和学习起着至关重要的作用，在2019年的夏季采用主观问卷调查对上海某高校教室内的操作温度、相对湿度与空气流速舒适感进行评价，并提出了综合舒适评价指标。建立了单个物理参数的无量纲函数，并利用向量相似度法计算出操作温度、相对湿度与空气流速对综合舒适评价指标的影响权重分别为0.462,0.291,0.247，通过代换合成法建立了基于操作温度、相对湿度和空气流速的人体综合舒适评价模型。利用控制变量法将三种评价指标两两组合，验证各评价指标对综合舒适评价指标的影响程度，得出操作温度偏离其所在舒适区时，引起的综合舒适度评价值变化量越最大，既而成为影响综合舒适评价指标的主导因素。结合了向量相似度法和代换合成法的综合舒适度评价模型，完全基于数据驱动，摆脱了传统热舒适模型的框架，更能体现出受试者的实际舒适感。这可为制定教室环境综合舒适度定义及相关标准的修订提供参考，同时可为教室热环境的热环境设计参数、评价与设计提供合理依据，减少能源浪费。