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工程热物理学报
工程热物理学报

徐建中

月刊

0253-231X

xb@mail.etp.ac.cn

010-62584937

100190

北京中关村路乙12号（北京2706信箱）

工程热物理学报/Journal Journal of Engineering ThermophysicsCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为专业技术性刊物。主要刊登工程热力学与动力装置、热机气动热力学、传热传质学、燃烧学、热物理测量学、热效率装置、综合利用能源、代用燃料等方面的科技论文、研究简报、重要学术动态等。主要读者对象为工程热物理专业科技人员及相关高校师生。
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    纳米孔内的吸附过程及其动力学特性研究

    何转桃吴春梅李友荣
    157-162页
    查看更多>>摘要：为了阐明气体在纳米多孔结构内的吸附及动力学过程,采用分子动力学方法建立了纳米多孔材料的吸附与解吸模型,探究了氩气在多孔结构表面的吸附特性,并对其吸附与解吸的动力学特性进行了分析.结果表明:纳米孔内的吸附机制有两种:一是吸附层生长过程中,相对壁面的吸附层不断靠近后孔内发生的液体桥接.二是孔隙内发生毛细管凝结后引起的弯月面推进.低压比时,吸附层持续增长,压比增加时孔隙内观察到液体桥接效应,由于液膜表面不稳定出现液桥的生长与收缩断裂;高压比时,纳米孔入口附近形成稳定的液桥,孔隙内出现空腔,空腔内的快速吸附可导致液体的二次桥接,这种现象不断重复直至空腔被填满.另外,解吸过程是在弯月面后退和空化作用下进行的.

    纳米孔吸附解吸动力学液桥

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    喷雾冷却孤立液膜速度特性实验研究

    赵霄赵聿章陈引张博...
    163-172页
    查看更多>>摘要：液膜流动是喷雾冷却复杂热量传递过程的直接载体,因此,液膜动力学特性研究对理解喷雾冷却的传热机理至关重要.但由于雾化液滴与具有高湍流度薄液膜之间存在的强烈相互作用和扰动,研究者们对液膜在表面的演化过程知之甚少.本文研究了不同热流和压力下两相区HFE-7000在光滑表面液膜分布、流动速度和当量直径等特性.测量了不同工质在不同喷射压力下雾化液滴速度空间分布,并提出了经验预测关联式.测量了孤立液膜流动速度及其当量直径,同时求解了孤立液膜韦伯数分布及其平均值.最终,基于雾化液滴径向速度与孤立液膜速度的有机联系,结合表面温度梯度等条件,提出了孤立液膜平均速度和平均韦伯数的预测方法,相应的预测极限分别小于21.52％和24.3％.

    喷雾冷却液膜流动液膜速度韦伯数

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    四叶片式LPD静态混合器内湍流传热强化特性

    禹言芳宋睿李毓刘桓辰...
    173-185页
    查看更多>>摘要：本文在雷诺数为2639～17599的恒热流边界条件下,通过实验和数值研究分析偏转角(α)、位错角(β)和间距比(l/D)三个几何参数对四叶片式LPD静态混合器内的换热和湍流流动特性的影响.采用速度场与温度场的协同性、对流换热系数和局部努塞尔数(Nulocal)等参数分析四叶片式LPD静态混合器内传热强化性能.结果表明:采用SST k-ω湍流模型预测四叶片式LPD静态混合器湍流流动和传热是可靠的;通过正交设计表和极差分析方法得到静态混合器的最优结构;随着α的减小混合器内速度场与温度场协同性逐渐增强;考虑到Re和α之间的耦合作用,提出在湍流条件下四叶片式LPD静态混合器的Nu和f的经验关联式;当叶片宽度与直径比(w/D)＜0.2时,PEC值最大.

    静态混合器传热协同数对流换热系数结构优化

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    增材制造高性能微通道换热器模块化单元传热与压损实验

    吕玥萱肖克华饶宇
    186-193页
    查看更多>>摘要：面向微型燃气轮机能效提升迫切需求,针对其回热循环工况设计了一款适合应用增材制造技术加工的高性能微通道回热器.结合逆流式换热器的基础研究与金属增材制造的特点,设计了模块化的波纹板微通道换热器单元,采用激光选区熔融技术(SLM)完成不锈钢样机加工,并使用自行搭建的实验系统对其进行了性能测试.样件具有52个高度为0.7 mm的换热微通道,紧凑度超过1700 m2/m3.实验测试表明,该增材制造换热器在相对压损小于2％的条件下,平均Nu数相比传统方式加工的平板原表面换热器可提升88.9％,其关键性能参数在现有紧凑式换热器中具有先进性.

    微通道换热器增材制造稳态试验传热压损

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    低温贮箱中相变过程高效率瞬态数值模拟方法

    左忠琪邹震峰蒋文兵黄永华...
    194-198页
    查看更多>>摘要：闭口低温贮箱在超低热流密度作用下的自增压瞬态过程模拟通常需要耗费巨量的计算资源.使用常规硬件和现有通用CFD商业软件求解此类长周期瞬态模拟往往耗时过长.本文基于OpenFOAM开源计算流体力学平台,提出了针对贮箱内气液相变引起的自增压瞬态过程的快速计算模型,获得了相较于以往常用商业求解器Fluent十倍以上的计算效率提升.同时,得到了模型系数在液氮贮箱自增压过程的取值规律.结果表明,本模型精度较以往热力学平衡模型显著提升.

    低温贮箱自增压蒸发冷凝数值模型快速模拟

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    分级孔碳基复合电极热再生电池性能强化

    安一超张亮蒋强李俊...
    199-204页
    查看更多>>摘要：本文以分级孔碳材料为基底构建Cu/C复合电极,获得稳定的电极骨架和高电极比表面积,提升了热再生电池性能.实验对比研究了复合电极电池性能,探究了关键制备参数的影响.结果表明,采用复合电极电池最大功率密度(70.6 W·m-2)相对于泡沫铜电池(32.2 W·m-2)提高了119％,这主要是由于其比表面积的提升.在一定范围内提升碳化温度和造孔剂比例,能有效提高电极比表面积,电池性能也随之增大.考虑能量输入,制备Cu/C复合电极的最佳碳化温度为800℃,最佳造孔剂比例为10∶1,电池获得最大功率密度为87.2 W·m-2.

    热再生电池分级孔复合电极电极比表面积传质最大功率密度

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    红外测温探头防护性能数值模拟研究

    叶志鹏李勋锋刘艳谭震宇...
    205-211页
    查看更多>>摘要：本文针对高温叶栅试验台的红外测温需求,设计了测温探头的防护结构,在尽量不干扰主流的前提下实现对测温探头的热防护与污染防护.通过CFD计算,分析了该结构设计的合理性.对冷却空气入口总压的影响进行分析,发现入口总压过小,会造成探头的高温烧蚀,总压过大,则会对主流产生较大干扰.最后对冷却水入口流速进行分析,结果表明,探头的冷却效果随流速增大而增强,当流速大于2 m/s时,冷却效果基本不随流速变化而变化.

    红外测温探头防护性能空气吹扫水冷保护

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    三维波纹板冲击/发散冷却结构流动及换热特性的数值研究

    李国栋郭涛马钊刘存良...
    212-222页
    查看更多>>摘要：为了进一步提升冲击冷却的强化换热潜力,在典型冲击/发散结构的基础上提出了一种冲击板为三维波纹板的冲击/发散冷却结构.三维波纹板由横向(X)及纵向(Y)的正弦波系叠加而成,冲击孔布置在正弦波的波谷位置.通过基于雷诺时均N-S方程的Realizable k-ε湍流模型进行了冲击/发散结构的数值模拟,对比了平板结构与三维波纹板结构在射流流动及靶面换热特性上的差异并研究了波纹板波幅(A/d)的影响规律.其中基于冲击孔直径d定义的射流雷诺数的研究范围为Red=300～3000,波纹板波幅的研究范围为A/d=0.5～1.1,冲击孔的横向间距、纵向间距及冲击距分别为S/d=10.0,P/d=5.0,H/d=3.0.结果表明:与实验结果相比,Realizable k-ε湍流模型能够对线平均及面平均努塞尔数(NuAve,(Nu))给出准确的预测;三维波纹板结构相比平板结构降低了射流冲击靶面前的动量损失,显著提高了驻点附近的换热强度,当A/d=0.8时,距冲击驻点1.5d范围内NUAve的最大增幅为32.3％;随着A/d的增大,冲击驻点区的换热得到明显强化,但驻点区以外的换热基本不发生改变.改变A/d对(Nu)的增益效果受到Red的影响,在A/d=1.1时,Red由300增大到3000对应的(Nu)增幅由36.6％降低为11.6％;随着Red和A/d的增大,流量系数(Cd)逐渐增大,三维波纹板结构的流量系数大于平板结构,但增幅小于3％.

    矢量喷管冲击发散冷却三维波纹板流动及换热特性数值模拟

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    基于KMC方法的离解氧原子在硅基防热材料表面催化复合模型研究

    李芹杨肖峰董威杜雁霞...
    223-229页
    查看更多>>摘要：为了精确模拟化学非平衡气流在高速飞行器表面的多相催化反应过程,进而提高气动热的预测精度,基于反应动力学机理和硅基材料表面的微观物性参数,发展了一种用于模拟多步催化反应过程的运动学蒙特卡罗(KMC)模型,用于求解高焓离解气体在硅基材料表面的复合速率.模型将吸附、ER/LH复合、热解附四种微观反应过程考虑在内,并从碰撞频率和反应系数两个角度给出各反应的相对概率,作为KMC随机选取下一反应发生的依据.采用该模型计算的表面反应结果表明,LH复合反应具有明显的空间效应,该效应在高壁面温度条件下更明显,导致KMC模型预测的氧原子覆盖率低于基于均匀吸附表面假设的宏观模型的结果,且壁面温度越高相差越大.此外,研究发现ER和LH复合反应速率均随壁面温度的升高先增加后减小.KMC模型可以为宏观CFD计算提供更精确的催化壁面边界条件,用于气动热的精细化预测,为飞行器热防护系统的设计提供理论支撑.

    气动热多相催化界面物理运动学蒙特卡罗方法

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    基于双电层作用的环境湿度差发电机理研究

    严湖平刘珍綦戎辉
    230-234页
    查看更多>>摘要：环境湿度分布不均在自然界中普遍存在,其中包含着大量可用能量.利用湿度差驱动纳米材料中的电子或自由离子的定向运动、从而产生电能是很有发展前景的.然而,自由离子在纳米材料内部通道中的传递过程尚不明确.为此,本文构建了考虑通道双电层作用的湿度驱动发电理论模型,通过Comsol Multiphysics软件数值求解并进行了实验验证.结果显示,纳米材料内部通道对流经通道的自由离子具有选择透过性,其表面电位越大,离子选择性越强,电压输出越大.同时,通道长度越大,湿度差驱动下的电压输出性能越大,与实际发电器件的运行结果一致.该模拟可通过分析纳米通道内的离子分布,以预测不同种类和尺寸纳米颗粒的电压输出,为后续研究中的材料选择和装配提供指导.

    发电湿度差双电层模拟纳米通道

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