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多脉冲固体火箭发动机长尾喷管多层热防护结构传热烧蚀特性

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推进技术 2025年第2期46卷 200-212页

作者：何振川李映坤武炎陈雄薛海峰南京理工大学机械工程学院特种动力技术教育部重点实验室江苏南京210094

针对多脉冲固体火箭发动机长尾喷管热防护结构的传热烧蚀问题,提出了由C/C抗烧蚀层、碳/酚醛相变吸热层和钢壳体结构组成的多层热防护结构,建立了基于热物性参数随时间和温度变化的传热烧蚀数学模型,采用有限差分隐式格式进行求解。在... 详细信息

针对多脉冲固体火箭发动机长尾喷管热防护结构的传热烧蚀问题,提出了由C/C抗烧蚀层、碳/酚醛相变吸热层和钢壳体结构组成的多层热防护结构,建立了基于热物性参数随时间和温度变化的传热烧蚀数学模型,采用有限差分隐式格式进行求解。在验证了多层防热结构传热烧蚀计算框架准确性的基础上,开展了长尾喷管多层热防护结构传热烧蚀响应过程仿真研究,分析了脉冲间隔时间对多层热防护结构传热烧蚀响应的影响规律。研究结果表明:与传统固体火箭发动机相比,多脉冲发动机工作时碳/酚醛层内热物性参数与热解反应变化较大,导致多层结构内能量分布更加均匀,使得钢壳体外表面温度显著升高,同时C/C抗烧蚀层表面烧蚀量显著下降;随着脉冲间隔时长的增加,C/C抗烧蚀层烧蚀量逐渐下降,碳/酚醛层内热解程度逐渐降低,钢壳体外表面温度先升高后下降,脉冲间隔时长60 s时钢外壳表面温度达到最大值。

关键词：多脉冲固体火箭发动机喷管传热烧蚀热防护结构

仿生海螺型静态混合器传热与湍流脉动特性实验研究

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化工学报 2025年第3期76卷 1040-1049页

作者：禹言芳张埔瑜孟辉波孙雯李雯乔文龙张梦琼沈阳化工大学机械与动力工程学院辽宁沈阳110142 中国石油大学(华东)新能源学院山东青岛266580

基于绿色仿生学理念,依据海螺的外形特点设计了一种三旋海螺型静态混合元件。在进口空管段Ret=2640~11450的恒热通量传热实验中,采用压降(Δp)、范宁摩擦因数(f)和Z因子评价了Kenics型静态混合器(KSM)、正向三旋海螺型静态混合器(three-... 详细信息

基于绿色仿生学理念,依据海螺的外形特点设计了一种三旋海螺型静态混合元件。在进口空管段Ret=2640~11450的恒热通量传热实验中,采用压降(Δp)、范宁摩擦因数(f)和Z因子评价了Kenics型静态混合器(KSM)、正向三旋海螺型静态混合器(three-twisted conch static mixer,TCSM)和反向三旋海螺型静态混合器(reverse three-twisted conch static mixer,RTCSM)的能耗。基于Nusselt数(Nu)、对流传热系数(h)和综合传热系数(PEC)评价三种混合器的强化传热特性。结果表明,KSM、TCSM和RTCSM的h与空管相比分别提高22.15%~40.53%、10.83%~27.34%和33.29%~50.30%,RTCSM的PEC分别比TCSM和KSM增加9.41%~28.99%和4.94%~13.29%。此外,通过功率谱密度(PSD)和标度指数(ϕ)表征不同混合器进出口压力信号的湍流脉动特征,发现RTCSM能够产生更多的小尺度涡进而强化传热。出口处RTCSM的最大Lyapunov指数(λ)大于TCSM和KSM的λ,表明流体流经RTCSM后呈现更强的混沌特性。

关键词：静态混合器传热湍流 PEC 功率谱密度最大Lyapunov指数

局部多热源下拓扑优化通道平板脉动热管的传热特性

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化工学报 2025年第3期76卷 1006-1017页

作者：孙芹周国庆翟万领高山罗倩倩屈健江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013

借助湿刻技术在合金铜材上制作了传统蛇形结构和拓扑结构平板脉动热管,以R141b为工质,比较了上述两种热管在局部加热(加热面积15 mm×15 mm,20 mm×20 mm和25 mm×25 mm)情况下的启动与传热性能差异及变化规律。实验结果表明,传统型和... 详细信息

借助湿刻技术在合金铜材上制作了传统蛇形结构和拓扑结构平板脉动热管,以R141b为工质,比较了上述两种热管在局部加热(加热面积15 mm×15 mm,20 mm×20 mm和25 mm×25 mm)情况下的启动与传热性能差异及变化规律。实验结果表明,传统型和拓扑型脉动热管的启动和传热性能均随着局部加热面积的增大而增强。相比于传统平板脉动热管,拓扑优化设计能够将热管通道集中分布在局部热源内,有效增大加热段蒸发/沸腾区域的面积,从而弱化热源面积对其启动和传热性能的影响。传统型脉动热管在多局部热源加热条件下的启动可分为“突变”和“平缓变化”两种方式,与单一均匀热源加热的启动方式相似,但拓扑型脉动热管在所有工况下的启动过程中均无温度突变行为。拓扑结构设计能够有效提高热管整体的均温性和传热极限,尤其是可以改善较小热源面积和中低加热功率下脉动热管的传热性能,在热源面积为15 mm×15 mm和加热功率约为75 W时,其有效热导率比传统热管提高约41.8%。具有拓扑优化通道的脉动热管能够弥补传统脉动热管在局部多热源散热应用中的不足,并表现出良好的均温性和传热极限,从而拓宽脉动热管的应用领域。

关键词：脉动热管拓扑优化传热启动多热源

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正戊醇添加剂强化喷雾冷却传热实验研究

化工学报 2025年第1期76卷 131-140,F0004页

作者：陈晗蔡畅刘红尹洪超海洋能源利用与节能教育部重点实验室大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024 先进飞行器与空天动力创新研究中心北京航空航天大学宁波创新研究院浙江宁波315800

以纯水和低浓度正戊醇-水溶液为工质开展喷雾冷却传热性能实验研究,并探究正戊醇添加剂对喷雾场内冷却工质的液滴Sauter平均直径、液滴数量以及体积通量空间分布特性的影响规律。结果表明少量正戊醇添加剂可显著提高纯水喷雾冷却传热性... 详细信息

以纯水和低浓度正戊醇-水溶液为工质开展喷雾冷却传热性能实验研究,并探究正戊醇添加剂对喷雾场内冷却工质的液滴Sauter平均直径、液滴数量以及体积通量空间分布特性的影响规律。结果表明少量正戊醇添加剂可显著提高纯水喷雾冷却传热性能,但强化传热效果随着正戊醇浓度的提高呈现先增强后减弱的趋势。相比纯水工质,混合溶液的喷雾液滴数量增加,Sauter平均直径降低,体积通量提高,三者共同作用导致喷雾冷却换热性能的提升。然而,正戊醇较低的比定压热容、热导率和汽化潜热会对换热产生不利影响。在上述强化传热与削弱传热两种机制的共同作用下,实验结果表明体积分数为1.0%的正戊醇-水喷雾冷却传热效果最佳。

关键词：喷雾冷却传热正戊醇添加剂 Sauter平均直径体积通量两相流对流

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电场-宏观结构表面协同强化薄液膜沸腾传热特性

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化工学报 2025年

作者：何昌秋田加猛陈义齐朱宇琛刘鑫王海王贞涛王军锋周致富陈斌江苏大学能源与动力工程学院重庆大学能源与动力工程学院西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室

利用电场与宏观结构协同强化薄液膜沸腾传热，有望突破电子器件高热通量散热瓶颈。本文以乙醇为工质，设计并加工了6种宏观结构表面，通过高速摄像可视化和沸腾传热测量，系统分析了液膜厚度、结构参数以及荷电电压对薄液膜沸腾传热特... 详细信息

利用电场与宏观结构协同强化薄液膜沸腾传热，有望突破电子器件高热通量散热瓶颈。本文以乙醇为工质，设计并加工了6种宏观结构表面，通过高速摄像可视化和沸腾传热测量，系统分析了液膜厚度、结构参数以及荷电电压对薄液膜沸腾传热特性的影响规律。实验结果表明，气泡动力学特性调控是临界热通量（CHF）增强的关键。与不施加电场相比，施加4 kV荷电电压时，宏观结构表面的气泡脱离频率最高可提升80%，气泡脱离直径减小了28%，从而使CHF提升了20%。CHF随着液膜厚度和肋高的增大而增大，随肋间距的增大而减小。在最优条件下，CHF提升幅值可达139%。通过定义CHF增强比发现，液膜厚度对CHF的提升贡献最大（0.37），其次是肋间距（0.24）和荷电电压（0.20）。

关键词：薄液膜沸腾电场宏观结构表面气泡传热气液两相流

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梯度吸热颗粒堆积床太阳能高温耦合传热特性

化工进展 2025年

作者：戴贵龙皇甫江飞杨奕键邓树坤福建理工大学建筑新能源与节能福建省高校重点实验室

为增加聚集太阳光穿透深度，降低红外辐射散热损失，提出了一种由石英玻璃小球和氮化硅小球组成的梯度吸热颗粒堆积床太阳能吸热器（Gradient-absorption-packed solar receiver，GSR）。采用颗粒尺度方法，建立了聚集太阳光辐射加热作... 详细信息

为增加聚集太阳光穿透深度，降低红外辐射散热损失，提出了一种由石英玻璃小球和氮化硅小球组成的梯度吸热颗粒堆积床太阳能吸热器（Gradient-absorption-packed solar receiver，GSR）。采用颗粒尺度方法，建立了聚集太阳光辐射加热作用下GSR的高温耦合传热模型。结合实验测量验证，对GSR的高温吸热规律进行研究分析。结果表明，对单一吸热颗粒堆积床太阳能吸热器（Single-absorption-packed solar receiver，SSR），颗粒直径越小，热效率越高，但是吸热量与压降之比的综合效率越低。对粒径比为5的GSR，在低质量流量范围（质量流量小于7.5g/s），二层石英玻璃小球的GSR热效率最高，而在高质量流量范围（质量流量大于7.5g/s），一层石英玻璃小球的GSR热效率最高。在相同粒径比和流量条件下，GSR的聚集太阳光穿透深度大，热效率和综合效率均高于SSR，且温度越高，增幅越大，说明GSR尤其适合高温吸热，具有重要的应用潜力。

关键词：太阳能填充床吸热器传热热效率

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多尺度结构烧结沟槽表面沸腾传热性能

化工进展 2025年第2期44卷 669-676页

作者：张喆纪献兵杨聿昊刘家璇姚泊丞华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

为解决高热流密度电子元件的散热问题,本文采用不同粒径的铜粉烧结制备了多尺度结构沟槽表面,以FCM-47电子氟化液为工质,结合可视化,研究了多尺度结构对液体补充与汽泡逸出的作用,探寻了铜粉粒径与沟槽结构尺寸对汽泡产生、长大、脱离... 详细信息

为解决高热流密度电子元件的散热问题,本文采用不同粒径的铜粉烧结制备了多尺度结构沟槽表面,以FCM-47电子氟化液为工质,结合可视化,研究了多尺度结构对液体补充与汽泡逸出的作用,探寻了铜粉粒径与沟槽结构尺寸对汽泡产生、长大、脱离及沸腾传热的影响。结果表明沟槽结构尺寸对沸腾换热有着显著的影响,其中谷部宽度影响着汽泡脱离直径,存在最佳宽度值,脊部高度及沟槽底层厚度的影响是沟槽所能提供的核化点数量、相变传热面积及汽液流动阻力平衡的结果。孔隙的理论分析和沸腾可视化均表明多尺度结构有利于沸腾换热。相较于球状铜粉,枝状铜粉在烧结后形成了具有大小孔径的多尺度结构通道,很好地兼顾了液体补充与汽泡逸出的不同需求,传热性能得到显著提升。其中粒径为150μm的枝状铜粉多尺度表面传热性能显著优于本实验范围内其他表面,在电子氟化液中的换热系数可达46.0kW/(m^(2)·K)。

关键词：多尺度烧结沟槽结构池沸腾可视化传热相变

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中低雷诺数可压缩冲击射流的流动与传热特性

华东理工大学学报(自然科学版) 2025年

作者：欧玉琼刘琪麟赖焕新华东理工大学机械与动力工程学院

针对马赫数（Ma）为0.784、冲击高度（H/D）为5，雷诺数（Re）为3 300～8 000的可压缩冲击射流，采用大涡模拟方法研究冲击射流的流动和传热特性。模拟得到了平均速度和温度，以及旋涡的演化过程。揭示了传热随着雷诺数的增加而增强的... 详细信息

针对马赫数（Ma）为0.784、冲击高度（H/D）为5，雷诺数（Re）为3 300～8 000的可压缩冲击射流，采用大涡模拟方法研究冲击射流的流动和传热特性。模拟得到了平均速度和温度，以及旋涡的演化过程。揭示了传热随着雷诺数的增加而增强的趋势。在Re=8 000时，初级涡提前破碎为小尺度涡且模拟结果中未发现合并的旋涡。对冲击射流的温度和压力进行动态模态分解(DMD)，特别关注展向和撞击板处的相干结构。结果表明，在斯特劳哈尔数（St）为0.56下，DMD模态所识别的相干结构呈大尺度的对称结构，在St=1.04下，对称结构向下游移动并逐渐分化为小尺度结构。这也表明大尺度的初级涡经过撞击后形成尺度更小的二次涡。

关键词：冲击射流雷诺数传热相干结构动态模态分解

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光伏阵列对屋顶传热影响的计算模型及分析

太阳能学报 2025年第2期46卷 333-341页

作者：赵康秦玉林吕国荃葛坚浙江大学建筑工程学院杭州310058 浙江大学平衡建筑研究中心杭州310058 浙江大学建筑设计研究院有限公司杭州310058

光伏阵列铺装对屋顶传热影响显著,为合理地衡量日照阴影移动、天空背景辐射和屋顶内部水平传热的影响,建立考虑太阳实时移动及辐射角系数差异的光伏阵列屋顶二维动态传热模型,并实验验证该模型的准确性。现有一维节点传热模型存在高估... 详细信息

光伏阵列铺装对屋顶传热影响显著,为合理地衡量日照阴影移动、天空背景辐射和屋顶内部水平传热的影响,建立考虑太阳实时移动及辐射角系数差异的光伏阵列屋顶二维动态传热模型,并实验验证该模型的准确性。现有一维节点传热模型存在高估光伏组件遮阳和阻挡散热效果的问题,与之相比,该二维动态传热模型可准确计算光伏屋顶传热量,得到更接近实际工况的评估结果。以夏热冬冷地区建筑屋顶安装30°倾角的光伏阵列为例,夏季和冬季典型日屋顶冷/热负荷可分别降低22.4%和4.0%,冷/热负荷峰值分别降低35.9%和16.7%,峰值时间延后约40 min。应用该模型计算分析光伏阵列的安装倾角、间距、屋顶保温以及吸收率对屋顶传热的影响,并提出优化设计建议。

关键词：光伏阵列屋顶入射太阳辐射传热动态模拟

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