热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2025年第2期

• 基于强化Fe2+/Fe3+循环的活性炭阴极电芬顿降解苯酚研究：氮掺杂与电极曝气的促进作用

  贾永英,李洪广,赵海谦,王忠华,刘晓燕

  为了揭示N掺杂和电极曝气（EA）对活性炭吸附和Fe2+/Fe3+循环的强化作用，通过实验研究了N掺杂和EA对活性炭阴极电吸附性能、电芬顿体系Fe2+/Fe3+循环和苯酚降解效果的影响。结果表明：N掺杂可以为活性炭提供更丰富的孔隙结构和吸附位点，促进阴极的电吸附性能；EA促进传质的作用存在两个方面，一方面EA促进O2在液相主体中的扩散提高了H2O2的生成，另一方面EA改善溶液传质的作用促进了Fe2+/Fe3+循环并进一步提高了阴极电吸附能力。N掺杂和EA双重作用使NGAC-EA组对Fe3+和苯酚的吸附能力最大（48.61%和43.48%），更好地促进Fe2+/Fe3+循环和实现反应区域控制；NGAC-EA组电芬顿系统在180 min内可快速去除40.445 mg·L-1的苯酚，是GAC-SA（28.5 mg·L-1）的1.42倍。

• 粉煤灰负载过渡金属催化秸秆热解特性研究

  张钰,洪文鹏,姜海峰,李雨航

  以粉煤灰和玉米秸秆为研究对象，以实现电厂固废物综合利用和制备高品质生物油为目的，开展了粉煤灰负载钴/镍催化玉米秸秆热解试验，分析了催化剂对玉米秸秆热解产物分布的影响，重点探究了过渡金属与粉煤灰的协同作用对液体组分和气体组分的影响规律。结果表明，当粉煤灰负载钴催化生物质热解时，气体产物产率获得最大值，为35.13wt%。催化剂显著地促进了有机分子的酮基化反应，提高了酮类化合物的选择性。与粉煤灰负载镍催化剂相比，负载钴催化剂的催化效率较为显著，酮类化合物的相对含量增加了约7.58%。研究工作为生物质催化热解制备高品质平台化合物提供了理论依据。

• 沙漠环境下不同季节光伏组件输出性能的研究

  赵明智,刘鑫,胡小明,梅傲寒,董江硕,段佩瑶,冯勇

  沙漠环境下，测试积沙条件下光伏组件的输出功率与温度和积沙量的数值，通过运用相关系数的方法，进而分析在不同季节时积沙、温差、功率损耗率的相互关系。结果表明秋季时的积沙量高于其他季节，夏季的温差波动最大，冬季的功率损耗要高于其他季节。三者的相关系数在不同季节时相差较大，对组件的作用存在着较大的差异，在秋季时的影响作用要大于其他季节，积沙与温度相关系数为-0.862，温度与功率损耗率相关系数为-0.866，而积沙与功率损耗率相关系数达到了0.852。得出相关规律，对沙漠环境下光伏电站在不同季节的清洁规划提供一定的参考。

• 后壁结构对冷藏陈列柜性能的影响

  刘圣春,刘欢,胡修振,张钟垚,李雪强,江涛,邓苳苳

  超市中冷藏陈列柜主要用于陈列生鲜类食品，由于直接与外界环境接触，其能耗问题成为关注的焦点之一。采用双风幕技术（内侧为冷空气，外侧为热空气）可以极大程度上保护风幕，降低系统能耗。文章从均温性、蒸发器换热量及能耗的角度对比分析了6种不同后壁开孔方案对双风幕冷藏陈列柜性能的影响。方案中的总孔隙率依次为0%、2.278%、2.506%、2.506%、2.961%、2.733%，对应的开孔排数（从上到下的每层货架）依次为（0-0-0-0-0）、（0-2-2-2-4）、（0-2-2-2-5）、（1-2-2-2-4）、（1-2-2-3-5）、（1-2-2-2-5）。结果表明第6种方案最优，在此工况下，开放式双风幕冷藏陈列柜内均温性为0.87℃，换热量为1056 W，能耗为335 W，各层测点平均温度均在5℃以下。

• 基于响应曲面法的轻烧MgO焙烧炉燃烧室热工参数优化

  董禹杉,程道宽,赵亮,董辉,王德喜,张继宇

  热工参数直接影响着轻烧氧化镁焙烧炉燃烧室的出口烟气温度及NOx排放量。目前，以天然气为清洁燃料替代发生炉煤气是该类型燃烧室的发展方向。然而，天然气燃烧室适宜热工参数的确定缺乏科学依据。为此，本文针对该类型燃烧室建立了燃烧过程的数值计算模型和响应曲面分析模型，探究了燃烧室长度、燃烧室直径、助燃风系数和烟气掺混比等热工参数对燃烧室热工特性的多因素综合影响，进而为工程中燃烧室热工参数的确定提供理论指导。结果表明：1）各热工参数对燃烧室出口烟气温度和NOx排放量的影响的显著性排序为：助燃风系数＞烟气掺混比＞燃烧室长度＞燃烧室直径。2）5万吨/年产能的焙烧炉，其燃烧室适宜的热工参数：燃烧室容积39.87 m3（长径比为1:0.481）, 助燃风系数为0.547，烟气掺混比为0.185，燃烧室容积热负荷为236.65 kW/m3。

• “回”型管道瓦斯爆炸传播规律实验研究

  段征,路长

  针对复杂管道结构对水平管道中瓦斯爆炸的影响规律，自主搭建了“回”型管道系统，并在管道中进行瓦斯爆炸实验，改变“回”型管道左右端口的开放状况、上方水平管道截面积以及“回”型管道位置，研究不同状态的“回”型管道对于瓦斯爆炸传播的影响。实验结果表明：“回”型管位于右侧且上方水平管道截面为150mm×150mm时，改变其上方水平管道左右端口的开放状况，其对管道内瓦斯爆炸压力以及瓦斯爆炸火焰传播速度影响最大。上方水平管道左右端口均封闭时，其对瓦斯爆炸的促进效果最明显；上方水平管道存在开放端口时，其对瓦斯爆炸的削弱效果最明显，开放端口数量及方向对管道内瓦斯爆炸压力及火焰传播速度影响不大。“回”型管位于右侧且上方水平管道截面为100mm×100mm时，其上方水平管道端口均封闭时的促进作用与内径为150mm×150mm时相差不大，开放端口的削弱作用要弱于内径为150mm×150mm时的效果。“回”型管位于左侧且上方水平管道截面为100mm×100mm时，其上方水平管道端口均封闭时的促进作用要弱于位于右侧时的效果，此时存在开放端口时也将产生促进作用。

• 表面亲疏水性改性多层铜网的池沸腾换热特性研究

  安逸,王誉凯,黄丛亮

  本文通过化学处理金属铜网,制备了具有不同层数和湿润性的多层铜网样品。以去离子水作为液态工质,在相同的条件下,对制备的多组样品进行可视化池沸腾实验,分析了池沸腾换热特性和气泡动力学行为。研究结果表明：在低热流密度下,疏水结构换热性能略优,在大热流密度下,亲水结构换热性能更优；对于多层铜网结构,厚度可以增大换热面积和成核点位,但过厚会增大气泡逃逸阻力；本工作中5层的亲水铜网换热性能最优,换热系数峰值可达,是相同热流密度下光滑铜表面沸腾换热系数的2.1倍。

• 基于多级滤波的机械制冷机高精密测温电路研究

  沈天翼,杨宝玉,吴亦农

  机械制冷机驱动控制系统中测温信号中的噪声会直接影响到系统本身的控温稳定度水平。针对测温信号受到的干扰，设计了一种多级滤波放大测温电路，使用恒流源为Cernox温度传感器供电，通过滤波器与电路结构的设计提高电路的增益与共模抑制比。最终通过实验验证，该方法设计的测温电路能够实现0.3mk量级的测温分辨率，并能有效抑制干扰，从而进一步保障机械制冷机驱动控制电路的控温精度和稳定度。

• 高温热泵驱动的蒸发浓缩系统热力性能分析和评价

  李帅旗,何世辉,黄冲,宋文吉,冯自平

  为解决工业领域含盐废水采用机械式蒸汽再压缩(MVR)技术处理时出现的蒸汽压缩机磨损、腐蚀、堵塞等导致设备失效、维护成本大增等问题,本文提出一种基于高温热泵的HTHP-EC蒸发浓缩系统,通过采用冷媒压缩过程代替水蒸气压缩,系统具有更高的稳定性和适用性。通过建立系统各部件数学模型,利用热力学计算EES软件,分析闪蒸压力Pflash、物料循环倍率CR、物料入口浓度c0、入口温度T0和浓缩倍率n对系统各换热器UA值、单位蒸吨功耗Wper、系统COP、单位蒸吨汽耗WEF和系统减碳量MCO2的影响,并与MEE系统和MVR系统进行对比分析,结论如下：1)采用HTHP-EC系统处理含盐废水,系统COP可达10.75,Wper仅为67.9kWh,单位蒸吨碳排放量为25.75kg；2)存在最佳CR在310~320之间,使得HTHP-EC系统COP最大；3)由于NaCl溶液的沸点升特性,存在Pflash为60kPa左右,使系统COP相对较低,在设计时应尽量避免该区域；4)随着n的增加, Wper和WEF逐渐增大,系统COP和MCO2逐渐减小。5)采用HTHP-EC系统应用在蒸发浓缩领域,相比三效蒸发浓缩系统能够节约34%运行费用,减少68%的CO2排放,相比于MVR系统,在复杂废水或者高沸点升溶液的蒸发浓缩应用上,具有更好的稳定性和适应性。

• 跨音速轴流压气机叶顶间隙变化对其性能影响

  王巍,何武亮,孙伟文,贺天存,王柏贺

  为了研究叶顶间隙变化对多级轴流压气机性能的影响规律，以NASA设计的五级核心轴流压气机74A的前3.5级压气机为研究对象，基于S-A湍流模型，采用三维定常求解方法，研究高转速（跨音速）与低转速（亚音速）下多级轴流压气机叶顶间隙变化对间隙流动影响,揭示间隙流动影响压气机特性的机理。结果表明：叶顶间隙增大使叶顶泄漏流与主流的相互干涉作用增大，同时跨声速存在激波使无量纲螺旋度变化程度加剧，表明泄漏涡破碎程度加剧，且熵增区域与效率相关，而低能区域与压比相关。叶顶间隙每增大17%时，高转速与低转速最大效率分别下降约为0.155%与0.170%，对应总压比下降0.023%与0.086%。压气机最高效率及对应总压比与叶顶间隙变化呈线性关系，该研究成果为多级轴流压气机一维性能提供准确预测。

• 基于多指标正交优化的航煤沉降罐卸油管结构设计

  穆林,赵鑫,尚妍,浦航,东明

  在卸油作业过程中,传统卸油直管会对航煤沉降罐罐底区域产生强烈的冲击,从而发生杂质起悬运动,严重影响煤油质量。针对上述问题,采用新型多孔扩径卸油管,与传统卸油直管进行对比研究,得出了两种不同结构形式卸油管间的罐底区域煤油速度场、湍动能、最大水相体积分数分布规律差异。在此基础上,通过多指标正交试验方法对多孔扩径卸油管结构参数进行优化,得到的最优方案为卸油管中心线距罐底高度h = 0.55 m,扩径管段管径d = 200 mm,末端出流孔直径r = 70 mm,末端出流孔间距s = 170 mm。经过优化后的多孔扩径卸油管对罐底区域煤油的扰动大幅降低。研究结论可为新建或已投产航煤沉降罐内卸油管结构设计及后续升级安装提供理论参考。

• “双碳”背景下市政绿化生物质烘焙热解转化实验研究

  曾金灿,刘民伟,黄国日,尚楠,刘玺,任松彦,陈建标,汪鹏

  在“3060”战略目标指引下，节能减碳行动已经渗透到各行各业，市政绿化生物质是十分重要的可再生碳基能源，可作为替代燃料达到节能减碳的效果。本文以市政绿化生物质——法国梧桐树叶为原料，开展了酸洗-烘焙联合预处理对化学组成、烘焙质量与能量得率、微观结构、产物分布等理化性质及热解特性的影响分析。预处理实验结果表明，酸洗能够减少试样中灰分与S含量，酸洗后烘焙试样中C、H含量随温度的升高而增大，O含量减小，降低了H/C和O/C。联合预处理会破坏纤维素结晶区，使得试样结晶系数逐渐降低。采用热重分析仪研究酸洗-烘焙预处理对热解特性与动力学机理的影响，发现会延缓热解反应的发生，半纤维素失重速率减小，而纤维素与木质素失重速率峰值由PL的6.87、2.73 wt. %/min分别增大至TSPL300的8.32、4.44 wt. %/min。酸洗-烘焙预处理不会改变试样各热解阶段的动力学方程，但会使半纤维素、纤维素、木质素热解活化能增大，而无机矿物质分解活化能降低。水平管式炉实验表明，随着预处理温度的升高，酸洗后烘焙试样热解气中CO含量先升高后降低，CO2逐渐降低，而H2、CH4则小幅上升。XRD结果显示热解残渣的主要成分为Ca(OH)2、C和CaCO3。本研究以期揭示酸洗-烘焙预处理对市政绿化生物质热解过程的影响规律，为其在节能减碳领域的高效利用提供科学指导。