热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2023年第5期

• 液滴撞击低温超疏水表面运动状态的数值模拟研究

  姚一娜,李聪,杨锐,张辉

  本文针对液滴撞击固体表面后出现的反弹和黏附两种运动状态，通过引入基于连续温度函数的能量方程，建立了用于计算液滴运动、传热和相变过程的数值模型，并与实验结果对比，验证了数值模型的准确性。进而模拟了具有不同韦伯数We和奥内佐格数Oh的液滴撞击低温超疏水表面的运动、传热和相变过程。结果表明：液滴撞击后的运动状态主要取决于奥内佐格数Oh，临界范围是0.022-0.026，而基本不受韦伯数We的影响。当液滴撞击后的运动状态为反弹时，韦伯数We越大的液滴，最大铺展直径越大。而当韦伯数相同时，随着奥内佐格数Oh的增大，液滴与表面的接触时间越大。

• 单个电磁振动风扇扇叶形状换热特性研究

  闵春华,胡金琦,刘杰,杨旭光,王坤

  电磁振动风扇主要由柔性扇叶和电磁驱动装置组成，工作原理是通过电磁力驱动扇叶振动，使周围的空气流动,达到散热的目的。扇叶优化是提高振动风扇散热能力的重要途径，在矩形扇叶的基础上提出锯齿形扇叶和折扇形扇叶。使用FLUENT软件进行数值模拟，研究单个矩形、锯齿形和折扇形扇叶诱导的流场特性和换热特性。结果表明：与矩形扇叶相比，锯齿形与折扇形扇叶均有增强散热的积极作用，可提升最高气流速度分别为0.4 和0.8 m/s，提升局部散热分别为5.8 %和9.0 %。

• 环境风影响下换流阀空冷平台换热性能提升研究

  刘志远,潘亮亮,杨晨,李早阳,刘立军

  针对北方某换流站换流阀空冷平台,研究了其在不同环境风条件下的换热能力,并在最不利环境风条件下对不同挡风墙安装策略下空冷平台的换热特性进行了分析。结果表明,当空冷平台位于建筑下游且距离建筑较近时,环境风对其换热性能的影响最大。在最不利环境风条件下,换流阀极1、极2空冷平台的换热量较无风环境分别减少了39.3%与28.6%。不同的挡风墙安装策略对空冷平台换热能力的影响存在明显差异,下挡风墙能够有效阻隔上游空冷平台排出的热气流进入下游空冷平台,而上挡风墙则可以有效削弱空冷平台自身的热风回流现象。在最不利环境风条件下,采用上挡风墙4.0m 的布置策略对空冷平台的换热更为有利,为换流阀空冷平台的设计与改造提供了有益指导。

• 铝扁管内R410A冷凝传热特性研究

  王旭,孙云峰,甄琦,孙凯,闫彩霞

  为了探究制冷剂在多孔铝扁管内的冷凝传热特性,采用实验方法对 R410A在多孔铝扁管内的冷凝传热和压降特性进行了研究。冷凝温度分别为47、40和30℃,单位截面质量流率在200~600kg/(m2·s)。给出了实验 测 试 结 果,并 采 用 公 开 发 表 的 学 术 文 献 中 的 模 型 与 这 些 实 验 测 试 结 果 进 行 了 对 比。 Müller-Steinhagen和 Heck模型预测压降的精度最高,它预测93.3%测试点的偏差在±20%之内,预测100%测试点的偏差在±30%之内。Koyama等模型预 测 传 热 系 数 的 精 度 最 高,它 预 测 93.3%测 试 点 的 偏 差 在 ±10%之内,预测100%测试点的偏差在±20%之内。

• 1-1型三元乙酸盐水溶液体系的电导率实验

  吴曦,唐峰毅,徐士鸣,张鑫杰,杨帅帅,龚路远

  工作溶液的电导特性对盐差能驱动的逆电渗析电池堆性能影响显著。建立电导率测试装置,在变溶液浓度和温度条件下,测试了 KAc-AgAc-H2O、LiAc-AgAc-H2O、NaAc-AgAc-H2O 和 NaAc-SDBS-H2O 四组三元溶液体系的电导率。结果显示:在10~60 ℃内,乙酸盐溶液电导率均随溶液浓度和温度的增加而增加,平均提升率近 20%/10 ℃;而 在 相 同 溶 液 浓 度 和 温 度 下,电 导 率 排 序 由 大 至 小 为κ(KAc-AgAc-H2O)>κ(NaAc-AgAc-H2O)>κ(LiAc-AgAc-H2O);实验发现当乙酸纳水溶液中4%的溶质被 SDBS替换,则溶液体系的电导率能被有效提升,但添加同样质量分数的 AgAc,却未能促成电导率的增大。最后利用高斯振幅方程关联所测乙酸盐溶液体系的电导率。

• 一个新的适用于近临界区域CO2导热系数计算的关联式

  董澳,星洪伟,占涛涛,张颖

  提出了一个新的CO2导热系数关联式，该关联式适用273~1 273 K，0.07~210.00 MPa，1.0~1 145.0 kg/m3。与以往CO2导热系数关联式相比，提出的关联式只需温度T和密度ρ两个已知参数，不仅在全域范围内提高了计算精度，而且解决了以往关联式在近临界区域计算精度变差的问题，便于工程应用。在整个温度压力的适用范围内，新关联式计算值与实验值的相对偏差绝对平均值为2.79%；在近临界区域内，相对偏差绝对平均值为4.94%。

• 利用跨接SRK状态方程计算CO2的热力学性质

  杨枚洁,董澳,占涛涛,何茂刚,张颖

  CO2在近临界区的热力学性质的计算是超临界二氧化碳（S-CO2）工程应用的基础。基于平均场理论的立方型状态方程无法描述由于临界涨落引起的临界点附近的流体热力学性质的奇异性，需要引入跨接模型。基于Kiselev方法，本文建立了CO2的跨接SRK方程，在跨接方程中使用显式跨接函数以提高计算效率，计算了CO2的相平衡性质、单相区的pvT性质、比热容以及音速。结果显示，本文的跨接方程明显改进了原SRK方程对于饱和液相密度及液相区和超临界区pvT性质的计算，其中饱和液相密度计算和饱和气相密度计算平均绝对相对偏差分别提高了11.51%和1.49%，临界比定压热容cp、临界比定容热容cv和临界音速u分别提高了9.25%，8.72%和5.01%；跨接方程可正确描述比热容及音速在临界点的渐近奇异行为。

• 亚音速流场中三点和五点总温探针测量的研究

  胡金鑫,郑光华,水飞,刘俊杰,余柯锋

  采用数值模拟的方法，研究了两种不同结构形式(测点横向与径向布置)总温探针的总温恢复系数的差异、插入探针支杆直径不同时两种总温探针对被测流场的影响差异。数值模拟结果表明：对于三点和五点总温探针，测量时三点梳状总温探针的恢复系数较五点耙状探针更高。保持马赫数不变时，气流温度的升高使总温探针的恢复系数减小。探针支杆直径越大，回流区越长，对下游截面造成的损失越大，若探针支杆上有多根感压管，会减小对流场下游的影响。

• 阴极流道分流进气对燃料电池性能影响的实验研究

  王誉霖,王国卓,王世学

  针对高工作电流密度下，燃料电池内局部水淹导致的传质损失问题，本研究提出了一种阴极流道多进口分流进气方式。实验研究了三种典型分流口位置及分流进量对电池性能的影响。研究发现随着分流口远离阴极主进气口，电池性能呈现先上升后下降的趋势，且当分流口靠近主进气口时，增加分流量有助于电池性能提升，但分流量的增加对电池性能的提升存在一个极限值；因此，在对电池进行分流进气优化时需综合考虑分流口位置和分流量的影响。当分流口为SIP-30%且分流量为按化学当量比ξc = 0.75取值时，分流进气方式相比传统进气方式，电池的最大功率密度高出17.8%。

• 严寒地区医院病房气流组织优化

  张淑秘,周冠丞,李春辉,张喜明

  以严寒地区三家大型综合医院为研究对象,采用现场实测与 CFD 模拟相结合的研究手段,连续测试了各医院典型病房的温度、湿度、二氧化碳浓度以及细菌微生物的质量浓度。测试结果表明,不同的送排风口位置对污染物浓度影响较明显,其中采用侧送下回气流组织形式的病房受污染程度最低。并运用 CFD 对不同气流组织形式的流场进行模拟,验证了现场实测的结论,得出中央散流器送风病床区回风的气流组织形式可实现对病人呼出污染气体有效控制的结论。可明显降低医患间以及患患间交叉感染的概率,为医院病房气流组织优化提供理论依据。

• 飞行器控制舵疏导式组合结构热防护性能试验与数值分析

  夏吝时,杨凯威,那 伟,陈政伟,马贵春

  为适应飞行器舵/翼在临近空间长航程飞行过程中气动维形的需求,以碱金属为工质,将具有高温热疏导能力的钨、钼固溶强化镍基合金疏导装置嵌套在高导热C/C防热罩和碳基柔性高导热夹层内侧。通过仿形石英灯加热器设计,开展了不同飞行环境条件下的地面性能测试试验。结合试验结果利用数值分析方法对其整体传热能力和各工况下的热防护效果进行了分析。结果表明,疏导装置启动时有效导热系数可由18.42 W/(m.K)提升至1390.00 W/(m.K),稳定状态可降低前缘峰值温度21.70%~23.04%,疏导式组合结构表面最大温差降幅64.80%,极大减小由温度梯度产生的热应力,有效提升高温环境下热结构匹配性和材料可靠性,可多次重复使用。该组合式热防护结构是解决高速飞行器前缘等高气动加热区烧蚀防热变形问题行之有效的技术途径之一,可针对新一代飞行器气动外形和飞行环境开展进一步工程应用研究。

• 高硫煤机组低低温电除尘技术研究及工程应用

  邹小刚,李东阳,张知翔,周飞,李楠,车宏伟,陆军,李文锋,申冀康,徐党旗

  低低温电除尘器得到了广泛应用，但国内外鲜有高硫煤机组应用低低温电除尘器的案例。搭建了高硫煤机组低低温电除尘器试验台，测试了五种不同烟气温度下飞灰样本的比电阻、成分和粒径，提出了飞灰平均粒径与烟气温度的拟合公式；完成了国内首台高硫煤机组低低温电除尘器工程应用，并对低低温电除尘器进行了性能测试和运行优化。试验结果表明：烟气温度越低，飞灰比电阻越低，飞灰粒径越大；飞灰成分随着烟气温度变化较小；除尘效率随着烟气温度的降低明显提高；采用运行模式三和模式四相对日常运行模式可分别降低电除尘器电耗28%和35%。

• 基于Kaya公式的大连市装备制造业碳达峰研究

  梁二芳,郭博宇,赵亮,尹洪超

  2020年,中国提出碳达峰、碳中和目标。大连市作为研究对象,探究该市装备制造业的碳排放情况。通过挖掘该市装备制造业的数据,采用碳排放因子法计算碳排放量,并运用拓展的 Kaya公式模型,分析该行业碳排放的驱动因素。同时,结合蒙特卡洛模拟,设定三个情景,利用建立的模型动态模拟该市装备制造业在2021~2035年碳排放曲线,并研究了峰值和达峰时间的概率分布。研究发现,在三种情景下,实现2030年的碳达峰目标存在较大的不确定性,根据大连市实际情况,为该市装备制造业提供项目规划,助力全市实现碳达峰目标。