热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2024年第2期

• 基于带式穿流干燥模型的热泵污泥干燥

  史亮

  利用恒温恒湿箱进行了多种温度下的污泥样品穿流干燥试验，由所获的污泥干燥特性曲线归纳出水分扩散系数。通过对多层带式穿流干燥过程中水分、热量的传递、平衡分析，构建起描述其稳定运行状态的热动力学模型。根据带式穿流干燥的特点，设计出自下而上的逆向扩散迭代算法推求泥层中的水分分布，再进入湿度场和温度场的耦合计算，模拟得到泥料平均含水率沿带长的分布，以及穿流空气的温湿度变化情况。随后在干燥除湿热泵系统理论分析中，代入带式穿流干燥的热动力学模型的解算步骤，获得不同进口温湿度条件下最佳蒸发温度和最佳除湿能效。最后，选取一种工况做有约束的干化工艺分析，所得结果显示，理论上减薄泥层、缩短干化时长在产能和能效方面都相对较好。

• 基于CFD的大功率LED散热器数值模拟

  方飞龙

  针对大功率LED散热器优化设计中存在的三维流动与传热问题，为了改善大功率LED散热效果、降低芯片结温、延长LED使用寿命，以LED矩形翅片式散热器为研究对象，利用计算流体动力学（CFD）软件SolidWorks flow simulation，对LED矩形翅片式散热器进行三维数值模拟。通过CAD建模、计算网格划分和给定边界条件，进行数值计算，从增加翅片换热面积、提高翅片换热系数以及增大翅片发射率三个角度给出了LED散热器每个翅片表面的平均温度、平均换热系数及相关流场结构图，为LED散热器的优化设计提供了理论依据。

• 乙醇-水混合液滴撞击超疏水表面的飞溅特性

  刘瑞,李录平

  对乙醇-水混合液滴撞击微纳结构表面的动态行为进行了可视化观测，分析了单液滴撞击超疏水表面的飞溅特性，研究了乙醇浓度以及韦伯数（We）对液滴动态演化行为的影响。实验结果表明：液滴与固体表面湿润性变化对液滴最大铺展因子以及液滴铺展时间影响较小。随着液滴中乙醇浓度增加，液滴与固体表面的静态接触角减小，液滴发生飞溅需要的韦伯数逐渐增加。当液滴与固体表面本征接触角θe小于90°时，液滴撞击微纳结构表面后处于Wenzel状态，使得液滴铺展后的回缩、反弹行为消失，液滴发生破碎需要的韦伯数陡然增加。

• 基于TRNSYS的空气源热泵辅助太阳能集装箱房供能系统优化研究

  张梦

  将北京北部山区某集装箱房作为研究对象，采用TRNSYS软件建立太阳能光热—空气源热泵供热系统仿真模型，模拟了1月份的运行状态，对运行结果进行分析。结果表明，室内温度未能满足供暖要求，且供暖系统不能实现离网运行。对此，提出优化方案，将太阳能光热组件更换为太阳能光伏光热组件，末端供暖方式由暖风机更换为地板辐射供暖。优化后结果表明，室内温度大幅提升，保持20℃上下，满足供暖要求。室内温度波动指标由优化前的78%，减至12.5%。总计耗电量由优化前的1494kW·h，减至674.7kW·h。系统二氧化碳减排量由优化前的108.75kg，增至325.27kg，减排量提高198.9%。光伏光热组件发电量为713kW·h，满足房间的用电量需求，理论上实现了离网运行。研究结果可为集装箱房的供能系统设计提供理论依据。

• 钢坯加热炉定向辐射换热行为研究

  赵梅玉,舒雯,周帅磊

  以Fluent15.0为计算平台,采用数值模拟的方法对钢坯加热试验炉内的定向辐射传热特性进行了研究。结果表明,在炉顶安装定向辐射体,不仅能提高钢坯表面的平均换热热流,而且能使炉内温度分布均匀,缩小低温区,增大高温区有利于提高钢坯的加热质量。定向辐射体安装数量对炉膛平均温度、烟气流场、钢坯表面热流和出口烟气温度均有影响,但随定向辐射体安装数量的增多影响程度逐渐减弱。

• 700℃煤电机组锅炉炉内烟气侧热偏差的抑制

  仇中柱,倪鹏,刘建全,潘卫国,廖鑫,诸育枫,吴乃新

  700℃超超临界锅炉蒸汽参数高，热强度大，要求热偏差尽量小，所以需要确定700℃超超临界锅炉炉内热偏差的优化方法。初步设计了炉膛尺寸，用Gambit软件建立了几何模型并进行了网格划分，选取影响其炉膛出口烟气热偏差的3个主要因素，分别为一、二次风入射角度、燃尽风反切角度以及燃尽风率。设计了三因素三水平正交试验表，对正交试验表中的9个工况进行了模拟计算，并对模拟结果进行了极差分析和方差分析，结果表明：燃尽风反切角度和一、二次风入射角度对炉膛出口烟气热偏差影响为高度显著因素，且燃尽风反切角最显著，燃尽风率为显著因素。进一步研究后得出：当一次风偏转2°、二次风偏转17°、燃尽风反切25°、燃尽风率为0.4时，炉膛出口的烟气热偏差最小，此时的烟气热偏差值仅为8.3K。

• 双碳目标下电能替代宏观能效综合评价方法

  陈浩波,舒杰,匡耀求,朱贤文,李秋硕

  电能替代是实现“碳达峰和碳中和”战略目标的重要技术路径之一，对电能替代能效进行分析评价是检验电能替代技术应用成效的核心手段。基于能量分析法对多种电能替代设备或系统的能量转换利用情况进行分析，筛选通用可比的能效指标以构建宏观能效评价指标体系；以梯形模糊德尔菲法与熵权法的主客观组合赋权法结合优劣解距离法构建综合评价模型，建立适用于多种电能替代技术的宏观能效评价与比较方法，实现能效评价从微观到宏观的推广；通过算例验证了该方法的有效性和合理性，为综合评价电能替代宏观能效水平提供技术支撑,有利于电能替代政策有效制定和深化实施，促进双碳目标的实现。

• 从科学发展的一般哲学规律看热力学的发展

  力

  尝试从科学不同学科发展的一般规律给出哲学解释，创造性地利用三维坐标系进行了发展方向的分类，利用内究、联合和外延三个坐标轴对学科发展方向进行梳理。针对经典热力学的建立过程，在坐标系中进行了归类分析，指明了经典热力学理论基础的三定律在坐标系中的位置，并讨论了热力学中的二元论问题。根据发展规律，指出外延轴上存在很大的热力学发展空间。由于学科间存在相似的发展规律，不同学科的理论基础有可能存在相似性。以此为依据，对经典热力学、经典力学和欧几里得几何学的公理或定律进行了对比分析，为热力学新定律的发现提出了可供参考的方向。

• 基于响应面解析的柴油供热系环境适应性研究

  绳以健,刘赫,韩亨达,何立模,向军

  我国幅员辽阔，不同地域的环境差异大，开展供热系统复杂环境适应性研究，对于保障炊事安全可靠具有重要意义。本文针对一种新型气液两相流雾化燃烧辐射传热供热系统，探究不同温度、气压耦合影响下供热系统的热效率、换热强度、热流均匀性、CO排放变化规律，建立综合适配度评价指标，利用压力-温度双因素响应曲面（RSM）研究方法，揭示该燃烧系统在变温度-气压下的综合适配性能。结果表明：环境温度主要影响散热损失和燃烧强度，环境压力主要影响油气混合和对烟气底部的冲刷；通过适配度与环境温度、压力的响应曲面分析发现，环境温度降低会使整个供热系统的综合性能下降，而环境压力降低使其综合性能先提升后下降，综合燃烧性能的最优压力在75kPa附近。在-40℃~40℃和60~101kPa的温压范围内，新型气液两相流雾化燃烧辐射传热供热系统环境适配指数变化不足15%，表明该供热系统环境适应性强。

• 远程激发荧光陶瓷型白光LED散热器设计与性能分析

  郑喜贵,王桂录,朱永刚,李星灿,邵晨阳,马跃龙

  作为新型光转换元件，荧光陶瓷是照明技术的关键材料。然而，陶瓷散热问题严重制约了器件的发展。为此，本文设计了一种远程激发荧光陶瓷型白光LED用散热器，对LED芯片和陶瓷进行独立散热。通过三维软件建立散热器的结构模型，并导入模拟软件进行芯片和陶瓷的散热仿真，得到芯片基板和陶瓷的温度分别为90.71 oC和68.39 oC。将风扇移除后，仿真获得的芯片基板和陶瓷的温度分别为105.18 oC和100.71 oC。最后，将散热器的三维模型加工成实物，并将自制YAG:Ce陶瓷与150 W的蓝光LED封装。通过对白光LED光热性能测试，获得的显色指数为61.7，相对色温为4867 K，基板温度为108.3 oC。实验数值与仿真温度相差约3 oC，证实了模拟结果的准确性。本研究为远程激发型白光LED散热设计提供了技术参考。

• 高体积力场下火焰加速现象的数值研究

  刘禹,冯留洋,李元浩,龙一谦,文一帆

  近现代航空燃气涡轮发动机的发展一直聚焦于提高推重比和降低耗油率,要达到这一点的关键是对核心部件燃烧室以及相关燃烧技术进行理论创新。为了更好地在航空发动机燃烧室中利用新型超重力燃烧技术,本文以瑞利泰勒不稳定性为切入点对超重力燃烧进行了数值机理研究,针对旋转管内的超重力预混燃烧进行了二维非稳态数值模拟。研究表明,圆管旋转所带来的离心力场可以加快火焰传播速度,进一步分析表明离心力诱发了火焰面强烈的瑞利泰勒不稳定性,使得火焰面面积增加并提高了火焰整体的反应强度和传播速度。同时,结合数值模拟结果与理论公式分析,初步明确了超重力燃烧的不同阶段和各阶段的主导因素。本文的研究可以支持超紧凑燃烧室的设计,以指导设计者从瑞利泰勒不稳定性的角度对超紧凑燃烧室内的超重力燃烧进行分析及优化。

• 基于T-S模糊控制神经网络的工业锅炉运行控制分析

  朱佳彬,陆彬盛,王伟琦,龚路远

  锅炉是传统的蒸汽生产设备，广泛应用于电力、化工、机械等领域，也在城乡居民供热中发挥重要作用。随着工业水平的不断发展，锅炉系统已经发展成为了一个庞大且复杂的控制对象，其输入输出参数众多，各参数之间相互影响、紧密关联，存在惯性大、延迟大、非线性等特征，难以建立精确的数学模型控制锅炉的运行。本文将锅炉运行过程划分为：给水控制系统、燃烧控制系统、过热蒸汽系统，分析了燃气锅炉的运行过程及控制方法。结合锅炉众多输入输出参数间的非线性关联特征，构建了一种以模糊神经网络模型控制锅炉运行的方法。以某锅炉的实际运行特点，优选合适的输入、输出参数，利用T-S模糊理论和BP神经网络结合的方式，建立T-S模糊神经网络模型，控制锅炉系统的运行。最后进行仿真实验，将神经网络的计算结果与燃气锅炉实际运行结果进行对比，仿真结果表明本文建立的T-S模糊神经网络模型误差在合理范围内，能较好的预测锅炉运行结果，实现对锅炉系统的控制，同时能够提升锅炉运行效率，节约能源，提升燃烧的稳定性。