最新刊期
      2023年第44卷第4期
      • 黄俊杰, 韩增孝, 郭江峰, 淮秀兰
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.001
        摘要：在“3060双碳目标”背景下，能源高效输运与合理利用是实现碳中和的重要路径之一，而换热器在能量输运与转换中的作用至关重要。相较于传统换热器，微通道换热器在维持同等换热能力的同时，大幅减小了体积，极大提高了传热效率，在很多重要领域均有应用。超临界CO2 (S-CO2)发电系统、跨临界热泵和制冷系统等因环境友好和效率高等优势，在“双碳目标”背景下具有重要的应用前景。S-CO2物性剧烈变化以及系统对高温高压的要求，对换热器设计、耐高温高压、高紧凑和高效率都提出巨大挑战，成为科学界和工业界研究的热点话题，且近几十年相关研究也取得了重要进展。为了全面回顾微通道换热器在S-CO2系统中的研究进展，本文从S-CO2的传热流动特性出发，分析了管内S-CO2换热的影响因素与现有微通道换热器对S-CO2系统的适用性。重点论述了印刷电路板式换热器(PCHE)不同结构形式及设计优化方法，最后讨论了PCHE的优化对整个S-CO2系统的性能提升的影响。本文对S-CO2微通道换热器进行了全面的论述，可为以CO2或其它超临界工质为媒介的能源动力系统换热器的选型、设计和优化提供重要参考。  
        关键词：微通道换热器;印刷电路板式换热器;优化设计;强化换热;超临界CO2   
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        发布时间：2024-12-12
      • 朱迅仪, 陈超伟, 张井志, 辛公明
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.015
        摘要：随着电子设备的快速发展，其功率及热流密度急剧增加，对热管理的要求也越来越高。近年来出现了很多新兴的电子设备热管理技术，其中歧管微通道热沉由于其高散热能力、低压降损失以及高可靠性等优势被认为是最具前景的电子设备冷却技术之一。基于此，本文介绍了歧管微通道热沉的散热原理及优势，对几何参数、结构优化等方面的相关研究进行了回顾，并对其未来发展进行了展望。  
        关键词：电子设备冷却;液冷技术;歧管微通道;优化   
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        发布时间：2024-07-18
      • 黄秉欢, 米创, 李逵, 巩亮
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.044
        摘要：本文在微通道中4种常规肋片基础上，通过在肋片上复合凹穴结构，提出4种对应的凹穴复合肋片。通过数值模拟方法，研究了常规肋片和对应凹穴复合肋片对微通道流动和换热特性的影响，并分析了凹穴对流动和换热性能的影响机制，最后采用性能评价准则PEC对比其综合性能。结果表明：凹穴结构复合于肋片后，减小了肋片最大宽度，有利于减小肋片下游分离区，且凹穴处流体在主流带动下会形成回流区，进而减少了肋片与主流间的摩擦总阻力，相比于常规肋片可显著降低流动压降，其中Re=800时压降最大可减少52.03%。但凹穴结构也会降低肋片对主流的扰动作用，削弱了肋片附近流体和主流间对流和掺混，造成微通道强化换热效果恶化。凹穴结构对流动和换热特性的影响与肋片形状有关。以PEC为基准评价综合性能时，凹穴结构削弱换热的缺陷造成综合性能下降。  
        关键词：微通道换热器;热流密度;表面传热系数;肋片;凹穴   
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      • 张颖龙, 陈庆霖, 胡杰, 辛公明, 公维平, 赵培, 秦宁
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.034
        摘要：微流控技术对于研究CO2的各种物理化学性质及过程，从而优化碳捕集、利用、封存（carbon capture, utilization, and storage, CCUS）等技术，最终实现碳达峰、碳中和的“双碳”目标具有重要意义。本文对当前CCUS的技术路线进行了梳理回顾，介绍了微流控技术的原理、常用材料、特点及应用，阐明了微流控技术在CO2相关研究中的优势，具体介绍了微流控技术在CO2捕集溶剂筛选、超临界CO2萃取合成、CO2增强石油开采、CO2生物化学转化、CO2封存等方面的应用和研究进展。最后，总结了CO2微流控技术的研究现状并对其未来发展进行了展望。  
        关键词：二氧化碳;CCUS;微流控;气泡;传质   
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      • 宋 霞, 王佳威, 施竣业, 陈江平
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.060
        摘要：为研究喷雾冷却对空气侧传热压降性能的影响以及探寻喷雾恰好在微通道换热器表面完全蒸发的具体情况，本文搭建了一套带喷雾冷却的车用风冷型微通道换热器实验台，分析了空气侧在无喷雾状态和带喷雾状态下的传热压降特性。结果表明，无喷雾状态下实验得到的j因子和f因子与经典Chang关联式计算值有较好的吻合度，误差在±10%以内。带喷雾状态下j因子具有明显的提升，但提升效果随喷雾流量的减小和热壁面温度的降低而减弱，总体而言，f因子并未有明显的变化。喷雾流量临界值（恰好完全蒸发）与热壁面温度和风速呈正线性关系，其关联式可拟合得到。以Chang关联式为基础，喷雾状态下的j因子可通过相应的修正因子拟合得到，为喷雾状态下空气侧换热性能的预测提供依据。  
        关键词：车用空调;微通道换热器;喷雾冷却;j因子;f因子   
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      • 刘相增, 冯威, 张敢敢, 李蔚, 项燕龙, 张江辉, 马连湘
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.051
        摘要：为研究制冷剂R32在铝制人字纹管、涟漪纹管以及光滑管中冷凝换热和压降特性，本文通过高精度多工质蒸发冷凝实验台在R32质量流速为100~350 kg/（m2·s），饱和温度为308、313、318 K，干度范围为0.2~0.8工况下，进行冷凝实验研究。实验结果表明：人字纹管的传热系数最高，涟漪纹管次之，光滑管最低。涟漪纹管的摩擦压降最高，人字纹管略高于光滑管，表面传热系数和摩擦压降随饱和温度的升高而减小，随质量流速的升高而增大。引入评价因子PEF评价换热管的换热性能：人字纹管的换热性能最好，PEF范围为2.07~2.72，涟漪纹管的PEF范围为0.68~0.90。在换热关联式的基础上进行改进，提出了适用于本次实验的换热关联式，改进后的关联式误差在±20%以内。  
        关键词：冷凝换热;表面传热系数;摩擦压降;换热关联式   
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      • 田长青, 孔繁臣, 张海南, 潘洪民, 郭风军
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.068
        摘要：人民对生鲜食品品质的追求推动了冷链产业的快速发展，但在冷链扩张过程中，势必会引入大量的冷链设备设施，从而增加能源消耗和制冷剂泄漏，对环境造成负面影响，因此在当前“双碳”目标下，冷链行业的发展面临很大减排压力。本文针对冷链碳足迹中全环节，从制冷剂泄漏、能源消耗和食物损失浪费三个方面计算了碳排放，并对比分析了采用环保制冷剂、能效提升以及低碳能源利用在冷链发展过程中的减排效果。计算结果表明：当前与冷链相关的CO2排放达4.02亿t，若按照现有技术发展，至2030年，冷链碳排放将增至4.36亿t；若采用环保制冷剂、节能技术与低碳能源利用，则我国2030年冷链碳排放预计可降至2.72亿t。  
        关键词：冷链;碳排放;双碳目标;低碳技术   
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      • 于天蝉, 石文星, 李先庭, 王宝龙
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.075
        摘要：随着气候变化等环境问题日益严峻，电动汽车替代传统燃油汽车正逐渐成为汽车行业的重要发展方向。针对电动汽车热泵空调系统冬季运行能耗高导致的续航里程大幅衰减问题，本文建立了电动汽车热泵空调系统数学模型，定量分析了不同舱外环境工况下采用不同空气循环模式时热泵系统的运行特性，结果表明：在寒冷地区典型冬季工况下，采用舱外空气循环的运行能耗较舱内空气循环高34.4%，而在夏热冬暖地区典型冬季工况下，采用舱外空气循环比舱内空气循环节能17.1%。在满足轿舱温、湿度需求的前提下，根据舱外环境工况合理选择空气循环模式可有效降低热泵系统的运行能耗，据此提出了基于舱外空气焓湿图分区的电动汽车热泵空调系统冬季运行策略，并给出不同气候区、不同乘员数条件下的节能运行模式。  
        关键词：电动汽车;热泵;除湿;运行策略   
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      • 张 宁, 李敏霞, 马一太, 党超镔, 王 派, 王启帆, 宋瑞涛, 秦鹏伟
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.085
        摘要：热泵中采用环境友好型工质可以减少对臭氧层的破坏，在低环境温度的条件下，在已有热泵系统的基础上，可使用CO2跨临界循环，并采用机械过冷。基于此，本文提出了R1234yf/CO2机械过冷热泵系统（MSHPS）、CO2/R1234yf双气冷器机械过冷热泵系统（DMSHPS）和CO2双级压缩三气冷器热泵系统（TSCHPS）。通过建立热力学模型，对采用CO2和R1234yf的系统制热性能进行分析，通过最优排气压力、蒸发温度、冷凝温度、辅循环和主循环流量比等条件，对同一系统和不同系统间的性能进行分析。本文将R1234yf替换为R134a，对比MSHPS和DMSHPS中采用R1234yf和R134a的制热性能，结果表明： MSHPS和DMSHPS两个系统中R1234yf和R134a的制热性能基本相当。  
        关键词：热泵;CO2跨临界;机械过冷;R1234yf;制热性能;热力学分析   
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      • 黄 睿, 胡 斌, Trygve Magne Eikevik, 王如竹, 葛天舒
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.093
        摘要：目前多数研究中，传统CO2热泵供应的热水最高温度为90 ℃。为使CO2跨临界热泵供应100 ℃以上的加压热水，本文对CO2套管式换热器的管长和内管参数进行了优化研究。通过优化后的跨临界CO2热泵系统验证套管式气体冷却器供应100 ℃热水的可行性。并通过仿真和实验研究了环境温度和气体冷却器侧进出水温度对制热量和系统性能的影响。结果表明：实验和模拟的误差小于7.59%。随着环境温度的升高，制热量和COP均呈增加的趋势。当环境温度为40 ℃，气体冷却器侧进水温度为9 ℃时，实验中最高COP为3.64，对应的模拟COP为3.87。在成功实现100 ℃热水供应的同时，COP也高于其他低于该供热温度的公开数据。  
        关键词：CO2;热泵;高温热泵;换热器   
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      • 熊治康, 何 阳, 邓建强
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.102
        摘要：多联引射器是提高跨临界CO2制冷系统运行和调控性能的有效设备之一，本文提出了跨临界CO2多联引射器制冷系统的动态模型：利用有限体积法建立气冷器与低温蒸发器模型；利用集总参数法建立满液式蒸发器模型；根据质量和能量守恒建立气液分离器与储液器模型；并基于真实CO2物性，考虑内部跨音速流动、相变和壅塞等现象建立了两相引射器模型，单引射器模型预测结果与文献实验数据误差在10%内。分别以压缩机转速和多联引射器的调节作为扰动条件研究了系统的瞬态响应，结果表明所建立的动态模型与实验数据具有相同的响应规律，本研究为多喷射器制冷系统性能及调控规律的研究提供了高精度的模拟条件。  
        关键词：制冷系统;多联引射器;系统动态模型;跨临界   
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      • 黄韬, 唐兰, 陈海, 刘西安, 覃秋圆, 刘梓源, 李宝茵
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.112
        摘要：本文提出一种空气源热泵分段除霜方法，该系统将室外侧换热器分为3段，利用除霜控制阀对每一分段进行单独除霜控制，其余两段保持正常蒸发吸热。对分段除霜进行实验研究，并与逆循环除霜进行对比。结果表明：在环境温度为1 ℃、相对湿度为80%、冷凝温度为40 ℃的工况下，逆循环除霜时间为246 s，比分段除霜的330 s更短；逆循环除霜能耗为522.1 kJ，比分段除霜735.8 kJ更低。但逆循环除霜需要从水侧换热器中吸收热量，而分段除霜过程中能够保持平均2.23 kW的制热性能，且吸、排气压力波动较小、COP降幅较缓，能够实现机组除霜期间不间断制热运行。  
        关键词：空气源热泵;热力学;分段除霜方法;除霜特性   
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      • 孟照峰, 张帆, 刘寅, 崔祥娜, 胡汝生, 王顺, 杜晨阳
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.120
        摘要：为研究闭式热泵干燥系统的热力性能，本文通过单因素实验分析了压缩机转速、膨胀阀开度及干燥温度对系统性能参数的影响，得到系统性能的变化规律。结果表明：当压缩机转速由2 000 r/min升至3 000 r/min时，系统的功耗上升，增幅为89.6%，制热量上升，增幅为11.4%，而COP下降41.3%；当膨胀阀开度由30%升至80%时，系统的功耗下降，降幅为5.2%，制热量上升，增幅为73.5%，COP提高82.9%；当干燥温度由40 ℃升至60 ℃时，系统的功耗上升，增幅为38.1%，制热量上升，增幅为3.1%，而COP降低25.3%。分析研究结果可知，降低热泵系统的干燥温度、压缩机转速，增大膨胀阀开度能够有效降低系统功耗，提升系统性能。  
        关键词：热泵干燥;热力性能;压缩机;膨胀阀;干燥温度   
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      • 陈炫丞, 庄大伟, 丁国良, 余岳峰, 成建宏, 吴国明
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.127
        摘要：按GB 21455—2019确定空调器能效APF时，低温中间制冷工况性能参数既可采用测试法也可采用换算法；同一空调器在这2种不同的方法下，会有2种不同的APF值。针对国标规定中的方法不唯一而造成的结果差异，需要分析产生该差异的合理性，提出改进方案。本文基于APF的定义公式，分析采用测试法和换算法获取低温中间制冷工况性能参数造成APF存在差异的原因；指出国标中给出的测试法，会导致额定中间制冷工况能效的变化趋势与计算得到的APF值变化趋势相反，这是不合理的。将国标规定的获取低温中间制冷工况性能参数的方法，由“既可测试获得也可根据额定中间制冷工况参数换算获得”改为“仅能根据额定中间制冷工况参数换算获得”是可供选择的解决方案。  
        关键词：APF;空调器;低温中间制冷工况;空调器能效标准   
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      • 许尹慧子, 陈炫丞, 庄大伟, 丁国良, 徐 玮, 陆晔飞
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.150
        摘要：罐式冷藏集装箱是目前运输低温液体的最主要途径，其制冷系统出风口被液罐遮挡，导致罐箱制冷系统能效低，需在有限的安装空间下提升罐箱制冷系统能效。本文提出通过优化冷凝器风道结构与管路排布来减小风道总阻力损失、提升冷凝器风量的思路，来提升系统能效；通过优化出风口形状、分布和尺寸，保证冷凝器的出风口在受到一定遮挡的条件下也能够有足够的风量；通过优化冷凝器管路布置，在保证换热能力不下降的条件下进一步降低冷凝器阻力损失、提升风量。对上述风道降阻设计方案的测试结果表明，针对冷凝器风道结构和管路排布的优化可提升罐箱制冷系统能效25.0%，说明本文提出的冷凝器风道降阻设计方案能够有效提升罐箱制冷系统的能效。  
        关键词：罐式冷藏集装箱;冷凝器;风道降阻;管路排布;能效   
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      • 徐 鹏, 穆 昕
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.133
        摘要：本文基于自建的回热式间接蒸发冷却器实验样机，在狭窄的气流通道内部布设高精度温湿度传感器进行数据的动态采集，利用焓差室营造稳定的外部环境和通道入口参数，研究不同风速、一/二次空气质量比和环境参数对通道内气流热湿交换过程的影响规律。研究结果表明：二次空气饱和度变化迅速，其相对湿度高于95%时，蒸发过程基本饱和。即40 cm的湿通道长度可满足多数蒸发冷却器的设计需求。低风速和低空气质量比的工作条件下，蒸发冷却器饱和蒸发长度更短，同时降温幅度更大。对于干球温度为37.8 ℃，湿球温度为21.1 ℃的标准初始条件，通道风速恒定在0.5 m/s，经过10 cm的蒸发距离相对湿度即可升高至95.7%。环境空气的饱和程度对降温效果影响显著。在干球温度同为33.5 ℃的条件下，湿球温度为18.2 ℃的乌鲁木齐比湿球温度为26.4 ℃的北京二次空气平均温度低7 ℃。  
        关键词：蒸发冷却;回热循环;板式换热器;相对湿度;潜热   
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      • 孙晓晴, 韩宗伟, 杨子威, 张策
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.159
        摘要：机柜级背板冷却在机柜内部解决散热问题，可以减少冷量浪费，极大提高制冷效率。为研究背板式风冷机柜在不同工况下的冷却能力，本文通过CFD模拟软件建立机柜模型，对机柜内的热环境进行模拟。结果表明：机柜内部气流组织良好，基本没有发生冷热气流掺混的现象。服务器温度随机柜循环风量的增大而减小，且降幅随着风量的增加而减小。随着进风温度的升高，服务器温度呈直线上升。当进风温度为18、20、22、24、26 ℃时，总循环风量在2 400~3 200 m3/h范围内变化，42U机柜最高负载功率范围依次为11.7~15.0、11.2~14.5、10.8~14.0、10.3~13.4、9.8~12.7 kW。  
        关键词：数据中心;背板式机柜;冷却能力;模拟研究   
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        发布时间：2024-07-18
      • 易天浩, 邱一男, 徐元元, 吴静怡, 雷 刚, 杨 光
        2023, 44(4) DOI: 10.3969/j.issn.0253-4339.2023.04.141
        摘要：针对航天器贮箱内液体推进剂的毛细输运过程，对单个毛细管内的液面爬升过程进行模拟，采用相场法追踪气液相界面，建立了毛细爬升的二维轴对称模型。将模拟结果与根据Jurin定律以及Lucas-Washburn模型计算得到的结果进行对比验证，并研究了不同重力及低温工质情况下的毛细爬升高度和速度。结果表明：在有效重力较小的情况下，毛细爬升过程可分为3个阶段；在有效重力较大的情况下，由于爬升过程中液体自身重力不可忽略，毛细爬升过程可分为4个阶段。有效重力越大，液体爬升高度和速度越小。初始阶段表面张力越大的低温流体，其爬升高度和速度越大；在后续爬升过程中，由于黏性力的作用，液氢的毛细爬升速度先后依次超过水、液氮和液氧的毛细爬升速度。  
        关键词：毛细流动;重力效应;相场法;低温流体;爬升高度   
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