热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2022年第4期

• 烟气除湿喷淋塔出口液滴逃逸率研究

  朱胜奎,朱群志

  为了降低火电厂烟气含湿量,以新型的上喷淋上进气喷淋塔为研究对象,采用FLUENT模型模拟喷淋塔内部两相流体的运动,并与实验验证,采用单变量分析方法研究烟气流速、喷淋液滴直径、喷淋速度、喷淋流量四种因素对出口液滴逃逸量的影响。研究结果表明：各操作条件对出口液滴逃逸量的影响程度：液滴直径>喷淋流量>进气速度>喷淋速度；出口液滴逃逸量随着喷淋流量和进气速度的增长而线性增长；在进气速度3.5 m/s下,当液滴直径小于1 mm时,逃逸量随液滴直径减小而迅速上升；当直径大于1 mm时,液滴逃逸量几乎为0,不受喷淋流量影响。

• 掺混臭氧对微圆管内甲烷/氢气/氧气爆轰特性的影响

  张顺,潘剑锋,李剑星,陈祥

  为研究掺混O3对2CH4-2H2-5O2混合气火焰、由缓燃向爆震转捩(DDT)过程及爆轰波传播特性的影响,使用高速摄像机(CCD)观测了不同O3浓度(0％,0.44％,0.95％,1.4％,2％)下,2CH4-2H2-5O2混合气在不同内径的毫米级(3mm、5mm、7mm)管道内的火焰传播情况,进而分析了掺混O3对2CH4-2H2-5O2DDT过程及爆轰波传播特性的影响。实验结果表明,添加臭氧可以显著加速火焰的传播速度,从而加快爆燃向爆轰(DDT)过程,缩短起爆距离。在相同管径下,随着混合臭氧浓度的增加,火焰的传播速度增加,起爆距离减小。而当添加的臭氧比率相同时,随着管道直径的减小,起爆距离缩短。

• 突变热环境中桌面风扇作用下的热舒适研究

  姚戈,李念平

  为了研究温度突变工况下使用风扇对人体热舒适的影响，在人工环境实验室内，营造了不同的温度突变环境(34℃-26℃-34℃、34℃-28℃-34℃、34℃-30℃-34℃)对20名青年受试者开展了人体热反应的实验研究。实验对比分析不同工况下受试者心理和生理反应的变化。实验结果表明，温度突降时，会出现“冷感超越”现象，且温差越大，超越现象越明显，热感觉稳定时间更长。使用桌面风扇可以使热感觉更快地达到稳定。皮肤温度也随温度突变发生显著变化。同时得到受试者在三种不同温度工况下的偏好风速，发现使用风扇能显著改善热湿环境中受试者的热舒适。

• 不同环境工况下表面润湿性及外加磁场对结霜影响的实验研究

  宋立超,秦妍,官吏男,李维仲

  对不同润湿性表面及外加磁场的结霜过程受冷表面温度(tw)和环境相对湿度(ϕ)的影响进行了微观可视化研究,结合机理分析对比了在tw=-10.0℃和tw=-35.0℃、ϕ=65%和ϕ=90%工况下不同强度磁场和不同接触角表面上结霜形态、霜层厚度、结霜质量和密度的变化规律。研究显示,相比高温低湿工况,低温高湿工况下结霜进程加快,结霜前期水珠凝结合并阶段缩短400s左右。结果表明:随着tw 的降低和空气ϕ 的增大,磁场和表面特性对结霜过程的影响减弱;tw 和空气ϕ 对疏水表面抑霜效果的影响要大于对磁场抑霜效果的影响,且影响程度随着表面接触角和磁场强度的增大而增大。

• 微细通道内蒸汽直接接触凝结汽液界面演变特征的实验研究

  张强武,马坤茹,李树谦,卢涛,侯娜娜

  为探究微细尺度条件下蒸汽直接接触凝结汽液界面瞬时特征及演变行为，开展了圆形截面T型微细通道内蒸汽直接接触凝结的可视化实验研究。利用高速摄像系统获取了饱和蒸汽体积流量630μL/min、过冷水温度60℃及过冷水体积流量12650μL/min工况下直接接触凝结过程的瞬时图像信息。研究发现，汽液界面演变历程不能简单的用一种凝结流型进行表述，其过程中包含了柱状、环状和间歇凝结流型的特征。蒸汽自支管入射至主管后其长度变化曲线经历了相对较长时间（108.2ms）地振荡增长，而消失过程则相对短暂（16.2ms）。此外，水平主管内的蒸汽柱先后发生了脱离和断裂现象，且其与支管正下方的蒸汽泡的凝结机理有所不同。

• 高潜热相变砂浆与相变板墙体性能对比研究

  马玉林,李皖皖,年永乐

  相变储能墙体面临着相变温度不适宜、储能能力低、构建形式多但缺乏性能对比分析等问题，为此，本文以相变砂浆、相变板墙体为对象，对其性能进行优化和对比研究。采用固、液石蜡、HDPE按比例熔融混合制备出相变温度约为34℃的定形相变材料，该材料无泄漏、形状稳定，潜热为现有文献的2倍多。基于该材料制备出相变砂浆、相变板材，并构建两类相变-混凝土墙体结构，研究在相同边界条件和初始条件下两者的传热特性及节能效果。结果表明，以普通砂浆墙体为对照，相变砂浆、定形相变板可将内壁面最高温降低0.73℃、1.76℃，定形相变板保温隔热性能最优。定形相变板可将空调热负荷降低21.9%，高于相变砂浆；但其原料成本为普通砂浆的3.38倍；成本增幅较相变砂浆高出32.8%，而成本回收周期低33.3%。

• 变工况对带涡流发生器的PEMFC性能的影响

  刘玉峰,施鲁浩,杨来顺,崔伟伟,岳光溪,蒋东方

  质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种高效的能量利用装置。为了提高其工作性能，在其中加装涡流发生器，并研究工况对其性能的影响，对其进行了单因素和多因素影响分析，利用响应面法建立数学关系式。结果表明，加装涡流发生器，可以明显改善PEMFC温度均匀性、提高燃料利用率、改善通道排水，对燃料电池的性能有明显提升，电压为0.4伏时电流密度提升了55.4%；另在所选区间内温度为65℃，相对压力为100kPa，湿度为60%，化学计量比为2.5时，燃料电池的功率密度最大。

• 闭式氦气轮机循环建模及循环特性优化分析

  黄晨

  氦气闭式布雷顿循环可用作高温气冷堆热电转换装置，能够有效降低传统核电机组复杂程度，提升热电转换效率。为详细研究氦气闭式布雷顿循环特性，指导工程样机设计，基于Refprop提供的真实气体模型建立了简单、间冷、回热以及间冷-回热四种闭式布雷顿循环数学模型；然后通过对比分析方法，揭示了关键参数变化对循环特性的影响，重点阐述了间冷、回热器对循环性能的作用机制：1)回热器能够有效回收涡轮出口氦气热量，大幅提升循环热效率，并且能够降低系统达到最佳循环效率所需压比；2)使用间冷器虽然能够降低压缩系统功耗，但受间冷器流道内压损影响，需综合考虑系统复杂度、研制成本及循环性能等因素确定系统是否需要间冷器。

• 基于Ebsilon的槽式光热发电回热循环性能分析

  耿直,曾庆仪,蒋东翔,姚瑶,张莉,黄春犁,丁五洲,李芳,常绪成

  在热力发电过程中，存在发电功率低、发电成本高以及工业余热直接被释放到外界。为了优化热力发电系统，采用回热循环、选取最佳回热系数提高系统的整体效率。依据工程热力学的第一、二定律等数学理论建立数学模型。通过Ebsilon软件平台建立了一个典型的槽式太阳能光热发电回热系统仿真模型，通过设定特定的参数进行模拟。结果表明：随着回热系数的增加，发电量逐步增大；储热系统良好的调节作用是发电量稳定、安全、具有持续性，夜晚期间发电量稳定在1600.43 W左右、系统的光热转换效率在12.77%左右。该仿真研究为工业应用提供相应的依据，有利于促进槽式太阳能热发电回热循环系统的研究及工程化应用。

• 蓄热水箱水温和水箱体积对太阳能集热系统的性能影响分析

  韩凯悦,刘泽勤,董敏

  采用实验和模拟计算方法对太阳能集热系统蓄热水箱的水温和水箱体积影响因素开展探究，分析日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度等参数随水箱初始温度和水箱体积的变化规律。研究结果表明：水箱初始温度从10.34℃增加到29.88℃时，日有用得热量减少了19.52%；换算成日太阳辐照量为17MJ/m2时的储热水箱中水的温升值下降了17.66%，储热水箱结束水温下降了10.73%；单位面积日有用得热量减少了17.64%。通过TRNSYS模拟软件，分析出太阳能集热系统全年运行工况时的水箱变量参数对系统性能的影响，获得了日有用得热量、集热器功率和水箱内平均温度的变化规律。通过选取不同月份的若干个时段进行对比分析，得出水箱体积对太阳能供热系统的影响较水箱初始温度大；当下调水箱初始温度和缩小水箱体积时，日有用得热量提升，但集热器功率降低；当上调水箱初始温度和缩小水箱体积时，水箱内平均温度升高；且随着太阳能集热系统运行时间的累加，水箱初始温度和水箱体积对上述各性能参数的影响减弱。日有用得热量、集热器功率和水箱内平均水温随着季节变化明显，秋季和冬季气候下的日有效得热量，集热器功率和水箱内平均水温均低于春季和夏季。

• 高能管道断裂蒸汽喷射过程数值模拟

  彭建,张涛,毕勤成,黄甲,赵金乐

  使用star ccm+软件，以完全断裂的高能管道为研究对象，针对3~15MPa的饱和蒸汽喷射过程进行了数值模拟研究。主要研究了管道断裂后喷射过程中喷射锥的影响范围、喷射锥内压力和速度分布规律，并针对不同的压力、喷管长径比研究了喷嘴后不同位置处所受的喷射冲击力。研究表明在喷嘴出口处压力快速下降，蒸汽速度迅速增大，之后会有一定波动；压力升高对喷嘴出口蒸汽最高速度的影响不大，但会影响喷射冲击力的大小；除此之外，距喷嘴出口处的距离、喷管长径比等也会影响喷射冲击力的大小。

• 以R134a为工质的OTEC朗肯循环热力计算软件开发

  李斌,张理,徐明海,李大树

  以海洋温差热能转换（OTEC）的热力循环为研究对象，为给循环分析提供方便准确的性能计算工具，采用Python程序设计语言，开发了OTEC朗肯循环热力计算软件。软件可以完成简单朗肯循环、再热朗肯循环、抽气回热朗肯循环等3种循环的热力计算，输出结果包括循环最高限制压力、冷凝压力、工质泵功、膨胀机功、蒸发器热负荷、冷凝器热负荷、循环净功以及循环热效率等朗肯循环性能参数。工质热力性质采用R134a的最新国际标准关联式，计算结果足够精确，在蒸发温度24.34℃、冷凝温度8.14℃，泵效率和透平效率均为1.0的工况下，与采用NIST提供的热物性数据进行循环计算结果对比表明，二者完全一致，循环热效率均为5.15%。软件可作为OTEC发电装置的热工设计参考，也可用于R134a工质的 -103.15℃~426.85℃之间的亚临界朗肯循环、跨临界朗肯循环和超临界循环等领域的应用，软件的成功开发对我国OTEC发电应用领域的发展具有相当程度的技术保障与引领作用。