热科学与技术杂志

热科学与技术杂志2025年第3期

• 低温显热驱动的多效蒸发海水淡化系统改进

  周士鹤

  “双碳”目标背景下，低品位余热的高效回收和海水淡化的节能降耗势在必行。针对低温显热驱动的多效蒸发（MED）海水淡化系统，本文提出了一种改进流程-闪蒸增强级联MED（FBCMED）系统。通过模拟计算，将FBCMED与基础MED、文献中分布增强MED（DBMED）系统进行热力学和经济性能对比研究。结果表明，在65°C至95°C的热源温度范围内，FBCMED系统在余热性能比（PRwh）方面表现最优，相比于MED系统，FBCMED系统增幅为31%-51%，而DBMED系统增幅仅为28%-38%。不过，FBCMED系统的比泵功耗在三种系统中也是最高的。尽管总投资成本较MED系统有所增加，但FBCMED系统d 单位产水投资成本（SCC）在不同热源温度下均展现出更好的改进效果，SCC降幅达到4.15%-6.5%。本研究可为低温显热驱动的MED海水淡化系统的优化设计提供有益参考。

• 基于新型动态清蜡装置石蜡相变过程数值模拟

  刘晓燕,佘兴会

  针对输油管道结蜡问题，本文基于课题组所设计的新型动态清蜡装置建立物理模型和数学模型，通过FLUENT中的滑移网格模型、焓法模型和多相流模型研究装置内部石蜡相变熔化规律，分析了水温、冷指壁温和转数对该过程的影响。结果表明：增加水温和冷指壁温能够加快石蜡熔化，但水温和冷指壁温需在一定范围内调控，分别控制在348.15K±5和293.15K±5内以达到较好清蜡效果同时降低清蜡能耗；且冷指壁面的影响不容忽视，其存在使得熔化过程变慢，但只对熔化过程后期影响较大。转数在140 rpm内会抑制石蜡熔化，反之，增加转数，可提高石蜡熔化速率，大大地缩短熔化时间。模拟研究旨在揭示石蜡相变熔化规律并为实验研究提供理论依据和指导。

• 前缘通道变局部阻塞比扰流肋强化换热机理

  朱凯笛,吕东

  针对均匀高度扰流肋在涡轮叶片前缘通道内冷却效果差的问题，提出了无量纲化参数局部阻塞比，并以其为基础设计了两种新型非均匀高度肋。采用数值仿真方法研究了该参数对通道流动和换热的影响。结果表明：在总阻塞比一定时，通过将局部阻塞比更多分配在通道后部，增强了流体向前部的导流作用，增大了前部的速度和密流，进而有效降低了前缘的最高温度；同时还增加了后部换热面积，也使该处的冷却效果得到加强；与均匀肋高通道相比，两种新结构虽然总压损失分别升高了16.91％和35.97％，但是通道内腔表面平均努塞尔数在前部提升了8.65％和7.93％，在后部增加了8.37％和15.18％， 温度峰值的降低幅度（以光滑通道结果为参考基准）均增加了17％以上，综合冷却效果提升了4.64%和5.89％，揭示了局部阻塞比对于涡轮叶片前缘带肋通道强化换热的影响机理。

• RTO系统蓄热体非稳态蓄放热过程模拟研究

  王如歌,覃显益,高乃平,朱彤

  船舶制造业是我国挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）主要工业来源，船舶涂装是船舶制造工艺中VOCs排放的主要环节。目前VOCs多采用沸石转轮和蓄热式高温氧化炉（Regenerative Thermal Oxidizer，RTO）处理。本文建立了蓄热式高温氧化炉中蓄热体与含VOCs气体的非稳态传热方程，得到RTO运行时蓄热体的温度分布和气体经过蓄热体后的温度变化曲线。结果显示：系统周期稳定后，蓄热体底部出口气体温度在60 ~ 87℃波动，与实际相符；炉温对蓄热体顶部温度影响较大而对底部出口温度影响较小；顶部入口热流量越大，底部出口气温越高，底部入口冷流量越大，顶部出口气温越低。

• 离子液体吸收法碳捕集系统的热力学分析

  黄少轩,李安,赵佳豪,刘向阳,何茂刚

  离子液体是极具潜力的CO2捕集溶剂，设计了适用于离子液体的CO2捕集系统，并对四种离子液体的热力学性能进行了分析。利用NRTL模型对热力性能计算所需的溶解度数据等物性进行了关联计算。在1.0MPa-6.0MPa的吸收压力范围内，离子液体捕集CO2的总能耗随吸收压力升高先减小后增大；在343.15K-403.15K的解吸温度范围内，解吸CO2的热耗会随解吸温度的升高而升高。对于[Emim][DEP], 解吸温度为403.15K时系统解吸热耗为6.710GJ/tCO2，相比于解吸温度为343.15K时升高了3.845倍。此外我们还确定了离子液体的最优捕集工况。在最优工况下，四种离子液体中[Emim][DEP]的捕集能耗最低，其最优吸收压力和解吸温度分别为3300kPa、343.15K，此时捕集的总能耗为2.217GJ/tCO2。

• 基于神经网络的热负荷预测模型研究

  张庆环,韩天庆,曹琦,赵亮

  随着计算机技术的发展，大多数热电公司已经建立了平稳运行的网络系统，这些网络系统在运营管理工作中起到了关键作用。对于网络系统中形成的大量数据，怎样合理分析数据来更好地为企业服务已成为目前广受关注的问题。为了解决上述问题，本文基于大数据分析热用户的用热特点，并以某热电厂的大量历史数据为例，建立BP神经网络预测模型，预测热电厂蒸汽负荷。针对传统BP神经网络模型容易陷入局部最优解的问题，本文将小波理论与传统BP神经网络模型相结合，构建小波神经网络模型，提高对热电厂蒸汽负荷预测的准确度。

• 抛物线馕坑加热源分布及参数的优化

  李学志,艾力·如苏力,陈蒙

  馕坑加热源的参数优化是实现节能环保的途径。针对不同加热源引起的温度场问题，对抛物线馕坑加热源热学特性和参数优化进行了分析研究。首先，建立了三种不同加热源的几何模型：红外线、电热管和高频感应加热线圈；其次，利用Ansys软件，对三种不同加热源热学特性进行了有限元分析比较，得到了馕坑的温度分布云图；最后，对电加热管分布的层数，以及阵型数量进行了参数优化，得到了馕坑的温度变化规律曲线。结果表明：较少的圆周环形阵列的加热源，可以实现馕坑节能环保的要求。

• 浮法玻璃锡槽整体热平衡分析

  骈超,张纲,徐燕祎,王胤博,郭飞,陈淑勇

  浮法玻璃形成过程中的热工制度是决定平板玻璃质量的重要因素之一,通过对锡槽内部主要流动及传热分析基础上进行合理等效简化，建立了模拟锡槽整体热平衡的数值模型，分析了锡槽整体散热系统的传热特点，定量地得到了槽体、保护气、冷却水等各部分的散热比例，与理论热工计算和实际测量得到的结果进行对比，验证了数值模型的可靠性，并通过对比分析，研究了加热元件、冷却水包对锡槽整体热平衡的影响。研究发现冷却水包能带走玻璃板上表面大量热量，电加热元件能够对玻璃板上表面起到保温加热的作用，降低其热量散失，同时也降低顶部钢壳的散热功率，并增加底部钢壳的散热功率，加热元件、冷却水包对玻璃板下表面散热影响很小。本研究为锡槽工艺改进提供参考。

• 面向碳减排的生物质化学链气化特性研究

  刘民伟,汪鹏,曾金灿,黄国日,尚楠,刘玺,任松彦,陈建标

  在“双碳”目标指引下，生物质化学链气化技术因可实现负碳排放而备受关注，进行推广应用有望促进能源领域的碳减排。本文以松木屑为生物质燃料、含铁污泥灰为废弃基载氧体，通过固定床反应器-气相色谱研究了含铁污泥灰制备条件优化和实验操作参数对化学链气化性能及循环稳定性的影响。实验结果表明，含铁污泥灰具有提供晶格氧的能力，可以促进松木屑的热解转化，且在煅烧温度800℃下制备的污泥灰催化性能最佳，获得的合成气热值最高，达到11.63MJ/Nm3。通过对含铁污泥灰进行水洗和酸洗处理，灰分中Fe2O3含量由53.37%分别升高至61.38%和64.46%，提高了晶格氧供给能力。进一步，对水洗和酸洗后的污泥灰进行不同比例、不同温度以及循环实验，发现松木屑的化学链气化反应性能均得到了一定提升，其中水洗污泥灰的最佳气化温度为800℃，合成气热值达到了13.89MJ/Nm3，酸洗污泥灰的最佳气化温度较低为750℃。经过水洗和酸洗处理的污泥灰在化学链气化过程中均展现出较为稳定的反应性能，且通过实验证明所含Fe2O3的还原遵循Fe2O3→Fe3O4→FeO/Fe的逐级反应过程。本研究通过探究含铁污泥灰制备条件和实验操作参数对松木屑化学链气化过程的影响规律，以期实现固体废弃物资源化利用、生物质高效转化和以废治废的目标，为其在能源领域推广应用和助力碳减排提供有益参考。

• 单相浸没液冷数据中心系统经济性分析

  王雅博,尹燊,徐智明,刘圣春,李雪强,孙海旺,黄冰

  随着科技的发展,数据中心的发热量持续增长,冷却技术也在不断的革新。浸没液冷技术是当前公认较有前途的冷却技术之一。本文从服务器的角度出发,使用数值模拟的方法,探讨了采用单相浸没液冷服务器的运行性能。在此基础上使用TRNSYS软件,分析了不同地区使用该冷却技术数据中心的经济性,最后与传统风冷数据中心进行了对比。结果表明：液冷系统的CPU温度波动在57.8-65 °C,均满足服务器正常的运行。其中格尔木的波动幅度最小,为4.1 °C,服务器运行最为稳定。北京最高,为6.6 °C。受电价和环境温度的影响,液冷系统的PUE介于1.105-1.138之间,银川PUE最低,仅为1.105。海口最高,为1.138。较风冷系统而言,采用单相浸没液冷系统的数据中心PUE最大可下降66.7%,全年功耗减少66.7%。

• 光热-光伏耦合系统技术-经济性能分析

  刘天野,李健,杨震,段远源

  可再生能源开发可减缓全球气候变暖，有助于实现碳中和目标。针对光热-光伏耦合发电系统，构建了简单耦合系统及集成电加热器和电池的复杂耦合系统。聚焦系统的经济性能和供电可靠性，以平准化度电成本和供电负荷失电率为目标，采用多目标优化方法优化各部件的装机容量，分析系统弃光率、全年能量流和部件成本占比等特征。研究表明，在光热-光伏耦合系统中集成电加热器和电池可在相同供电可靠性下实现更优的经济性能和更低的弃光率。当供电负荷失电率为5%时，相比于简单耦合系统，复杂耦合系统的平准化度电成本降低了9.4%，弃光率降低了55.2%。由于复杂耦合系统集成了电加热器和电池，可将过剩的光伏电量存储，能够实现百分百供电可靠，此时系统的平准化度电成本为0.292 $/kWh。