热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2023年第2期

• 海底数据中心散热优化系统的设计与仿真研究

  周海峰,陈鑫,陈立枫,邱嘉辉,郑东强,林忠华

  随着电子信息存储设备高能耗密度化的发展趋势，目前海底数据中心通常需要耗费大量的能源，且其仍存在运行效率较低以及设备能耗较高等问题。因此本文研究并设计了一种海底数据中心散热优化装置及其检测系统。首先建立相关模型并分析计算电能利用效率PUE值（Power Usage Effectiveness），客观地评价海底数据中心散热状况，接着参考工程实例对比不同散热结构并进行仿真实验验证，最后结合散热检测软件平台所监测到的相关数据，印证了本文设计的散热优化系统能够有效提高海底数据中心的散热效率。

• 圆形热负荷作用面电器件散热器的结构参数对热阻的影响

  卢鑫,王璐,张金龙,王良璧

  用数值方法分析了圆形热负荷作用面电器件散热器的结构参数对热阻的影响。定义了无量纲坐标及无量纲热阻R，得到了在不同几何参数条件下毕渥数Bi与无量纲热阻R的关系。在大量数据基础上拟合获得了毕渥数Bi及散热器几何参数与无量纲热阻R的关联式，该关联式不仅可以获得热阻随参数变化的趋势，而且能够直接预测散热器的热阻，揭示了热负荷作用面为圆形的电器件散热器散热特性。研究结果为使用这类散热器的设计提供了理论和计算依据。

• 磁流变阻尼器多物理场耦合的温升特性分析

  甄亮,冯永保

  磁流变阻尼器属于一种能量耗散装置,在使用过程中将振动机械能转化为自身热能,阻尼器力学性能受磁场和温度等因素的影响。建立磁流变阻尼器温度场的数学模型和仿真模型,运用COMSOL仿真计算软件,分析了磁流变阻尼器多物理场耦合下的温升特性,通过改变线圈电流大小、激励振幅和频率,对比研究影响阻尼器温升的原因。仿真结果表明,磁流变阻尼器温升主要来自于磁流变液流动的黏性热,小电流时电磁热对阻尼器温升影响较小,激励信号振幅和频率的变化对阻尼器温升影响较大,一维能量平衡法温度场数学模型仅适用于激励信号时大振幅或大频率工况场合。

• 水平管降膜冷态流动形态及滞后现象实验研究

  刘华,张鼎喆,刘硕,王潇,王华山

  以25.00 mm铝黄铜管水平管外降膜流动过程为研究对象,对以水为工质的管间流动形态及管间距对临界雷诺数的影响进行研究,基于观察到的流动形态变化的五个阶段分析了流型转换的滞后现象。计算了泰勒波长理论值并与实验测量值进行对比分析。研究结果表示,流动形态的五个阶段,临界雷诺数随管间距增大而增大,滞后现象存在于各个临界流态转化点中,柱帘-帘阶段滞后区间最大,实验泰勒波长较理论值略低,且在理论值附近波动。

• 基于非接触式静电传感阵列的二维流化床气泡参数测量

  许传龙

  实现流化床内气泡参数实时在线测量与表征，对深入了解流化床内气固流动特性以及反应过程调控具有重要意义。本文提出一种非接触静电传感阵列的气泡参数测量方法，通过静电传感器结合互相关法测量气泡上升速度，进一步利用气泡流经传感器的时间差，可获得气泡直径。开发了非接触式多路检测系统，并在二维流化床上开展了气泡特性实验研究。结果表明：静电传感器阵列结合互相关技术可实现在流化床内气泡上升速度、直径的同时测量；不同工况下，二维流化床中气泡的流动特性基本满足Davidson半经验公式，气泡的上升速度与流化风速及气泡直径的平方根成线性关系。非接触静电传感阵列对气泡流动不产生干扰，在表征流化床内部气泡流动特性具有重要的工程应用价值。

• 基于CFD数值模拟下的蒸汽喷射器性能预测

  徐煜,王辉涛,余伟,陶帅,葛众,夏禹辰

  建立了蒸汽喷射器热力学模型，并验证了该模型性能及结构计算的可靠性。并针对实际情况中，对该模型进行了动态模拟。结果显示：当工作流体的温度升高时，工质流体的质量流量都会增加，引射系数存在峰值，峰值所对应温度为热力学模型设定温度值；当引射流体的温度升高时，其质量流量也会随之增大，而工作流体的质量流量则较稳定，因此引射流体温度与压力的升高可以改善喷射器的性能；当背压升高时，在一定压力范围内，工质流体的质量流量都趋于稳定，而当背压超过热力学模型设定背压值时，引射流体的质量流量便随背压的升高而急剧下降，喷射器性能严重恶化，故认为该压力值为喷射器的临界背压。本文研究结果对喷射器的设计计算具有一定的指导作用。关键词：蒸汽喷射器；热力学模型；数值模拟；引射系数

• 4kW有机朗肯循环系统运行特性实验研究

  李瑞霞,李骥飞,苗政,徐进良

  针对分布式发电系统的多工况运行需求,本文测试了采用R123工质的4kW级有机朗肯循环实验机组在150℃热源条件下,基于工质流量和膨胀机转速控制的多工况运行特性和输出性能。结果表明,机组在膨胀机转速1000到1200r/min范围性能最佳,提高工质流量可明显改善机组性能；膨胀机输出功和净功效率随工质流量变化趋势相反,在大流量下获得最大输出功3.7kW,在小流量下取得最大热效率6.41%。涡旋膨胀机内容积比相对较小,机组在测试工况下均运行于欠膨胀状态,其等熵效率在50%到60%之间,随工质流量和膨胀机转速的增大而增大。

• 涡轮叶片蜂巢式冷却结构减阻能力数值研究

  王楠,吕东

  先进航空发动机中高耐温能力涡轮叶片通常要以增加冷却系统的流动阻力来提高冷却效果，但由此导致的二次流系统损失增大可能会引起整机性能的下降。为解决该问题，研究了先进涡轮叶片中典型层板冷却结构的内部流动损失产生机理，并针对性地提出两种(进/出气孔平行式和交叉式)低流动阻力的类蜂巢式冷却结构。基于三维数值仿真方法研究了其流动特点和损失特性，并揭示了该结构可以显著减小通道内气流转折角度、抑制旋涡产生和避免多股气流对撞的减阻强化机理。通过与典型层板结构的对比分析，初步验证了在相同的结构无量纲参数和流量下，两类蜂巢式冷却结构的总压损失分别可降低65~66%和67~69%，在高推重比航空发动机涡轮叶片冷却设计上具有较好的应用前景。

• 压缩机转速对空气源热泵冷热水机组性能影响

  李海军,张中来

  针对空气源热泵冷热水机组在高温及低温环境下系统压缩机转速不匹配、系统性能衰减严重等问题，搭建了低压补气型空气源热泵冷热水机组实验台，结果表明：在43 ℃高温环境下，压缩机转速由3000升高到4500 r/min过程中，排气温度升高幅度为5.0%~11.5%，系统制冷量升高幅度为3.1%~26.9%，压缩机功率升高幅度为9.6%~11.4%；压缩机转速为3500 r/min时，制冷系数COPc达到最大值3.20。在-10 ℃低温环境下，压缩机转速由3000 r/min升高到4500 r/min过程中，排气温度升高幅度为4.6%~6.9%，系统制热量升高幅度为2.9%~24.7%，压缩机功率升高幅度为10.4%~11.5%；压缩机转速为4000 r/min时，制热系数COPh达到最大值2.98。

• 扰流器作用下循环流化床烟气脱硫塔内流动行为研究

  许聪,赖雅茹,周冠辰,吴德慧,谢非,王卓

  以硼矿石焙烧CFB-FGD系统中的吸收塔为研究对象,以FLUENT15.0为计算平台,采用数值模拟的方法研究了扰流器对吸收塔内气固两相流流场、温度场以及颗粒驻留时间的影响。结果表明:在吸收塔上部加装扰流器可以增强吸收塔上半部的气固两相扰动,强化吸收剂颗粒的内循环,延长吸收剂在塔内的驻留时间,并能有效降低吸收塔出口烟温；随着扰流器出流速度的增大,吸收塔内烟气的平均湍动能增大而出口烟温则逐渐降低。

• 干打垒遗产建筑保护性低碳节能改造研究

  唐晓英,姜伟,马令勇,李栋,刘功良,刘桂德

  以一栋典型干打垒建筑为研究对象，为解决其保护不善问题，提出了多种因素、多个目标综合分析的保护性低碳节能改造策略。建立干打垒建筑信息模型，为后续改造和管理提供数据支撑。在不影响文化和历史价值的基础上，研究了在外墙和屋顶上添加内保温材料以及更换外窗。考虑保护方法、U值限制和当地材料等因素，选取了6种保温材料和4种窗户类型，建立了24种工况。分别模拟和估算各个工况的能耗、碳排放和生命周期成本。基于节能、低碳及经济三个目标，采用分类比较与综合比较相结合的方法评价各个工况。结果表明，采用发泡聚苯乙烯（EPS）和90系列隔热铝合金窗，能耗、碳排放及成本最低，是最佳方案。该优化方法可以促进既有建筑创新节能和低碳改造方法的发展。

• 鸡骨废弃物热解特性及动力学与热力学研究

  陈亚东,张心怡,赵荣煊,魏朝阳,刘联胜

  采用热重分析法对废弃鸡骨热解特性进行研究，分别在3种升温速率（10、20、30 ℃?min-1）下进行热解，结果表明鸡骨的热解过程可分为三个阶段，分别为脱水阶段、蛋白质等有机物分解的挥发分析出阶段和碳酸盐等无机物的热解的碳化阶段。受样品热滞后影响，随升温速率的提高，样品的TG与DTG曲线向高温方向偏移。应用Flynn-Wall-Ozawa（FWO）法得到鸡骨热解动力学相关参数，活化能为236-462 kJ/mol。利用主曲线法得到样品反应机理函数为f(α)=(1-α)和 f(α)=(1-α)3。通过分析骨类厨余垃圾的热解过程，可以使废弃骨类资源得到优化配置。