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2025年第46卷第5期
- 摘要：液氢作为一种清洁能源，将在未来清洁能源供应中扮演重要角色。当前国际上的氢气液化装置普遍存在单位能耗和液化成本高以及
效率低的问题，而我国氢气低温液化技术和装备的研发刚刚起步，与国际先进水平相比仍存在显著差距。鉴于此，总结了近年来氢气液化技术在流程设计和实际装置方面的研究进展，探讨了稳态流程模拟与动态特性研究的最新技术发展，并分析了不同液化流程的性能指标。同时，分别对氢气液化工厂和小型实验室液化装置的技术特点与设备布局进行了总结。最后，归纳了氢气液化技术的发展重点和未来发展方向，旨在为该技术的进步提供参考，进而推动氢能的社会化应用进程。 关键词：氢气液化;流程设计;实际装置;性能指标;技术特点28|27|0更新时间：2025-09-29 - 摘要：氢液化流程中正仲氢转化过程对于液氢的长时间储存与远距离运输具有极其重要的意义。概述了正仲氢的性质差异，综述了正仲氢催化转化过程的物理机制和反应动力学模型的研究进展，对常用催化剂进行了总结和性能对比。最后综述了正仲氢转化的3种主流方案，并对比了各方案的优缺点。物理机制和反应动力学分别从微观和宏观角度对正仲氢转化进行了研究，但由于催化剂表面的实验数据相对匮乏，学者对此尚未形成统一的论述和解释，迫切需要进行定量验证。在正仲氢转化的催化剂选择上，虽然镍基催化剂的催化效率更高，但综合考虑催化剂的制备、活化、失活以及氢液化器的工作特点，铁的氢氧化物及氧化物催化剂是主流的催化剂选择方案。此外，3种主流的正仲氢转化方案中采用连续转化过程的氢液化流程比能耗最低，是未来氢液化流程的发展方向，国内对此研究尚处于起步阶段，存在较大的发展空间。研究可为正仲氢催化转化实验台的设计和搭建等提供理论指导。关键词：正仲氢;催化转化;机理研究;反应动力学;催化剂23|21|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：为研究液氢管道流动中引发的静电积聚问题，以液氢为实验工质，搭建了低温液氢管流静电积聚测试系统。通过真空绝热、绝缘连接、静电屏蔽等措施，采用泄漏电荷法，实现了低温下液氢流动荷电量的安全、准确测量；分析了雷诺数Re在2×105以下多个流动工况的电荷积聚特征。实验结果表明：电导率极低的液氢在管流过程中存在明显的流动荷电现象，测试中电荷积聚量呈线性增长趋势；在实验所涉及管长和Re范围下，平均电荷密度随速度的增大而降低，但降低速率逐渐减缓；随管径增大，管流平均电荷密度也降低。所搭建的低温液氢管流静电积聚测试系统为开展液氢静电测试提供了重要平台，该研究证明了液氢静电测量方法的可行性，为探明液氢静电规律与安全流速边界提供了设计指导。关键词：流动荷电;静电积聚;低温流体;氢安全10|23|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：通过搭建低温吸附储氢系统实验平台，研究系统级的低温吸附储氢规律，探究低温吸附储氢的动力学、热力学特性及整个系统的储氢性能。实验结果表明：在液氮温区条件下，吸附材料表现出优异的储氢能力，吸附材料在充气压力为5 MPa，最终压力为3.04 MPa的工况下，系统的吸附质量比达到5.02%，总储氢密度达到16.63 kg/m3，表明系统具有较好的储氢容量。通过实验研究，进一步揭示了影响储氢性能的关键因素，主要包括吸附材料的微观结构特性、吸附过程中的热力学效应以及实验操作条件等，为优化储氢系统性能提供了重要的实验依据。关键词：低温吸附;储氢性能;多孔材料;液氮温区13|20|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：为研究航天低温推进系统实际工况中网幕通道式贮箱对液氢的在轨管理能力，通过构建充注率-扰动强度耦合作用的三维多相流仿真模型，研究了微重力重定位过程中网幕通道式贮箱内毛细-惯性力竞争机制及蓄流稳定性。结果表明：网幕通道式贮箱的推进剂蓄流能力主要由集液通道与贮箱壁面的复合结构提供。在5%~50%充注率时，贮箱能够抵抗10-3 g大小的多向扰动，维持集液通道入口区域始终保持连续液相覆盖的蓄流稳定性；低充注下，重定位过程中气液相分布主要受到网幕通道结构表面的强约束，相界面演化受扰动影响很小，随着充注量增大，流体惯性力和扰动动量输运效应成为相分布重构的重要因素，重定位过程相分布出现明显振荡；贮箱重定位过程中对扰动方向的敏感性不同，底部加速度引起的质心降幅最大，顶部加速度对相对质心高度影响较小，正侧向扰动比斜侧向扰动引起的质心波动幅度和波动频率均更大。关键词：蓄流稳定性;重定位;网幕通道式贮箱;推进剂管理装置;微重力13|20|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：低温储氢系统中，不同正-仲氢催化转化放热量的精确计算方法对储氢系统负荷的确定至关重要。通过建立相应的转化模型，分别应用平滑样条曲线拟合实验数据和能量衡算的方法，推导了绝热转化多级转化器放热量的计算方法以及连续转化的转化热表达式，并分析了绝热、等温及连续转化方式的放热特性，结果表明连续转化的转化热最小，等温转化最大，而绝热转化介于两者之间，且与转化级数相关。针对连续转化的隐式微分表达式提出一种编程求解的具体方法和步骤。2种方法的计算结果一致，最大偏差仅为0.22%，表明提出的计算方法是有效和准确的。关键词：正-仲转化;转化热;储氢技术;数据处理;误差分析11|18|0更新时间：2025-09-29
氢液化与低温储运
- 摘要：机械蒸汽压缩（MVC）系统是一种将低温余热资源进行回收再利用，可达到节能、减碳目的的一种节能技术。压缩机作为MVC系统中的核心设备，其性能的优劣直接影响系统的整体性能。主要对水蒸气压缩机的热力学性能及结构性能进行综述，提出相关优化建议及改进思路，为后续对水蒸气压缩机性能的优化提供一定的参考与帮助。关键词：水蒸气压缩机;MVC系统;热力学性能;几何参数;优化8|18|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：R1270和R290均是氟利昂等传统工质的潜在替代工质。实验研究了名义工况下工质充注量对分别使用R1270和R290的热泵热水器系统性能和冷凝器中换热流体温度分布的影响以及自然工质替代R22的可行性。结果表明：充注量对两系统的循环性能和换热流体的温度分布均有显著影响；R1270系统和R290系统均在相同的最佳充注量（0.90 kg）下分别获得最大COP为4.443和4.317；不同充注量下两系统的冷凝器中均出现2个传热窄点和2个最大传热温差，且其第一传热窄点和第二最大传热温差的出现位置均随充注量的变化而出现相似的迁移；相比于R22系统，R1270系统和R290系统在最佳充注量下均获得明显占优的COP和排气温度以及基本相当的排气压力，且其制热量分别提升了7.05%和降低了10.65%，因此R1270比R290在热泵热水器中替代R22时优势更显著。关键词：工质替代;R1270;R290;充注量;温度分布11|16|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：为解决有限封闭空间下现存热管理方案存在难以主动高效地创造低温热沉的问题，提出一种基于平板热管的热电制冷复合热管理系统。建立了复合系统的数值仿真模型，并搭建了平板热管耦合热电制冷热管理系统实验台，实验验证了模型的准确性。结果表明：提出的复合热管理系统利用热电制冷片在有限空间内为整体热管理系统提供低温热沉，并通过耦合平板热管解决了热电制冷片热端高热量积聚现象。在1~12 A工作电流下，热电制冷片性能均远优于基于铝制翅片的热电制冷系统散热，单片制冷片最佳工况下制冷量有效提升38.35%，COP提升14.81%。关键词：热管理;低温热沉;平板热管;热电制冷10|10|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：针对直冷式制冰机在工业应用中的定量研究较少，存在调控机制不明晰，换热能力和制冰均匀性不足等问题，构建了冰模蒸发器制冷剂侧数学模型并利用MATLAB模拟仿真，对比实验数据和模拟结果，分析了换热和流动参数随流动过程和制冰时间的变化。结果表明：水结冰前换热速率比水结冰后高约30%，且制冷剂流量存在明显差异；过热前后热流密度降低40.9%，减少过热段可以显著增强换热，提高换热均匀性；过热前水侧和冰侧热阻分别占总热阻的93.4%和91.7%，换热优化时应优先提高水侧或冰侧换热。该模拟程序可以预测流量变化情况、模拟过热段长短，为制冰机的设计和运行控制提供了理论依据和实际指导，有助于提高产品性能并加速制冰过程。关键词：直冷式制冰机;冰模蒸发器;制冷剂14|13|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：结霜现象是阻碍翅片管蒸发器在制冷系统应用的主要不利因素之一。为准确预测霜层生长特性，基于耦合VOF多相流和相变传质速率模型方法，对强制对流条件下三维翅片管表面霜层生长行为进行了数值模拟，模拟得到的霜层厚度与实验结果相比最大差异控制在15%以内，霜层密度的估计值在高达90%的置信区间内，吻合较好。通过搭建翅片管蒸发器表面结霜可视化实验平台，分析了在单因素变化下环境温度、相对湿度及迎面风速对翅片管表面霜层生长特性的影响规律，结果表明：霜层厚度随着进风气流方向从前向后逐渐降低，空气温度越低、迎面风速越大及相对湿度越高，霜层厚度、结霜量及霜层热阻也越大，相对湿度85%下的霜层厚度达到最高，为2.344 mm。根据Morris敏感度分析法得到相对湿度对霜层热阻的影响最大，敏感度系数达到2.41，并使用最小二乘回归方法得到霜层热阻关于不同环境参数下的相关性。关键词：翅片管蒸发器;结霜;强制对流;伪VOF8|12|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：采用超长重力热管与热泵相结合进行中深层地热开发用于供暖具有成本低、效率高、不破坏地下水环境等优点，而热泵系统的蒸发器与重力热管冷凝段直接换热可减少换热环节，提高系统的供热效率。鉴于此，研制了U型结构蒸发-冷凝器，并通过搭建热泵与热管相结合的实验平台，研究了蒸发-冷凝器的换热性能，发现当热泵侧工质走管程时其传热系数可达2 037.9 W/（m2·℃）。基于均相流模型，将两相流质量、能量及动量守恒方程与管外冷凝和管内沸腾传热经验公式相结合，建立一维稳态流动蒸发-冷凝器换热计算模型。利用Python编写程序，对比模拟结果与实验数据，发现蒸发-冷凝器换热量平均计算误差为18.91%，证实了计算模型的准确性，为设计高效的蒸发-冷凝器提供了理论计算方法。关键词：热管-热泵直接换热;蒸发-冷凝器;双侧两相流换热;传热性能10|20|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：暖通空调系统实测数据的高度冗余显著降低了其模型参数辨识的计算效率。为了解决上述问题，提出一种基于特征工况挖掘和先验概率引导的参数辨识方法。特征工况挖掘方法对运行数据进行相关性分析，选择暖通空调系统运行工况的关键变量，并根据关键变量维度进行网格采样，得到更具代表性的特征工况，从而提升模型单次计算效率。模型参数辨识过程中，建立待辨识参数的先验概率模型，基于先验概率进行待辨识参数的先验区间估计和改进目标函数，引导模型更快收敛。该方法在武汉某工厂暖通空调系统供冷季一个月的运行数据集上进行了验证，结果表明：该方法中的MAPE（平均绝对百分比误差）和CV-RMSE（均方根误差变异系数）相比基于K-means聚类的方法分别降低了16.0%和12.0%，比基于原始数据的方法分别降低了20.9%和15.2%，NMBE（归一化平均偏差误差）更接近0，R2（决定系数）相比2种方法分别提升了4.7%和8.5%，计算效率提高约39.3%。该方法为实现高效准确的暖通空调系统建模提供了技术指导和数据支撑。关键词：HVAC系统;冷水机组建模;参数辨识;特征工况;粒子群算法4|14|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：新风对改善住宅内空气质量至关重要，但也增大了建筑空调能耗。住宅宜采用排风热回收型的节能新风机组，包括被动式和主动式2种类型，典型代表分别为全热交换器和热泵热回收型机组。当前对新风机组的能效评价体系仍主要围绕全热交换器构建，其常用的热交换效率并不适用于热泵主动热回收机制，且排风热回收的概念存在混淆和冲突。此外，现有评价一般局限于新风机组个体表现，未考虑其对空调机组的潜在影响，以及二者协作后的整体效能。文章力图明晰新风机组排风热回收的界定，消除概念混乱，同时提出联合空调系统的综合能效评价方法。针对7类现有新风机组的实例分析，验证了采用排风热回收技术的必要性，并对比了不同类型机组的能效水平。关键词：新风机组;排风热回收;全热交换器;热泵;能效评价13|16|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：跨季节储热可有效缓解太阳能在冬夏季的供需矛盾。大规模水池蓄热系统需要高效准确的计算模拟以避免投资浪费。研究提出了一个简化的数值分析方法，建立了总体积为11 304 m3的圆柱形地下水池模型用于描述季节性蓄热系统的运行。该模型分别建立水体一维传热模型和土壤二维传热模型，求解水体和土壤温度场，通过水池壁温度边界连接两者以实现对整个系统的模拟。为全方面验证数值仿真模型的正确性，分别在待机工况、充能工况和放能工况进行了验证，结果表明：所开发模型具有较好的准确性和可靠性。在待机工况下，砂箱实验台5个水体分层温度误差均低于10%，中层和中下层水体温度准确性最高，平均绝对误差分别为1.75%和1.24%。在充能工况下，平均相对误差仅为1.57%，平均误差温度为0.44 ℃。在放能工况下，平均相对误差仅为0.46%，平均误差温度为0.24 ℃。关键词：太阳能;跨季节储热;大规模水池蓄热系统;数值模型7|15|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：低温液体燃料运载火箭在飞行过程中常常会遇到纵向不稳定振动，严重威胁火箭的正常运行。这种振动现象具有典型的低频特性，常发生于推进剂管路中低温液氧射流冷凝过程。为了从源头上解决火箭低频振动问题，需要研究射流冷凝振荡特性及冷凝流型转变特征。通过引入高度函数法改进冷凝传质模型，实现相界面曲率分布的动态捕捉，建立了冷凝脉动频率与气液相界面曲率之间的关系，成功获取了9.8~10.6 Hz的低频振荡特性。研究结果表明：推进剂管路内存在3种典型的射流冷凝振荡流型：稳定脉动、气羽振荡、间歇回流。其中，回流和振荡流型压力幅值最高可达130 kPa，而稳定脉动的压力幅值仅为1~3 kPa。通过量纲分析可知，当无量纲结构参数L*=2.2时，射流冷凝流型转换阈值Jc*=7.3。当Jc*>7.3时，则会出现间歇回流振荡流型，此无量纲判据可准确表征低温液氧射流冷凝流型分布，为低温液体燃料火箭的设计提供了理论基础和技术支撑。关键词：低温液氧;射流冷凝振荡;流型转变;气液界面;流动不稳定性2|11|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：为满足空间站高效换热与紧凑轻量化的要求，研发了一种以斯特林制冷机驱动的泡沫铜高效冷凝除湿系统，实验研究了其热质传递特性，实验条件设定为：空气入口温度20~30 ℃、相对湿度50%~80%、冷板温度8~13 ℃，入口风速0.4~1.4 m/s。结果表明：空气入口温度与传热系数、传质系数的增加呈正相关性，当空气入口温度从20 ℃升至30 ℃时，传热系数提高10.5%，传质系数提高57.1%；空气入口相对湿度的变化对传热与传质系数产生了差异化影响，即传热系数随相对湿度的增加而下降，降低了31.6%，反之，传质系数则呈上升趋势，增加了11.4%。值得注意的是，虽然降低冷板温度能够有效提升换热量，但这同时也会导致冷凝水积累从而降低传热传质的效率，因此选取适宜的冷板温度至关重要。换热量与热质传递效率随着入口风速的提升而显著增强，但不断提高风速会导致系统能耗增加，在追求高效换热的同时，也需要权衡系统能耗。基于丰富实验数据，借助回归分析优化了传热模型，理论值与实验值的标准偏差为8.21%，最大偏差为19.76%，表明模型具有较好的预测精度。关键词：泡沫金属;冷凝除湿;传热传质;强制对流;空间站8|8|0更新时间：2025-09-29
- 摘要：随着计算机技术发展以及人工智能的应用，电子芯片越发趋向微型化、集成化，导致其单位体积发热量快速增加，从而影响正常运行。针对该问题，设计了一种阵列翅片式多孔微射流热沉，选用热稳定性和电绝缘性好的HFE-7100作为冷却工质，通过数值模拟和实验研究相结合的方法，研究槽式翅片纵宽比、入口过冷度、入口体积流量、射流雷诺数等因素对微射流沸腾传热过程影响。结果表明：优化后纵宽比为0.5的结构在满足芯片冷却要求的同时具有更好的冷却效果。单相对流传热阶段，相同工况下，入口过冷度对换热影响较小，增大体积流量或射流雷诺数可强化对流传热，最大传热系数可达15 724.40 W/（m2·K）。但在射流沸腾阶段，沸腾起始点ONB对应的热流密度随入口过冷度的减小而减小，增大入口体积流量或射流雷诺数会抑制沸腾的发生，从而削弱换热，但相对单相对流传热阶段，传热系数仍提高20.6%。关键词：沸腾传热;微射流;电子芯片;两相流;强化传热7|20|0更新时间：2025-09-29
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