热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2024年第5期

• 基于R404A的冷库用冷藏系统性能实验研究

  苏之勇

  摘要：针对目前冷库用冷藏系统压缩机排气温度较高、制冷性能较差等问题，搭建了以R404A为制冷剂的冷藏系统实验台，研究分析了压缩机转速、库内温度变化对系统主要制冷性能参数的影响。结果表明：在库外32℃、库内3℃工况下，当转速从2400r/min升高到4200r/min时，系统排气温度最高为80.5℃，低于90℃，系统COP最大可达3.98；且在压缩机转速3000r/min下，当库内温度从-5℃升高到5℃时，系统排气温度均低于90℃，尤其在-5℃时，COP可达2.79。

• 基于波动热源的PCM-TEG装置试验研究

  倪奇强,王军,宋想想,孟庆天,柴进

  汽车排气温度具有瞬变性,利用温差发电器(Thermoelectric generator, TEG)对排气余热进行回收时易出现输出电压波动和性能下降等现象,制约了其在排气余热回收等方面的应用。针对TEG与温度的“匹配”问题,设计开发了一种PCM-TEG装置,通过填充相变材料(Phase change material, PCM)和改变单元内部翅片数量,研究了有无PCM及PCM封装容器内部翅片数量对TEG模块热端温度波动和输出稳定性的影响。结果表明：PCM可有效缓解TEG模块热端温度波动；翅片数量对TEG模块热端温度与输出性能的影响较大,但都能起到稳定作用；翅片数量存在一个最佳值,可使TEG模块热端温度及输出电压和功率波动处于较低水平,理想状态下输出电压和功率分别可达1.32V-1.34V和0.35W-0.36W。

• 矿用隔爆型变频器热流分析及结构优化

  张珂,魏明祥,乐斌

  采用理论分析与仿真模拟和样机验证的方法,针对大功率煤矿用隔爆型变频器箱体散热效果差,风机冷却气流与散热装置通风不充分的问题进行研究。对矿用隔爆型变频器箱体通过有限元软件ICEPAK进行了不同工况的热流仿真,发现其通风不充分的具体缘由。通过对XYZ轴三个方向分别设置风机辅助以不同导流结构的优化方法对散热系统进行优化,并对导流结构进行参数化设置,以共计13组优化方案优化风机与散热装置的风道分布。结果表明：13组方案中方案2.1的限流型导流结构优化散热效果最好,相比原始两工况下的强迫对流散热,热源最高温度相比原来降低了13.54%和15.18%,优化散热效果显著,并通过试验样机对比的方法验证了结论的可靠性。对矿用隔爆型变频器散热系统的风道研究具有具体指导意义。

• 千吨级海水淡化试验装置蒸发器管束流致振动

  张奭,侯峰,刘瑞,李录平,陈向民,晋风华,邓子豪

  利用多孔介质模型和Fluent软件对千吨级低温多效海水淡化试验装置的某一效蒸发器壳侧流场进行模拟，获得了蒸汽横掠管束流动的流速分布。研究了蒸发器结构、蒸发温度以及蒸发量对蒸汽流动的影响，发现蒸汽绕流管束，会导致管束边缘局部蒸汽横掠流速增大，使流致振动频率范围接近传热管固有频率，影响传热管安全。研究结果表明：采用多孔介质模型可以极大地简化蒸发器壳侧蒸汽流场计算，实现对大型蒸发器的整体模拟仿真，为优化蒸发器设计，避免传热管束流致共振提供理论指导。

• 基于激光诊断的旋流预混火焰稳定性和熄灭拉伸率研究

  周一卉,张帅,毕明树

  对旋流预混燃烧稳定性机理进行了实验研究。通过调节CH4流量降低当量比而构造火焰失稳过程，利用平面粒子成像测速技术（PIV）和OH*-Chemiluminescence火焰自发光技术，实现不同当量比下的流场和火焰形态同步测量记录。实验发现，随着当量比的降低，火焰宏观结构发生显著变化，火焰自发光强度迅速下降，并直至熄灭。本文开发了结合旋流流场特征的新计算模型，获得了不同当量比下火焰拉伸应变率 ，特别是在临近吹熄阶段，与文献模型相比，对火焰拉伸应变率的预测精度有大幅度提高。在此基础上，利用火焰拉伸应变率与极限拉伸应变率的比值 对火焰的宏观结构的转变和熄灭进行预判。研究发现，拉伸应变率主要由旋流流场速度梯度决定，高拉伸应变区分布在旋流流场剪切层区域处。火焰拉伸应变率随当量比降低而降低，但 随着当量比降低而增加，当接近当量比为0.54的极限吹熄状态时， 增加到3.91。

• 碳捕集过程中CO2混合物热物性的实验研究进展

  刘圣春,郑冰洁,董贝贝,李海龙

  CO2混合物热物性对于碳捕集过程的设计、运行和优化至关重要。文章综述了CO2混合物的热力学性质和传输性质在实验研究方面的发展现状，对实验数据进行了可靠性分析。针对不同的碳捕集技术：化学吸收、物理吸收、物理吸附、膜分离、钙循环、化学链循环燃烧、及低温纯化，分析了CO2混合物热物性实验数据的缺失情况，发现CO2/H2O的热力学性质、CO2/CO的热导率和CO2/NO2的气液相平衡以及传输性质亟待开展实验测量。文章旨在通过指出这些数据缺失，为将来CO2混合物热物性的实验研究指出方向。这对于各种碳捕集过程的安全、高效和经济运行具有重要意义。

• 回转窑内气固模型耦合解法的热传递分析

  王燕鹏,刘义伦,李明飞,刘峥,章思超

  针对回转窑内复杂的气固热传递问题，通过建立回转窑内物料相传热数学模型和气体相传热数学模型，并对两数学模型进行耦合迭代求解，研究了回转窑内的温度场分布规律和气固热传递特性。结果表明：所建模型及其耦合解法能够较准确地计算和反映窑内热传递特性；窑内烟气、物料和窑内壁沿轴向的温度变化规律基本相同，呈现“驼峰曲线”，从窑头到窑尾方向都是先迅速升高到一定温度后再缓慢下降；物料在煅烧过程中会从烟气中吸收大量的热量，导致气体相中靠近气固耦合面的烟气温度偏低；烧成带的温度和长度是影响熟料煅烧质量的关键因素，可以通过控制窑内煤粉燃烧状况获得理想参数的烧成带；窑内壁在烟气与物料的热量传递过程中起着“桥梁”的作用。

• 锯齿环翅与平直环翅肋侧通道内涡流与传热特性的对比分析

  杨瑞霞,侯钧川,林志敏,宋智龙,王良璧

  圆管环翅肋侧通道中存在涡系间相互作用，翅片结构参数是影响其流动复杂的重要因素。本文以锯齿环翅与平直环翅为研究对象，基于SST k-ω湍流模型，通过改变翅片间距和翅片高度，对其流动通道内的涡流特性与传热强度进行数值模拟研究，并分析了涡流特性与传热强度之间的关系。结果表明，与平直环翅管相比，在Re = 10000-30000时，锯齿翅片的时均努塞尔数提高约25%-38%，时均欧拉数提高约28%-41%；涡脱落频率增大约10%-20%，涡强度也更大，且振荡现象在锯齿翅片中不明显。对比两者的涡与传热的变化，均发现在翅片管后出现次级涡的位置换热较差，而在卡门涡脱落处换热效果较好，说明涡特性与传热强度之间的对应关系。同时发现增大翅片间距涡的脱落加快，换热增强且阻力减小，增加翅片高度涡的脱落减缓，换热基本不变且阻力增大。

• 横摇条件下倾斜管内烃类介质冷凝数值模拟

  陈杰,房贤仕,李秋英,车勋建,邱国栋,蔡伟华

  采用数值模拟方法研究了静止及横摇条件下烃类介质在倾斜直管内冷凝两相流动与换热规律。讨论了质量流率、干度、管径、横摇周期、横摇幅度对换热系数与压降梯度的影响。结果表明：不同横摇周期与幅度下的速度场及相场呈周期性变化，横摇幅度越大、周期越小影响越明显；横摇条件瞬时值与静止条件相比强化与削弱换热效果并存；在所模拟的范围内，横摇对时均换热系数的影响在±15%以内。

• 燃气发电空气过滤器的抗湿性能研究

  张久政,余炎子

  燃气发电空气过滤器用于净化进气，是保障燃气轮机发电机组输出功率和热效率的重要部件。针对空气过滤器在潮湿环境中易发生“湿堵”现象，导致使用寿命显著降低的问题，通过理论分析、试验相结合的方法，对F9级滤材静态抗湿性能以及过滤器过滤性能、动态抗湿性能等进行了深入研究。试验结果表明：滤材的静态抗湿性能主要取决于是否经过憎水剂处理，而不是取决于纤维种类；过滤器用滤材无论是否经过憎水处理，随着加水雾时间的延长，压降和效率都会上升；采用经过憎水处理全合成纤维滤材的过滤器，其滤材静态抗湿性能、综合过滤性能以及动态抗湿性能均为最佳，是解决“湿堵”问题的首选。

• 电场作用下CaCl2-NaCl熔盐扩散和粘度的分子模拟研究

  周乐平

  CaCl2-NaCl熔盐是较为广泛使用的电解质之一，它在金属和合金制备以及电池应用中所处环境均存在电场。为了更贴近实际应用过程中CaCl2-NaCl熔盐体系的状态，基于深度势能分子动力学模拟方法，利用训练第一性原理分子动力学模拟数据得到的深度势能，模拟分析了电场强度对CaCl2-NaCl二元熔盐体系扩散和粘度的影响。结果表明，在平行于电场的方向上，电场对体系的影响较为剧烈；电场强度大于0.125V/nm时，平行于电场方向的均方位移呈现明显的非线性变化趋势；电场强度增加，平行于电场方向的扩散系数呈现指数型增加，粘度则呈现指数型减小的趋势。