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基于颗粒堆积床模型的线性菲涅尔式太阳能甲醇重整制氢系统综合性能研究

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工程热物理学报 2023年第2期44卷 497-504页

作者：门静婧高哲卫元珂程泽东何雅玲西安交通大学能源与动力工程学院热流科学与工程教育部重点实验室西安710049 中科南京未来能源系统研究院南京211135

本文建立了线性菲涅尔式太阳能吸热/反应器光热–化学反应过程三维数值模型,并对其缩小模型进行了研究,探究了典型的外部因素(太阳能热流分布)和内部因素(催化剂颗粒半径)对系统流动换热与热化学反应综合性能的影响。首先,基于离散元法... 详细信息

本文建立了线性菲涅尔式太阳能吸热/反应器光热–化学反应过程三维数值模型,并对其缩小模型进行了研究,探究了典型的外部因素(太阳能热流分布)和内部因素(催化剂颗粒半径)对系统流动换热与热化学反应综合性能的影响。首先,基于离散元法建立了催化剂颗粒随机堆积床模型。其次,基于蒙特卡罗光线追迹法与多目标优化遗传算法获得了太阳能热流分布。然后,对比了优化前的、优化后的以及理想情况下的系统综合性能,进一步分析了催化剂颗粒半径的影响。研究发现,热流优化后的系统化学反应性能接近于理想,而减小颗粒半径也可促进化学反应,但会增加流动阻力。催化剂颗粒大小的优选或可综合考虑反应程度、流动阻力和烧结温度限制等进行权衡选取。

关键词：线性菲涅尔聚光集热器颗粒堆积床甲醇蒸汽重整制氢热流条件综合性能

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光热一体化微槽群散热器传热性能研究

工程热物理学报 2022年第6期43卷 1643-1649页

作者：董宜放于樱迎胡学功裴刚中国科学技术大学热科学和能源工程系合肥230027 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中科南京未来能源系统研究院南京211135

传统微槽群散热器(TMHS)因散热能力强、无功耗等优点,在LED散热领域广泛应用。然而,TMHS与LED光源基板之间需热界面材料填充,导致产生界面热阻,影响散热效果。为消除界面热阻,提高TMHS散热性能,实现大功率LED散热器小体积、轻量化,本文... 详细信息

传统微槽群散热器(TMHS)因散热能力强、无功耗等优点,在LED散热领域广泛应用。然而,TMHS与LED光源基板之间需热界面材料填充,导致产生界面热阻,影响散热效果。为消除界面热阻,提高TMHS散热性能,实现大功率LED散热器小体积、轻量化,本文提出在LED光源基板上加工微槽,并将其与TMHS微槽取热表面设计成一体化器件,形成光热一体化微槽群散热器(PIMHS)。实验表明,PIMHS具有良好的散热能力、均温性能、光学参数以及可靠性。LED光源输入功率500 W时,PIMHS与TMHS相比,热阻下降4.5倍,LED光源表面温度下降30.34%,光效提升28.8%。并且,PIMHS可实现kW级LED光源散热,横向、纵向温差均小于1℃。

关键词： LED 光热一体化微槽群散热器传统微槽群散热器界面热阻

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汽轮机末级湿蒸汽凝结流动模型差异性研究

热能动力工程 2023年第3期38卷 31-40页

作者：吴涛杨爱玲陈二云彭姝璇上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 中科南京未来能源系统研究院江苏南京210000

以汽轮机末级叶片为研究对象,采用计算流体力学方法对单流道几何模型进行数值计算,研究了湿蒸汽平衡与非平衡凝结流动模型之间的特性差异,并基于非平衡凝结探讨表面张力修正系数(NBTF)在定常分析中对湿蒸汽参数的影响。结果表明:非平衡... 详细信息

以汽轮机末级叶片为研究对象,采用计算流体力学方法对单流道几何模型进行数值计算,研究了湿蒸汽平衡与非平衡凝结流动模型之间的特性差异,并基于非平衡凝结探讨表面张力修正系数(NBTF)在定常分析中对湿蒸汽参数的影响。结果表明:非平衡凝结模型主要影响液滴数目及颗粒直径,速度场分布与平衡凝结模型有较大差异;基于非平衡凝结模型对表面张力进行修正的模型会降低级内热力学损失,总-静效率比未修正表面张力的原型增加0.16%,相较平衡凝结模型降低3.26%;在主频下,修正模型动叶所受轴向激励力相较于平衡凝结模型减少52.76%,切向激励力减少57.12%,但轴向力与切向力载荷均方根值分别增加1.59%和0.21%。

关键词：湿蒸汽平衡凝结非平衡凝结表面张力修正系数非定常流动特性

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基于(火积)耗散理论的新翼型换热器优化方法研究

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中国科学：技术科学 2021年第10期51卷 1219-1230页

作者：韩增孝郭江峰淮秀兰中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 中科南京未来能源系统研究院南京211135

基于(火积)的分布匹配以协同强化的思路对新翼型换热器进行结构优化,提出两种不均匀的翅片分布结构,在给定热流边界条件下以超临界CO2为工质,对多种翼形肋分布结构进行传热流动性能的数值研究.结果表明,针对超临界流体物性剧烈变化导致... 详细信息

基于(火积)的分布匹配以协同强化的思路对新翼型换热器进行结构优化,提出两种不均匀的翅片分布结构,在给定热流边界条件下以超临界CO2为工质,对多种翼形肋分布结构进行传热流动性能的数值研究.结果表明,针对超临界流体物性剧烈变化导致的换热参数分布极不均匀的特点,在总换热面积不变的条件下通过相应改变新翼型肋片分布方式,改善了流体(火积)与壁面热流(火积)的分布匹配性,进而改善了流道内局部(火积)耗散率的分布均匀性,使流道内总(火积)耗散率减小,换热性能提高.比拟两流体耦合换热过程中变热流边界条件下的数值研究表明,在换热器两流体耦合换热中依据换热参数分布特性相应改变新翼型肋的分布方式,在总换热面积不变的条件下同样改善冷热流体(火积)的分布匹配性,进而使局部(火积)耗散率沿换热区域分布更为均匀,减小总的(火积)耗散率.(火积)的分布匹配原则为换热器结构优化和改进提供了新的思路和方法,具有重要的理论和工程意义.

关键词： (火积)耗散分布匹配印刷电路板换热器(PCHE) 超临界流体传热强化

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红外测温探头防护性能数值模拟研究

工程热物理学报 2024年第1期45卷 205-211页

作者：叶志鹏李勋锋刘艳谭震宇淮秀兰中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 中科南京未来能源系统研究院南京211135

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... 详细信息

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。

关键词：红外测温探头防护性能空气吹扫水冷保护

基于分离涡模拟的平板气膜涡系结构与流动损失数值研究

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推进技术 2023年第5期44卷 86-96页

作者：吴琼尹钊张华良徐玉杰陈海生中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中科南京未来能源系统研究院江苏南京211135 中国科学院清洁能源创新研究院辽宁大连116023

气膜冷却在保护高温部件的同时,主流与冷气干涉会形成复杂的涡系结构并造成掺混损失,研究二者之间的作用机理对指导气冷涡轮优化设计具有重要意义。本文采用DES(Detached-Eddy Simulation)方法对平板圆柱气膜孔的流场进行非定常数值模拟... 详细信息

气膜冷却在保护高温部件的同时,主流与冷气干涉会形成复杂的涡系结构并造成掺混损失,研究二者之间的作用机理对指导气冷涡轮优化设计具有重要意义。本文采用DES(Detached-Eddy Simulation)方法对平板圆柱气膜孔的流场进行非定常数值模拟,分析了涡系演变规律以及掺混损失。结果表明:随着吹风比的提高,冷气射流与主流的流动掺混过程表现为两种不同的模式,低吹风比时下游冷气主要受顺时针方向的迎风涡控制,高吹风比时逆时针方向的迎风涡和顺时针方向的背风涡同时控制下游冷气运动;频谱分析显示,流场扰动存在着明显的倍频关系,基频信号由脱落涡产生,频率大小与吹风比呈线性关系;损失分析表明,流场损失主要由冷气与主流的温差换热导致,占总熵损失的90%以上。

关键词：燃气轮机气膜冷却冷气掺混迎风涡气动损失雷诺应力分离涡模拟

压缩空气储能系统膨胀机末级叶片特殊边界处理与失效分析

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动力工程学报 2024年第3期44卷 355-360页

作者：刘畅朱阳历张华良陶海亮李俊左志涛陈海生中科南京未来能源系统研究院南京211135 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

以压缩空气储能(CAES)系统中膨胀机末级叶片为研究对象,针对末级叶片的离心力工况,提出了一种高效的等效叶冠约束模型,并对比了循环对称约束模型和多叶片模型的仿真结果。同时,还开发了一种能够模拟弹塑性和失效行为的本构程序。结果表... 详细信息

以压缩空气储能(CAES)系统中膨胀机末级叶片为研究对象,针对末级叶片的离心力工况,提出了一种高效的等效叶冠约束模型,并对比了循环对称约束模型和多叶片模型的仿真结果。同时,还开发了一种能够模拟弹塑性和失效行为的本构程序。结果表明:与其他模型相比,等效叶冠约束模型的仿真结果与全尺寸模型结果最接近,兼具精度和效率优势;所编写的本构子程序可有效模拟17-4ph钢的应力-应变响应曲线;针对所研究的叶片构型,当失效发生在叶片径向约1/4位置处时,失效区域快速扩大。

关键词：末级叶片离心力工况失效行为

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旋转诱导下向心涡轮盘腔流动和封严特性研究

推进技术 2022年第12期43卷 121-130页

作者：郑派尹钊张华良许波峰陈海生河海大学能源与电气学院江苏南京211100 中科南京未来能源系统研究院江苏南京211135 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

针对向心涡轮盘腔旋转诱导入侵机制尚不明晰,以及轴流涡轮封严模型适用性有待考量的问题,采用数值模拟方法开展旋转诱导下向心涡轮盘腔流动和封严特性研究。分析了盘腔轴向间隙、径向间隙以及封严流量等参数对盘腔内部流动结构及转子轴... 详细信息

针对向心涡轮盘腔旋转诱导入侵机制尚不明晰,以及轴流涡轮封严模型适用性有待考量的问题,采用数值模拟方法开展旋转诱导下向心涡轮盘腔流动和封严特性研究。分析了盘腔轴向间隙、径向间隙以及封严流量等参数对盘腔内部流动结构及转子轴向推力的影响规律,研究封严效率变化趋势并进行最小封严流量模型推导。研究表明:随着径向间隙减小以及封严流量增大,盘腔出口处的涡系外移且尺度减小;在减小轴向间隙或增大封严流量时,盘腔内流动结构从Batchelor流型向Stewartson流型演变;转子轴向推力合力主要受盘腔轴向间隙和封严流量影响;旋转诱导下的Orifice Model具有很好的适用性;本文推导出的最小封严流量模型表明其最小封严流量显著小于轴流涡轮。

关键词：向心涡轮涡轮盘腔封严效率最小封严流量轴向推力

超碱NLi_(4)团簇修饰DHQ石墨烯的储氢性能研究

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原子与分子物理学报 2025年第5期42卷 95-101页

作者：戴小乐王允辉黄欣南京邮电大学电子与光学工程学院柔性电子(未来技术)学院南京210023 南京邮电大学理学院南京210023

基于第一性原理计算,系统研究了超碱NLi_(4)团簇修饰在DHQ石墨烯表面上的几何结构及吸附能等性质,并深入探索了其储氢性能.研究结果表明:超碱NLi_(4)团簇可以稳定均匀地吸附在DHQ石墨烯表面,Li原子与N原子的强结合能有效避免了Li原子发... 详细信息

基于第一性原理计算,系统研究了超碱NLi_(4)团簇修饰在DHQ石墨烯表面上的几何结构及吸附能等性质,并深入探索了其储氢性能.研究结果表明:超碱NLi_(4)团簇可以稳定均匀地吸附在DHQ石墨烯表面,Li原子与N原子的强结合能有效避免了Li原子发生团聚.每个NLi_(4)团簇周围最多可吸附11个氢气分子,平均吸附能为0.20 eV,最大储氢容量为12.05 wt%,达到美国能源部制定的2025年储氢目标5.5 wt%.最后,基于相对能量计算,发现当压强大于84 bar时,该储氢体系可以在室温下稳定存在.以上结果表明经超碱NLi_(4)团簇修饰的DHQ石墨烯是一种有潜力的储氢材料.

关键词：多孔材料储氢超碱NLi_(4)团簇 DHQ石墨烯第一性原理计算