最新刊期
      2021年第42卷第1期
      • 李子超, 施骏业, 陈江平, 钱小石
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.001
        摘要：电卡制冷循环基于巨电卡效应，利用电介质极化/退极化过程中的可逆焓变实现热力学循环。电卡制冷循环使用固态工质，环境友好、能量转化效率高。固态工质直接由电能驱动，结构简单，在微系统制冷领域拥有潜在技术优势。近十年来，国际上多个研究机构在铁电陶瓷、单晶、高分子、液晶等凝聚态材料中陆续观测到巨电卡效应；电卡制冷热力学循环研究亦均取得进展。本文从电卡效应的热力学原理、工质材料、制冷系统的仿真与验证三个方面综述电卡制冷技术的研究现状和发展方向。目前，电卡工质温变极限可达40~50 K，循环不可逆损失小于10%；理论热力学完善度可达40%~60%；实际系统零负载温宽达14 K。电卡制冷技术未来的发展的需要在凝聚态相变理论、新材料合成、工质集成工艺、固态界面传热/传质、固态热力学循环等跨学科研究领域实现协同突破，从而发挥其在微制冷系统领域的技术潜力。在未来电卡制冷有望为我国芯片冷却、动力电池热管理等关键技术的发展提供高效、紧凑的热管理解决方案。  
        关键词：电卡效应;固态制冷技术;铁电与弛豫铁电体;电介质;热管理技术   
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      • 王沣浩, 蔡皖龙, 王铭, 高远, 刘俊, 王志华, 徐晗
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.014
        摘要：地热能因具有稳定、储量大、分布广泛等特点，在建筑供热领域得到广泛应用。本文从地热能供热技术分类出发，详细阐述了浅层地源热泵技术、水热型供热技术及中深层地埋管供热技术的基本概念、发展沿革及应用现状。通过对现有报道的地热能供热技术研究方向和相关成果进行总结，从运行机理和应用实践角度出发，对该领域技术发展做出展望。未来地热能供热技术领域研究方向主要包括大型浅层地埋管管群热平衡分析、水热型供热高效回灌技术研究及中深层地埋管管群换热性能评估等。  
        关键词：地热热泵;供热技术;地埋管换热器;热平衡;性能优化   
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      • 熊通, 晏刚, 樊超超, 鱼剑琳
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.023
        摘要：两相流进入微通道换热器容易出现分布不均匀的现象，显著降低微通道换热器的性能。本文对微通道换热器两相流分布的研究动态进行了归纳与分析，主要介绍了微通道换热器中两相流分布特性的影响因素、提升微通道换热器中两相流分布均匀性的技术方案、微通道换热器两相流分布特性的仿真研究及相分离技术在微通道换热器中的应用；论述了两相流在微通道换热器中的研究现状和方向。  
        关键词：微通道换热器;两相流分布特性;提升分布均匀性;关联式;相分离   
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      • 张倩茹, 张旭, 叶蔚, 赵文萱, 职承强, 黄奕翔, 马进
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.036
        摘要：本文针对氨制冷压缩机低压吸气管道破裂后氨制冷剂泄漏的场景，采用计算流体力学（CFD）的方法对不同气流组织下事故通风过程进行了数值模拟，对比了不同气流组织下的事故通风有效性。根据计算结果，侧墙排风口上沿距顶在0~0.2 m范围内对污染物排除几乎没有影响。在氨制冷机房两端有门，中部有上、下两排窗的情况下，对于通风120 s后NH3质量分数超过4.2×10-4区域的体积，相比于开全部窗的工况，开全部门工况高出133.0%，开全部窗和门工况该区域体积高出60.7%，开上排窗的工况该区域体积降低98.1%，开下排窗的工况室内该区域体积高出180.3%。对于通风120 s后的室内NH3总质量，相比于开全部窗的工况，开全部门工况高出40.6%，开全部窗和门工况高出12.7%，开上排窗的工况降低24.1%，开下排窗的工况高出44.4%。  
        关键词：制冷机房;泄漏;计算流体力学;障碍物;事故通风;气流组织   
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      • 徐畅, 陈焕新, 李正飞, 韩林志, 朱波, 龚麒鉴
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.045
        摘要：随着空调领域大数据和智能化的飞速发展，良好的数据管理模式变得十分重要。本文首次提出一种将区块链作为底层技术的空调产品电子病历共享方案，旨在构建一个去中心化和第三方信任的空调病历信息共享平台。通过运用哈希计算、非对称加密和全网共识等技术，达到对空调故障病历数据的全网可信，突破个人、企业之间的信任壁垒。研究表明：基于区块链技术的空调产品电子病历平台能赋予存储于其中的数据不可篡改、相对透明和可回溯的特性，从而保证平台数据的完全可信。同时其存储成本相对较低，平均每例存储成本仅为2 kB。  
        关键词：空调产品电子病历;数据存储;共识算法   
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      • 杨忠诚, 苏林, 于荣, 方奕栋, 李康, 穆文杰
        2021, 42(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.053
        摘要：为研究低温时电动汽车热泵空调系统的制热性能，本文通过搭建空气源热泵空调系统实验台，实验研究了电动汽车热泵空调系统在环境温度为-10～0 ℃的低温工况下的制热性能，分析了压缩机转速（2 000～5 000 r/min）、HVAC总成进风量（300～400 m3/h）和环境温度对该热泵系统性能的影响，最后通过推导公式，估算电动汽车在使用空调系统后的续航里程。实验结果表明：随着压缩机转速的增加，压缩机排气温度、排气压力和系统制热量均增加，而COP下降；当保持压缩机转速和环境温度不变时，HVAC总成进风量从300 m3/h增至400 m3/h，制热量增加约13.3%～26.0%，COP增加约0.03～0.80；在其他条件不变时，当环境温度从-10 ℃升至0 ℃，热泵空调系统的制热量增加约60.9%～71.0%，COP增加约0.51～0.63；通过公式进行计算，当环境温度为-10～0 ℃时，在达到相同制热量条件下，热泵空调系统可在PTC加热器的基础上使续航里程提高13.5%～20.8%。  
        关键词：电动汽车;热泵;续航里程;制热性能;能效系数   
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      • 王莫然, 董彬, 梁坤峰, 王林, 刘瑞见, 米国强
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.060
        摘要：针对纯电动汽车冬季续驶里程严重衰减的问题，本文通过建立以电池产热、空调负荷为参数的汽车续驶里程数学模型，仿真分析冬季冷启动时，美国高速公路燃料经济性测试工况（HWFET）、新欧洲行驶工况（NEDC）、中国乘用车行驶工况（CLTC-P）三种行驶工况下热泵供暖及环境温度(AT)、舱内温度(CT)对整车续驶里程和车载电池的影响。经与实测数据进行对比，仿真与实验匹配度较好。研究结果表明：三种工况下，AT下降、CT上升均使续驶里程逐渐衰减；AT为0 ℃，CT为15、20、25 ℃时，CLTC-P工况续驶里程分别衰减21.46%、27.74%、33.19%；纯电动汽车冷启动时，三种热量分配策略对续驶里程影响不同，当热泵热量全部用于加热电池时能适当恢复电池电量，在NEDC和CLTC-P工况下，电池最大荷电状态(SOC)相比初始SOC增加了1.52%、2.03%，使用热泵能增加一定的续航里程。  
        关键词：纯电动汽车;热管理;热泵;续驶里程;电池温度;冷启动   
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      • 佟振, 李晓瑞
        2021, 42(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.067
        摘要：本文通过实验研究了应用于数据中心的CO2分离式热管系统，对比分析了CO2热管与R22热管的最大传热能力、总传热热阻和驱动温差，结果表明：在相同充液率下，CO2热管的最大传热能力明显大于R22热管，当上升管和下降管管径为9 mm时，CO2热管和R22热管的最大传热能力分别为3 300 W和1 500 W，当管径为12 mm时，CO2热管和R22热管的最大传热能力分别为5 400 W和2 200 W；CO2热管的正常负荷范围大于R22热管，但总传热热阻小于R22热管；不同传热量下，与R22热管相比，CO2热管所需的驱动温差平均低4 ℃,即相同条件下CO2热管系统所需的冷源温度可以提高4 ℃。以小型数据机房为例，结合上海气候条件计算得出，采用CO2热管系统的年耗电量比R22热管系统减少7.425×105 kW?h ，比集中送风空调系统减少3.182×106 kW?h 。  
        关键词：分离式热管;CO2;数据中心;充液率   
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      • 孙晓晴, 韩宗伟, 付琪, 纪强, 薛达
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.074
        摘要：针对目前数据中心空调系统在冷量供应环节普遍存在的能耗大、冷却效果差等问题，本文提出将冷却装置嵌入机柜内部以实现对服务器的定量化精确供冷，利用已通过实验验证的CFD仿真平台，研究了冷却装置的排布方式和运行参数对供冷效果的影响。结果表明：当冷却装置位于两排服务器中间时冷却效果最好，温度合格系数为100%，相比于冷却装置位于两排服务器之下的初始结构，标准差和均匀系数均下降了66.67%。在风机的额定风量达到2 000 m3/h后，增大额定风量对冷却效果的提升明显减弱，在2 000~2 400 m3/h范围内，平均温度和最高温度的变化量均在0.5 ℃左右；当风机的额定风压为250 Pa时，机柜的冷却效果最好，标准差和均匀系数最小，分别为0.66 ℃和0.016；当进风温度由25 ℃升至29 ℃时，服务器整体温度提高，但温度均匀性几乎不受影响，标准差和均匀系数的变化幅度最大值分别仅为0.05 ℃和0.002。  
        关键词：数据中心机柜;嵌入式冷却装置;冷却效果;运行参数   
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      • 张汝行, 柳建华, 张良, 林金地
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.082
        摘要：本文通过搭建低温低压热泵干燥装置，研究了工业铁粉在不同低压下的干燥效果并分析了低温低压干燥过程中的传热与传质。结果表明：降低干燥环境压力会增大湿铁粉的除湿量，当环境压力从101 kPa降至10 kPa，除湿量增加2.5倍，且在10 kPa压力下铁粉含湿量能降至1%以下。当干燥空气为50 ℃, 风速为0.5 m/s时，随着压力从101 kPa逐渐降至10 kPa，传质系数降低28.1%，传热系数降低68.4%，因此表征传热传质相对强度的刘易斯因子LF随着环境压力的降低而降低。当环境压力为10 kPa、风温为50 ℃时，流速从0.2 m/s增至2.0 m/s时，传质系数增加32.9%，传热系数增加67.8%，表明低压环境抑制了风速对传质系数的强化作用，因此LF随着风速的增加而增加。而在10 kPa环境压力下，LF低至0.5~0.6，表明低压环境中质量扩散与热量扩散存在明显区别。  
        关键词：热泵;低温;低压;干燥   
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      • 盛伟, 方永强, 兰庆云, 郝晓茹
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.089
        摘要：结霜是制约微通道换热器在制冷及空调系统应用的主要因素之一。针对微通道换热器结霜问题，本文基于相变驱动力分析了结霜机理，观察了不同环境因素下冷表面霜层生长形貌，并实验研究了湿空气温度、含湿量、气流速度及冷却液温度对微通道换热器结霜特性及换热性能的影响。结果表明：湿空气含湿量及气流速度是影响微通道换热器结霜的主要因素，结霜时间为15 min，含湿量为5.75 g/（kg干空气）工况下，换热器表面结霜量比含湿量为3.58 g/（kg干空气）时提高了63.87%；气流速度为2.5 m/s工况下，换热器表面结霜量比气流速度为1 m/s时增加了55.4%。随着结霜时间的增长，湿空气温度、冷却液温度越低，含湿量、气流速度越大，换热量下降趋势越明显。  
        关键词：结霜;换热器;相变驱动力;换热量;形貌   
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      • 张汝行, 柳建华, 张良
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.099
        摘要：本文搭建了压力可调的封闭环境仓，通过实验研究了40~101 kPa低压环境下，不同的管排数和循环热水温度对翅片管冷凝器空气侧对流换热特性的影响。结果表明：在相同的雷诺数下，环境压力的降低导致空气侧对流换热减小，当空气侧雷诺数为400时，环境压力从101 kPa降至40 kPa，对流换热系数随之降低44.1%；随着环境压力的降低，管排数对空气侧对流换热的影响变弱；在低压环境下，改变循环热水温度不会对换热系数产生明显影响。随着环境压力的降低，空气侧的对流换热系数越来越偏离常压模型的计算结果，当环境压力从101 kPa降至40 kPa时，平均偏差从17.3%增至77.5%。在实验的基础上，本文根据环境压力、管排数对空气侧对流换热的影响，对常压下的翅片管空气侧换热模型进行了修正。  
        关键词：翅片管冷凝器;低压;对流换热;雷诺数   
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      • 邓赛峰, 刘敏, 刘合心, 陈华
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.105
        摘要：为研究空调的除尘和杀菌能力，使空调提供品质优良的空气，本文设计了基于变制冷剂流量型多联式空调系统换热器的自动清洁功能。首先通过换热器产生凝结水实现室内机除尘清洗，然后通过换热器产生高温实现室内机杀菌。通过选用空调中常见的翅片管式换热器，以室内机的凝结水量和盘管表面温度为指标，实验分析了室内风机转速、压缩机频率、室外温度、运行时长等对换热器除尘和杀菌能力的影响。结果表明：在除尘阶段，随着室内风机转速的增加，凝结水量先增加后降低，在相同的条件下运行20 min，室内风机转速为350 r/min时凝结水量达到最优值186 g，可以达到最优的清洁效果，增加运行时长、提高压缩机运行频率可提高凝结水量；在杀菌阶段，降低室内风机转速可提高换热器的盘管温度，转速为200 r/min时盘管温度达58.6 ℃，提高室外温度有利于提升杀菌阶段的盘管温度，但会降低除尘阶段的凝结水量。  
        关键词：多联式空调;蒸发器;清洁;除尘;杀菌   
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      • 熊楚超, 罗景辉, 王景刚, 魏莹, 刘欢, 侯立泉
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.111
        摘要：为提高空气源热泵供热系统的实际运行性能，在2019—2020 年供暖季对邯郸地区某老旧小区空气源热泵供热系统进行了现场测试，根据室外空气温湿度、系统供回水温度及流量、耗电量的实测数据和变水温运行调节方式，对系统长期运行性能进行了分析，对比了4 种工况条件下的系统运行特性。测试分析结果表明：对于整个供暖期的能耗而言，分阶段变水温调节有利于促进空气源热泵节能运行。邯郸地区冬季室外相对湿度较高，容易导致空气源热泵运行效果不佳、供热量不足。此时在分阶段变水温调节的基础上采用分时段变水温调节，有利于改善系统运行效果，供暖期第Ⅱ阶段的COP′由1.63提高至第Ⅲ阶段的1.76，提高了8%。  
        关键词：空气源热泵;供暖;变水温;运行特性   
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      • 张童, 赵蕾, 李延
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.117
        摘要：为了优化带经济器的R32空气源热泵系统的制热性能，结合涡旋压缩机的结构以及实际运行特点，本文利用MATLAB建立了系统的数学模型，并通过实验数据验证了仿真结果，研究了在不同环境温度下系统的补气压力、准一级压缩内容积比对相对喷气量的影响。研究结果表明：经济器系统较普通热泵系统，更适宜在环境温度低于-10 ℃的工况下运行；R32经济器热泵系统制热模式的最佳结构和运行参数为：系统的准一级压缩内容积比为1.1时，压缩机的相对喷气量值最大；当环境温度低于-10 ℃时，最佳相对喷气量宜取为0.22~0.33；当环境温度为-10~-5 ℃时，最佳相对喷气量宜取0.20~0.22；当环境温度高于-5 ℃时，则宜为0.18~0.20。相应的最佳相对喷气压力在0.85~1.31之间，处在最佳补气参数范围内，经济器热泵系统的优势越明显。  
        关键词：经济器;空气源热泵;低环温;R32;涡旋压缩机   
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      • 吕静, 黄佳豪, 徐昊东, 徐唐富仪, 刘洪芝
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.126
        摘要：本文通过搭建逆流式露点蒸发冷却装置，实验研究了空气入口温度、湿度和风速对露点效率、湿球效率、?效比等各性能评价指标的影响，提出了能够反映湿通道潜热交换的强弱和装置性能的适用于露点蒸发冷却的评价指标——换热放大系数。研究结果表明：进口温度为33 ℃、相对湿度为22%时，当风速从1 m/s增至3 m/s，制冷量从29.5 kW增至69.0 kW，换热放大系数呈先增后减的趋势，在风速为1.8 m/s时达到最大值；当入口空气的温、湿度不同，湿球、露点效率的变化规律与温降趋势及制冷效果不一致，不宜作为装置性能的评价指标；当相对湿度为43%、风速为1.3 m/s，进口温度由25 ℃升至40 ℃时，换热放大系数由11增至54，变化规律与降温效果一致，能够反映装置冷却性能。在高温低湿工况下，?效比大、装置节能性能好。  
        关键词：露点蒸发冷却;换热放大系数;露点效率;湿球效率;㶲效比   
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        发布时间：2024-07-18
      • 魏会军, 冯海, 赵旭敏, 徐敏, 陈娟娟
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.134
        摘要：往复式压缩机的制冷量可通过余隙容积调节，为研究余隙容积及中间余隙容积对往复式压缩机性能的影响，本文在蒸发温度为-23.3 ℃、冷凝温度为54.4 ℃的工况下，以余隙容积为变量，通过单一变量法对制冷量、COP等性能参数进行实验研究。研究结果表明：余隙容积或中间余隙容积增大时，能效呈先增大后减小的趋势，并且增加中间余隙容积对能效的提升比增加余隙容积更优。其中，相对余隙为0.56%~0.73%时，往复式压缩机的性能具有最大值，COP提升0.62%；相对中间余隙为18%时，制冷量下降10%，同时COP提升1.31%。此外，增加中间余隙容积，还有助于降低压缩机的排气温度。  
        关键词：往复式压缩机;余隙容积;性能系数;标准工况   
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        发布时间：2024-07-18
      • 周琦, 谢应明, 孙嘉颖, 吴康龙, 吴乾坤
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.140
        摘要：本文基于压缩式循环原理，采用水冷式直接接触式蓄冷系统，研究了不同充注压力（3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0 MPa）和不同质量浓度（0.3、0.5、0.7、0.9 g/L）的十二烷基硫酸钠（SDS）溶液中，CO2水合物的生成特性和蓄冷特性。根据实验数据对蓄冷量、蓄冷速率和CO2水合物生成质量进行计算，结果表明：与未添加SDS的溶液相比，含有不同质量浓度的SDS溶液中，系统的预冷时间和蓄冷时间均缩短，水合物生成质量、总蓄冷量及平均蓄冷速率均有所提升，且随着充注压力的不断提高，系统的蓄冷性能也不断加强。当充注压力为4.0 MPa，SDS溶液质量浓度为0.5 g/L时，预冷时间（5.58 min）和蓄冷时间（10.92 min）达到最短。此时，系统的总蓄冷量（4 021.2 kJ）、潜热蓄冷量（2 476.8 kJ）、CO2水合物生成质量（4.95 kg）及平均蓄冷速率（6.14 kW）均达到最大值，即系统蓄冷能力达到最强，说明SDS对于本系统的CO2水合物蓄冷性能具有明显的强化效果。  
        关键词：压缩式制冷循环;蓄冷;CO2水合物;SDS   
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        发布时间：2024-07-18
      • 张盛世, 赵彦杰, 李兆宁
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.149
        摘要：在实际应用中，通常采用管道输送的方式将冰浆运送至待冷却区域进行热交换，因此，研究冰浆的流动特性具有重要意义。本文基于冰浆制备及流动特性测试实验台，以质量分数为5%的尿素溶液制备的冰浆为研究对象，通过可视化观测冰浆中冰粒的尺寸及分布并测量冰浆的运动黏度，分析了管径、含冰率（IPF）、流动压降以及管道摩擦阻力系数与雷诺数(Re)之间的关系，同时分析了不同管径水平不锈钢管内冰浆摩擦阻力系数的实验值(λ)与将冰浆看做牛顿流体计算得到的理论值(λ0)的比值偏离1的程度与IPF和Re的关系。研究结果表明：λ/λ0随IPF的增加而增大，随Re的增加而降低，即在高Re情况下冰浆更接近于牛顿流体，而高IPF的冰浆却与牛顿流体偏差较大。利用幂律模型分析冰浆的流动特性，发现流动特征指数n'随着IPF的增大而降低，在管径为6 mm管内，当IPF从6%增至26%，n'从1.006降至0.611；而稠度系数K'与IPF呈现正相关，在管径为8 mm管内，当IPF从6%增至26%，K'从0.015增至0.274。当IPF介于5%~30%范围内，n'随着管径的增大略有减小，K'随着管径的增大而逐渐增大。通过研究修正雷诺数和范宁摩擦阻力系数的关系，发现随着IPF的增加，管径为4、6和8 mm管道内的转折修正雷诺数ReMR的范围分别为2 500~3 200、1 600~2 300和1 500~1 900。  
        关键词：冰浆;尿素溶液;水平直管;流动特性;含冰率   
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        发布时间：2024-07-18
      • 桂 超, 陶乐仁, 张雅琦
        2021(1) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2021.01.160
        摘要：本文采用无接触式称重法监测猪主动脉冷冻干燥过程，实时获取脱水速率，针对升华过程，通过采用准稳态传热模型结合脱水速率的变化来进行计算，获得升华温度、升华界面位移及传热量的变化规律。冻干参数分别设定为：预冻结温度-40 ℃、一次干燥-20 ℃、二次干燥10 ℃、冻干箱压力10 Pa。结果显示，样品的平均含水量为74.24%，其中自由水含量为71.96%。在一次干燥阶段，升华温度缓慢升高并最终接近搁板温度。随着传热温差的减小，传热量迅速下降，自由水移除速率减慢。冰晶的升华主要集中在血管内外壁处，其传热量占总升华热的70%~90%。随着传热量的减少，升华界面的移动速度减缓。在升华干燥前期传质阻力随干燥层厚度以恒定速率增长，而后期受传热的限制传质阻力增幅变大。  
        关键词：冷冻干燥;传热传质;脱水速率;升华温度;传质阻力   
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        发布时间：2024-07-18
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