热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2022年第3期

• 真空闪蒸制冰技术研究进展

  章学来

  冰浆作为一种性能优良的相变蓄冷材料广泛应用于生活及工业中，真空闪蒸制冰技术作为一种最具潜力的冰浆制备方法，有广泛的发展前景。介绍了真空闪蒸制冰的基本原理及物理过程，分别根据冰浆生成方式、真空维持系统设计方式对真空闪蒸制冰系统进行分类，详细分析了解决真空闪蒸制冰技术问题（维持真空度、强化传热、过冷）的研究，并对真空闪蒸制冰技术的进一步研究做出展望。

• 二氧化硅气凝胶制备条件对热导率的影响

  刘昌宇

  二氧化硅(SiO2)气凝胶由于其内部的多孔网状结构与气体填充,热导率极低,可应用于多种保温隔热材料。本文通过实验研究了二氧化硅气凝胶的热学性能,并分析了不同水解时间、蒸馏水体积、反应物体积比、pH值对其热学物性参数的影响规律。结果表明,在所研究的范围内,随着水解时间的增加,二氧化硅气凝胶热导率减小；随着反应物体积比、蒸馏水体积和pH值的增加,二氧化硅气凝胶热导率先减小后变大。

• 冷却流量对涂层叶片冷却性能影响的数值研究

  石黎,孙志颖,卢元凤

  采用气热耦合数值方法研究冷却流量对热障涂层气冷涡轮叶片冷却性能的影响。分析表明：叶片的冷却效率随冷却流量的增加而增大,但增幅则逐渐下降。吸力面上,附加热障涂层的效果更好。基准工况下,温度的降幅为72.6K,冷却效率的增幅为6.5%。尾部部分区域内部冷却不足,热障涂层阻碍热量从金属表面向流体传递,金属表面温度升高,综合冷却性能下降,因此,只有配合高效的内冷技术,才能达到理想的冷却效果。

• 水基石墨烯量子点纳米流体主要物理化学特性研究

  赵贵青,李林,仇中柱,朱群志,刘方,姚远,李晟南,吴聪聪,王璋元

  在液体中添加固体纳米粒子是提高工质换热能力的一种有效途径，利用超声震荡法将石墨烯量子点扩散于去离子水中制备了石墨烯量子点流体，研究其物理稳定性、流变性能、热力学性质、光学性能和腐蚀特性，结果表明：在实验选定的加入量范围内，制备的石墨烯量子点流体具有较高的物理稳定性，石墨烯量子点的加入对基液粘度的影响不大；在水中添加少量的石墨烯量子点就能显著地提高流体对太阳辐射能的吸收率，并且显著提高基液的导热系数；与去离子水相比，石墨烯量子点流体能加速铜的腐蚀，抑制碳钢的腐蚀，对不锈钢的腐蚀性与去离子水几乎相同。石墨烯量子点流体的以上特性表明，它有潜力成为一种新的流体换热工质。

• 空气冷却式膜蒸馏构型的传热分析

  从硕,缪青秀,郭飞

  在膜蒸馏的不同构型中，直接采用环境空气作为冷却媒介的空气冷却式构型很大程度上简化了系统配置。在强化传热的条件下，其跨膜通量与水冷构型接近。对空气冷却式膜蒸馏构型的传热过程进行理论分析，并通过量化分析各参数对膜蒸馏传热性能的影响，构建综合的传热模型。引入关联热阻系数这一概念，用以量化空气冷却的参数对膜蒸馏过程总传热系数的抑制作用。通过模拟计算研究了冷凝板导热系数、空气流速、冷凝板肋化系数、料液温度等参数对膜蒸馏传热性能的影响，并分析和量化多参数对关联热阻系数的综合影响。结果表明冷凝板导热系数、空气流速、冷凝板肋化系数是影响关联热阻系数的重要因素，各参数对膜蒸馏传热性能的综合影响得以量化。以上研究为后续传质模型的研究提供了指导。

• 碳纳米管纤维导热性能的实验研究

  王钰婷,林欢,张满,徐屾,董华

  利用瞬态电热技术对碳纳米管纤维（CNTF）的导热性能进行测量，研究了不同加热电流下CNTF导热性能的变化规律。在测量过程中，发现热扩散系数存在“突变”现象，CNTF的高热扩散系数比低热扩散系数大约提高1.65-3.85倍，随着电流的增加，热扩散系数呈下降趋势。对电流加热过程中的声子散射机制进行了分析总结，并探究了CNTF中微观结构演变。研究表明，热扩散系数下降主要是由于高温加热过程中，倒逆声子散射增强和组成CNTF中的多壁碳纳米管结构变化造成。

• 不同蜂窝蓄热体的性能对比及能耗分析

  刘圣春,张钟垚,徐冰清,李雪强,徐智明

  蜂窝蓄热体对于改善空气燃烧过程，降低NOx起着至关重要的作用。本文通过Pointwise和Fluent软件建立了蜂窝蓄热体三维数值模型，从不同的换向时间、孔型、边长、材料的角度对比了蜂窝蓄热体的换热特性，并对实际工作中节能效率进行了理论计算。结果显示，当换向时间从15s增长到45s时，正方形蓄热体的温度效率从78.5%降低到63.1%。当边长、壁厚相同时，圆形蓄热体的温度效率最高，压降也最大；六边形蓄热体的温度效率最低，但压降最小。总结发现，孔隙率的减小可以有效的提高温度效率，但是同时会增大流动的压力损失。在实际应用中可据此选择合适的孔隙率。同时得到，在实际运行中，当a=2mm时，圆形蓄热体的节能效率最高（26.9%），六边形节能效率最低（24.4%）。

• 辐射制冷材料军用帐篷内热舒适性的实验研究

  张辉,赵敬德,樊杰

  为了研究辐射制冷材料应用于军用帐篷对帐篷内环境热舒适的改善效果，将辐射制冷材料制成的降温帐篷与普通军用帐篷作对比，在夏季太阳照度充足的时间进行现场实验，测量了两种帐篷的外表面及内部空气温度，并结合WBGT、TSV及TCV等热舒适评价指标比较二者内部环境的热舒适情况。实验结果表明：在实验持续三小时，室外温度为34℃、总太阳辐射强度为743W/m2的情况下，相较于普通军用帐篷，辐射制冷帐篷表面温度可降低6.9℃，从而低于周围空气温度；帐篷内部空气温度可降低4.3℃，达到32.9℃；WBGT由32.1℃降低到28.1℃，可降低4℃。由WBGT、TSV及TCV的比较结果显示，帐篷内的热舒适情况得到了显著的改善。

• 污泥掺混木屑水解残渣为载体的复合相变材料循环热性能研究

  王翠苹,苑仕瑞,赵荣洋,岳光溪

  本文以污泥水热解残渣资源化为目标，采用真空吸附法将污泥/木屑水热解的残渣吸附三水乙酸钠制备复合相变储热材料。对水热解残渣进行BET和粒径分析的表征，通过同步热分析仪、XRD及水浴中熔化-凝固多循环对复合储热材料的储热能力、相变温度、热循环稳定性等性能参数进行分析。实验结果表明，本文制备的复合相变储热材料无需添加增稠剂或悬浮剂等助剂，借助污泥残渣本身特有的均匀粒径和细微粒度特性以及木屑挥发分析出对残渣的造孔重整，作为载体可有效改善常规水合物作为储热材料的相变过冷度和相分离问题。封装尺度对储热材料的相变潜热和稳定性影响较小，100次循环后的潜热实际值与理论计算值（219.8kJ/kg）相差仅为-0.5%~0.4%，化学组分也没有变化，可见该复合储热材料既具有优良的热稳定性也具有可靠的化学稳定性。

• 碳氢火焰辐射特性快速判定方法研究

  姜志伟,张安琪,易正明,吕伟

  针对比色法计算碳氢火焰温度时要判定其是否为灰体，提出了一种基于图像处理的辐射特性判定方法。该方法用黑体炉标定CCD相机，拟合得到三基色值与单色辐射强度的函数关系，再根据普朗克定律和比色法测温原理计算蜡烛火焰的温度以及三基色值下的辐射率，计算三个辐射率的均方差并进行辐射特性判定。实验结果表明，三个快门速度下，计算温度的相对误差均小于0.500%，计算辐射率的相对误差均小于5.000%，说明标定实验的有效性；以蜡烛火焰为研究对象，其辐射率的均方差均大于0.024，可判定蜡烛火焰为非灰体。

• 大型斜温层储热罐在火电厂灵活性调峰中的应用分析

  王晋一,赵宇炜,林安飞,郭建东

  以华能丹东电厂引进的大型斜温层储热罐为例，详细介绍了储热罐的原理、结构及实际应用情况。面对国内能源结构的深入调整，碳达峰、碳中和目标日益临近，火电调峰将成为常态，储热罐的应用及其与火电机组的有效配合，不但实现了热电解耦，有效增加了供热负荷，还为火电机组灵活性调峰创造了先机。实践表明，经过国产化及优化，储热罐有效蓄热量设计值5 040。0GJ，实测值5 324.7GJ，斜温层厚度设计值1.500m，实测值0.850m，丹东电厂通过储热罐的应用，在保证供暖的情况下，单机负荷率由20% 继续下降至12.85%（45MW），并保持连续运行，创造了火电机组深度调峰的典范，验证了斜温层储热罐在火电厂深度调峰中的保低负荷供热以及顶尖峰压低谷的作用，为火电灵活性改造技术提供了切实可行的方案参考。

• 基于热泵技术的电厂余热利用研究

  李永田,王军,张欢,董琨,乔冠,修科华

  供热问题是备受关注，受管网的限制，现有热电联产供热半径无法完全覆盖。利用喷射式热泵技术、吸收式热泵技术、径向热管技术，对电厂乏汽进行深度利用，并采取“打孔抽气”的技术保障供热安全。工程应用表明：项目内部收益率14.6%、动态回收期10.5年、财务净现值6110.7万元，能源利用率提高，节约标煤8419吨。采用热泵技术对电厂余热进行综合利用，经济效益好、技术有优势、社会综合效益较好。

• 形状记忆可展桁架在轨热变形分析研究

  王旭,房光强,曹争利,刘振宇

  本文借助I-DEAS软件建立了针对形状记忆可展桁架的热-结构耦合分析模型，并试验验证了分析模型的准确性。在此基础上，采用多层隔热复合材料作为热控措施，计算分析有/无热控措施及预紧力大小对桁架温度与热变形的影响。结果表明，包覆多层隔热材料效果明显，可将桁架在轨周期内的温度差减小85%，位移差减小80%，有利于对可展桁架进行温控，实现展开与收拢，减小运行期间振动的影响。桁架变形大小由预紧力和热应力共同决定，随着预紧力增大，桁架位移差逐渐减小。