热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2025年第1期

• 不同供热量下太阳能S-I循环热力-经济分析

  孙雪,李健,宋蔷,杨震,段远源

  太阳能硫碘（sulfur-iodine，S-I）循环制氢技术具有理论效率高、清洁、适合规模化应用等优点。建立了塔式太阳能S-I循环制氢系统的热力、经济性能分析模型，采用能量和?分析方法揭示了在固定供热量时系统在稳定和波动天气情况下的热传递和损失特性，并探究了不同供热量下太阳能S-I循环制氢系统的最优镜场配置、热力性能及投资成本变化情况。结果表明，在100 MW供热量下，系统太阳能-氢热效率和?效率分别为11.30%和11.81%，热损和?损最多的环节分别是S-I循环和镜场。随供热量增加，镜场规模逐渐增大，系统热效率和?效率的波动减小，且聚光集热部分的规模效应使得单位产氢成本不断降低。

• 表面润湿性和表面结构对双气泡动力学行为的影响研究

  董波,孔奇栋,张雅瑾,安祥,李维仲

  核态沸腾是一种高效的热量传递方式，在工程技术领域得到广泛应用，也是传热学科的研究热点之一。利用格子Boltzmann方法研究了矩形和倒三角形结构表面上双气泡动力学特性，同时分析了表面润湿性对气泡动力学行为的影响。研究结果表明，倒三角形结构表面对气泡的成核、生长、聚并和脱离过程更为有利。在气泡初始成核阶段，热流密度达到峰值的时刻随着接触角的增大而逐渐增大。当双气泡的成核位置间距 格子单位时，双气泡在疏水表面发生聚并后会逐渐将成核位置间的表面覆盖，进而气泡从气膜上发生周期性地生长和脱离。对于亲水表面，双气泡虽能发生聚并，但是气泡聚并脱离后留存的汽化核心不能将两个成核位置间的表面覆盖，并且气泡连续地脱离导致在成核位置处留存的汽化核心不断减小，最终仍是以双气泡单独地生长和脱离的形式进行换热。

• 基于微通道散热的SiP结构设计与多物理场耦合模拟研究

  梁堃,夏铭谦,袁海,肖刚,马晓冉,彭子尧,李宇杰

  大功率SiP封装密度高，对散热设计提出了很高的要求。LTCC作为常用的SiP基板材料，热导率较低，严重制约整体散热能力的提升。通过在基板中内置液冷微通道并构建贯穿陶瓷固体及微通道内腔的金属柱阵列结构，实现基板固体传热能力和固液换热能力的共同提升，并采用有限元方法对地面应用条件下的散热效果进行模拟。模拟过程中构建了与实际应用条件相应的电-热-质-力多物理场耦合仿真模型，通过薄膜近似技术和分离求解等方法解决仿真模型尺寸跨度大的问题，提升模拟精度并减小模拟计算量。通过对微通道金属柱阵列结构的设计和尺寸优化，确定了LTCC基板的优化设计方案，并通过研究微通道内流场分布以及整个SiP系统的温度分布，确定了应力集中的位置，为实物系统的制造和可靠性分析提供了理论依据。

• 微通道对复合抛物聚光面非均匀热流密度均化作用的实验研究

  何振成,徐荣吉,王雪勍,王瑞祥

  聚光集热器可在相同集热面积下获得更高的集热温度，但会在吸热器表面形成不均匀的热流密度分布，这会影响吸热器寿命及集热器的高效稳定运行。微通道平行流扁管具有较高的对流换热系数，可减小温度梯度，均化非均匀的热流密度。提出了以微通道平行流扁管作为吸热器、CPC（复合抛物聚光面）作为聚光器的太阳能集热器，设计并搭建了实验测试系统，研究了不同入口水温、流量、入射角度等工况下，微通道对CPC产生的非均匀热流密度的均化作用。实验结果表明，随着集热流体入口水温的升高、流量增大、光线入射角增大，微通道吸热器进出口温升均会降低。随着光线入射角的增大，微通道吸热器表面热流密度分布不均匀度增加，由直射时的0.90增加至入射角为18°时的1.40。实际微通道出口各流道温度分布与微通道上表面热流密度分布基本吻合，微通道出口截面温度分布不均匀度不超过0.045，出口截面的最大温差低于3.57 ℃，微通道均化作用明显。研究为解决聚光集热器导致的非均匀热流密度问题及CPC集热器设计提供了参考。

• 涡轮叶片内部横向缩扩蜿蜒通道传热特性研究

  张魏

  为探究涡轮叶片内横向缩扩蜿蜒短通道表面传热特性，分别采用瞬态液晶测温技术和数值模拟相结合的方法，在入口雷诺数3×104、4×104、5×104、6×104、通道缩扩比5:5、4:5、3:5、2:5下，研究了涡轮叶片内横向缩扩蜿蜒短通道表面强化换热因子详细分布情况和通道内涡流发展规律。结果表明：随着入口雷诺数增加和缩扩比减小，通道表面强化换热因子增加；在缩扩蜿蜒通道的转折角两侧诱导两股大小不一的旋涡，此处强化换热因子较高；随着通道缩扩比减小，通道转角区域被分裂的旋涡汇聚成尺度较大的旋涡，换热强度增加，显著增加强化换热因子分布的不均匀性。 关键词：涡轮叶片；缩扩蜿蜒通道；缩扩比；瞬态液晶实验；强化传热；

• 管内蒸汽凝结压力振荡特性研究

  李甜甜,李树谦,刘联胜

  该文针对蒸汽垂直注入水平管内流动过冷水时的蒸汽直接接触凝结现象进行了实验研究，探讨并分析了蒸汽质量流率、过冷水雷诺数等参数对气液相界面动态特性和压力波动特性的影响规律，进一步阐明了蒸汽质量流率对压力脉冲平均幅值和概率密度函数分布特性的影响特性。实验结果表明：在较低蒸汽质量流率下，会发生周期性的间歇凝结现象，并引发汽液相界面的形态出现周期性的剧烈波动；在60kg/m2·s的临界蒸汽质量流率附近，凝结形态发生转变时,压力振荡波的平均幅值出现下降的趋势；概率密度分布函数和累积积分函数曲线分别与压力波动的类型高度相关，随着蒸汽质量流率的增加，凝结引起的压力振荡类型由脉冲振荡逐渐转变为连续振荡。

• 基于工况划分的电厂燃煤锅炉多目标模糊优化方法

  曹歌瀚,黄亚继,陈波,张荣初,刘宇青,邹怡然

  为了综合优化电厂燃煤锅炉经济性与环保性，利用锅炉原有的历史数据指导锅炉运行十分重要。借助于电厂的历史数据库，结合数据挖掘算法对某电厂燃煤锅炉进行多目标优化。首先，利用K均值聚类算法对锅炉工况进行划分，通过误差平方和曲线的曲率变化确定工况数；其次，利用多目标模糊优化方法综合考虑锅炉效率与NOx排放量的优化，构建模糊隶属函数并求解得出当前工况的最佳锅炉运行参数。计算结果显示，K均值聚类方法将锅炉运行工况按负荷分为4类，按煤质分为3类。多目标模糊优化结果显示，在60%负荷、煤质中等的工况下，相较于只考虑锅炉效率为最大时的单目标优化结果，综合考虑锅炉效率和NOx排放量的结果使得锅炉效率仅仅下降1.3%的同时NOx排放量下降了31.18%，工况满意度达到了0.9212，给出了该工况下锅炉效率与NOx排放量取得相对平衡的解决方案。

• 空心绕丝燃料棒组件的热工水力特性分析

  姜文殊,卢涛

  为解决绕丝周围流动停滞导致的铅基反应堆燃料棒包壳温度热点问题，提出将实心绕丝改为空心绕丝结构，并在空心绕丝表面设置一系列孔洞供流体进出，增加绕丝内部流动，以提高绕丝与周围流体间的换热效果。结果表明：在满足原绕丝定位功能和促进冷却剂横流的前提下，当冷却剂流量到达一定值或冷却剂热导率高于绕丝材料热导率时，空心绕丝结构能够在不显著提高压降损失的基础上，提高包壳与冷却剂之间的对流换热能力，从而降低绕丝与燃料棒接触位置的最高温度，提高安全裕量，有利于铅基核反应堆的安全运行。?

• 煤制氢流化床气化产物的物性研究及数值模拟

  刘佳丽,谢蓉

  针对煤制氢流化床内气化产物（H2, CH4, CO, CO2）物性波动大以及NIST库中CH4、CO高温物性数据缺失的问题，将AP1700和NIST两个数据库的物性数据相结合，通过使用最小二乘法拟合得到了气化产物的物性函数，编写了定制式UDF作为物性模型用于煤制氢数值计算，结果表明：对比仅用NIST数据库的数值计算与调用定制式物性UDF的数值计算结果，后者有效地解决了前者数值计算中气化产物产量与实验结果相比偏小的问题，计算结果的平均绝对误差降低了60.7%及以上，显著地提高了流化床数值模拟的精度。

• 采用横向渐扩腔强化微通道相变换热研究

  李振,王楠,周喜超,杨斌,彭勇,曲玉珊

  微通道换热器具有结构紧凑、比表面积大等优势，在储能电池热管理、电子器件冷却等领域具有广阔的应用前景。微通道相变换热过程中，气泡活化后易迅速生长并充满整个通流截面，导致通道内压降、温度等参数产生大幅脉动，影响换热器的稳定运行。为了改善这一问题，提出一种对工质进行气液相分布调控以强化换热的新思路，构建了新型微通道结构，对比研究了分相式微通道和普通平行式微通道的换热特性，揭示了调控相分布强化换热的机理。研究发现，分相式微通道的换热系数比普通平行微通道提高了55.7%，综合强化因子也达到了1.93。

• 航空发动机大长径比传动杆轴承润滑结构设计方法研究

  沈丹妮,宋玮,刘海鸥,孙立权

  民用大涵道比涡扇发动机中常采用一种长径比很大（一般大于10）的空心传动轴，其作用是连接中央传动齿轮箱与附件传动齿轮箱，传递发动机附件及飞机附件正常工作所需扭矩，通常称为径向传动杆。该传动杆在两端集成有花键结构，分别与上下游齿轮轴配合，中间采用一轴承支撑。传动杆工作转速很高（一般大于20000r/min），为保证传动杆工作持久可靠，其花键副、轴承必须得到良好的润滑。本文根据发动机空间限制、传动杆自身结构特点、传递功率、工作转速等要求，进行了传动杆供油结构设计，并通过实际供油试验对设计进行了验证，结果表明供油结构能够实现预期功能，并分析了设计与试验结果的差异，为进一步优化设计提供参考。

• 混合工质分级压缩的两级自复叠制冷循环研究

  王林,刘晓庆,谈莹莹,臧子晴

  针对传统两级自复叠制冷(CACR) 循环所存在的制冷效率偏低, 以及制冷温度受限问题, 提出了一种带分凝器的分级压缩两级自复叠制冷(FDACR) 循环, 该循环以 R1150/R600a 混合工质。 建立了循环各部件的数学模型, 对比分析了FDACR 循环和CACR 循环中组分配比、 蒸发温度等参数对循环COP 和压缩机耗功的影响。 结果表明: 带分凝装置的分级压缩技术可以显著降低压缩机耗功并提高循环的COP 。 低沸点组分质量分数变化时,FDACR 和 CACR 循环的COP 分别在 R1150/R600a 组分配比为0. 52/0. 48 和0.32/0. 68时取得最大值,FDACR 循 环 的 平 均 COP 较 CACR 循 环 提 高 了 0. 13, 压 缩 机 耗 功 较 CACR 循 环 降 低 了11 .72% ~35 .35 % , 平均单位容积制冷量较 CACR 循环提高了445 .41 kJ/m3 。