热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2024年第1期

• 新月形沙丘钝体对驻涡燃烧室性能的影响分析

  刘应立,曾卓雄,郭开放

  为了研究新月形沙丘钝体对驻涡燃烧室性能的影响,分别对钝体的迎风坡角度α、背风坡角度β和迎风坡最高点(丘顶)到入口面的距离L进行了数值模拟分析,获得对燃烧室总压损失、燃烧效率和出口温度相差绝对值等的影响。结果表明：使用新月形沙丘钝体可有效改善燃烧室性能,增大α角、β角及距离L均可改善出口温度分布的均匀性。对于本文研究的新月形沙丘钝体,当结构参数为α=20°、β=70°和L=45mm时,燃烧效率高,出口温度相差绝对值低,综合燃烧效果最好。

• 基于双层优化的CCHP系统的配置和运行优化研究

  李薇,阳佳彬,许野,王旭,刘铠诚

  以成都某办公楼的“冷-热-电”联供系统为研究对象，在采用eQUEST软件计算该建筑的冷、热、电需求的基础上，构建了实现容量配置和协同运行相关联的双层非线性优化模型，并采用模糊满意度方法对其进行求解，最终求得CCHP系统的最适宜配置方案：即额定功率330KW的燃气轮机、额定功率500kW的余热锅炉、额定功率1600kW的溴化锂制冷机、额定功率1550kW的燃气锅炉和额定功率850kW的电制冷机的组合，该供能方案可以很好地满足办公楼的用能需求。相较于“先配置优化后运行”模型和“先运行优化后配置”模型，系统总成本分别降低了7.78万元和25.88万元，能源利用效率也得到显著提示，体现了很好的应用潜力。双层优化方法的成功应用，可为其它类型建筑供能系统配置运行优化策略的制定提供很好的示范和借鉴。

• 新型压缩机排热涡流管-ORC系统热力性能分析

  杨新乐,王向前,卜淑娟,李惟慷,苏畅,戴文智,王新

  为了高效回收压缩机排气，利用涡流管的特性，与有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)耦合，提出一种新型涡流管-有机朗肯循环系统(VT-ORC)。以343.15~373.15K，0.3~0.65MPa的排气为热源，通过MATLAB编制计算程序，对VT-ORC系统进行模拟，对模拟结果进行分析。结果表明：VT-ORC系统相较于传统ORC模型，系统热效率相近，但系统净输出功得到较大提升，其中利用工质R227ea系统净输出功最大增加102.1kW。对选用工质进行模拟，得到不同蒸发压力下工质R236fa最高系统热效率16.66%；而在许用蒸发压力范围内，采用工质R1234yf能得到最高净输出功590.23kW；通过改变涡流管阀门开度，调节涡流管出口冷、热流比，分析得到热流比较小时，系统净输出功较大，热流比为0.3时，工质R134a系统净输出功达到最大值758.76kW，系统?损失随热流比的增加而减少；随着压缩机排气压力的提升，系统净输出功和?损失增加。

• 3D-IC双层微通道内定流量配给下热-流-固耦合特性的研究

  秦振,丁斌,巩亮,朱传勇,徐明海

  在三维集成电路技术(3D-IC)迅速发展的过程中，随着其发热功率的不断攀升，散热成为关键问题。而层间微通道技术正是解决这个难题的有效方法。基于真实处理器结构建立一个双层微通道模型，研究了双层通道内流动传热特性及热应力分布，讨论了5种不同流速配给方案对不同层间温差、压降以及热应力分布的影响。结果表明，在上下层微通道入口定流速情况下，模型中最大应力集中在通道出口附近针肋与SiO2层连接处，通过改变层间微通道流速分配，层间出口处温差降低了5.24 K，改善了温度均匀性问题，最大热应力较最初方案降低23%。

• 旋流管状火焰在声场激励下的响应特性研究

  赵晓尧

  实验研究了甲烷/空气预混旋流管状火焰在声场信号激励下的动态响应特性，获得了混合气体不同空气流量下火焰对声场激励信号频率的动态响应范围，揭示了声场激励下管状火焰的稳定燃烧范围及火焰结构、压力波动、热释放率的周期性变化规律。结果表明，火焰对声场激励信号的动态响应呈现低通滤波性，转捩频率约为195 Hz。声场信号激励频率大于195 Hz后火焰响应弱化，激励频率越大对火焰影响越小，相同激励频率下空气流量越大对火焰影响越小；声场激励信号小于195 Hz时火焰响应多样化，当空气体流量大于100 SLM后火焰在声场作用下直接熄灭，空气体流量小于100 SLM则存在火焰轴向振荡燃烧的声场信号激励频率区间，在此区间内火焰表现为与激励频率同频的受迫振荡燃烧。

• 电磁制动下CSP结晶器内流动与传热特性研究

  许琳,裴群武,李楠,徐鹤源,杨硕,潘宏刚,姚彦桃

  本文以漏斗形结晶器为研究对象,利用建立的三维多场数学模型,研究全幅一段电磁制动作用下电磁参数对CSP漏斗形结晶器内钢液流动、传热及凝固行为的影响。结果表明：施加全幅一段电磁制动后,水平磁极产生的电磁力可提高弯月面附近区域钢液温度分布的均匀性,促进表面化渣。当全幅一段电磁制动施加的磁感应强度达到0.3 T时,CSP薄板坯连铸结晶器钢液的流动控制效果与传热效果较好。而当磁感应强度继续增加至0.5 T时,水平磁极产生的电磁力对结晶器内水口出流的钢液流动抑制过强,反而导致上回流钢液流速增加,钢液热量传递速度加快,上回流区钢液温度分布均匀性有所降低。

• 节流压力对CNG/柴油双燃料低负荷燃烧影响研究

  贾宝富,姜龙龙,王延瑞,桑伟,孟相宇,隆武强

  天然气/柴油双燃料发动机在低负荷运行时，THC和CO排放量高，燃烧效率低。为改善这一问题，本文采用三维CFD软件Converge耦合简化化学反应机理，模拟研究进气节流对双燃料发动机燃烧及排放的影响。通过调整喷油时刻使燃烧相位固定在2 °CA ATDC，对比分析了各进气压力下的燃烧及排放特性。结果表明：随着进气压力的降低，缸压峰值降低，着火时刻滞后，放热率峰值相差不大；缸内平均温度峰值升高；滞燃期延长，燃烧持续期缩短；NOx排放量先升高后降低，进气压力为0.6 bar时达到最低；与进气压力为1.0 bar时相比，进气压力为0.6 bar时，THC、CO排放量分别降低了93%、43%，燃烧效率由73%升高到97%，说明节流可显著提高低负荷下双燃料燃烧的燃烧效率。

• R245fa在低肋管管外沸腾换热的试验研究

  杜振兴,李宜豪,孙天宇,杨云航

  针对R245fa工质在大型蒸发器中低肋管的管外沸腾换热性能开展了试验研究。根据蒸发压力分别在0.88MPa，0.78MPa和0.68MPa时的试验结果，通过威尔逊图解法得到相应的传热关联式，并将结果与文献进行比较。试验结果表明，在热流密度约23000~32000 W/m2时，R245fa管外沸腾传热系数可以达到11000~18000 W/(m2·K)。在本文实验条件范围内，管外换热系数随蒸发压力的升高而增大，随热流密度的增大而增大，相对于文献中光管的传热系数预测值的强化倍率约为2.8倍。此外，还给出了针对本试验工况下低肋管管外沸腾换热的传热关联式，以及cooper关联式和Gorenflo关联式用于本文形式的低肋管时所需增加的修正系数。

• 声学激励下扩散火焰的动力学模态分析

  王子豫,潘登,朱彤

  针对扩散火焰燃烧不稳定性，使用高速摄像机获得火焰图像，通过动力学模态分解法（DMD）研究钝体扰流扩散火焰在外加声学激励下不同频率处的空间分布特征。结果表明，无激励火焰以50 Hz以下的低频杂乱振荡为主，在15 Hz左右存在明显的纵向振荡模态。外加的声学激励会引起激励频率或者其半频与倍频处的纵向振荡，但不会改变其他频率的空间结构。当给予的声学激励频率或者其倍频与火焰固有的纵向模态频率相接近时会引起火焰该频率灰度值幅值的强烈响应，增强火焰的该频率下的纵向振荡模态，引起火焰的不稳定性。

• 乙醇与汽油基础燃料混合物的临界性质

  王奕然,徐济民,蓝天,刘向阳,何茂刚

  乙醇汽油是重要的新型清洁燃料之一，临界性质是研究其超/跨临界喷射燃烧的基础数据。基于低停留时间流动法，首次测量了乙醇与汽油基础燃料（异辛烷和正庚烷）三元混合体系的临界性质。结果表明：乙醇/异辛烷/正庚烷三元混合物的临界温度（Tc）随乙醇比例的增加呈先减小后增大的变化趋势，临界压力（pc）随乙醇比例的增加而增大。基于Redlich–Kister方程建立了乙醇/异辛烷/正庚烷三元混合物临界性质的计算模型，Tc和pc的平均绝对相对偏差最大值分别为0.08%和0.40%。

• 沥滤预处理的棉秆-高灰煤共气化特性研究

  胡建军,杨攀博,赵淑蘅,张全国,刘荣厚,黄振

  生物质与煤的固在碱金属是生物质与煤炭共气化过程中的重要影响因素。本研究以含不同形态的碱金属的棉秆（CS）和高灰煤（HAC）为研究对象，采用自制的固定床研究其共气化过程中的气体产量与主要组分变化规律以及两者之间的相互作用，以揭示两种原料中不同形态的碱金属对共气化的影响。结果表明：随着沥滤脱灰程度的提高，棉秆与高灰煤的产气量得到不同程度的提高。对棉秆与高灰煤交叉组合共气化，发现棉秆气化在共气化过程中起到主导作用。原样棉秆与高灰煤共气化协同效应系数最高，为1.15，水沥滤秸秆与水沥滤煤的共气化产气量最高，为1428 mL·g-1。酸沥滤后的棉秆对共气化气体组分有较大的影响，表现为H2与CO2组分的降低，CO与CH4组分的升高。

• 直接蒸发式人工冰场传热的数值模拟

  张振迎

  2022年北京冬奥会的举行促使我国的人工冰场迅速发展。运用数模拟的方法对直接蒸发式人工冰场进行传热模拟,研究了防冻管温度、冰面温度、供冷管间距等因素对供冷管热流密度及温度、冰面温度均匀性的影响。结果表 明,防 冻 管 温 度 的 变 化 对 冰 面 温 度 的 影 响 可 以 忽 略;冰 场 供 冷 管 内 工 质 的 蒸 发 温 度 为-32.000~-22.400℃;冰面温度降低1.000℃,冰场冷负荷增加5.90W/m2,供冷管内工质的蒸发温度降低1.200~1.500℃;随着供冷排管间距的增加,供冷管内工质的蒸发温度和冰面温度均匀性下降;间距从30增加到60mm,冷管内工质的蒸发温度降低15.9%,冰面温度不均匀性指标温差最值从0.004增加到0.111 ℃。

• 气体入口流量低频脉冲对燃烧稳定性的影响

  徐智康,高瞻,杨卫娟,徐佳琦,刘建忠

  外部运行因素变化会导致不稳定燃烧现象的发生,严重时甚至引发燃烧室结构损毁。在甲烷与空气当量比为1条件下以非预混燃烧火焰为对象,利用动态压力传感器及光栅光谱仪测量压力与热释放率的变化,通过实验研究气体入口流量低频脉冲(1.000~5.000Hz)对燃烧稳定性的影响。结果表明入口流量脉冲影响燃烧的稳定性,其中火焰形态、燃烧室压力(p)和热释放率(qi)等会发生同频周期脉动。脉冲频率在2.000~2.500Hz范围内对削弱燃烧稳定性影响最大,表现为p和qi 出现高的脉动幅值,而1.000Hz脉冲频率对削弱燃烧稳定性影响最小;脉冲频率对削弱燃烧稳定性的影响随频率增加逐渐从线性向非线性变化。脉冲流量越大,p和qi 的脉动幅值越大,燃烧越趋向不稳定燃烧。