本期头条

• 新型圆锥Ⅰ型热电制冷器的性能优化研究

  吴若芸;苏炎梅;杨金文;韩吉田;

  本文通过COMSOL建立了新型圆锥Ⅰ型热电制冷元件的三维模型，采用有限元法对改变热电支腿结构和I型支腿尺寸时热电制冷性能进行了优化研究，分析了在不同热端温度下采用分段式支腿结构对热电制冷元件制冷性能的影响。研究结果表明，圆锥Ⅰ型支腿最低冷端温度可达235.48 K,在相同电流下比传统、圆柱和圆锥X型支腿冷端温度分别下降了8.47 K、8.46 K和1.77 K。增大圆锥Ⅰ型支腿的高度与冷热端接触面积、减小圆柱段截面积和采用分段式热电结构均能提高热电制冷性能。

  2024年03期 v.52 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 603K]
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超导技术

• 小型闭环无绝缘高温超导线圈失超特性研究

  李蒙珠;吴蔚;钟卓言;卢力;金之俭;

  在持续电流模式下工作的闭环高温超导线圈可以消除电流引线引起的巨大漏热，无绝缘绕制技术的应用进一步提高了其热稳定性和失超自保护能力。当闭环无绝缘线圈发生局部热失超时，由于没有外加电源的持续供电，损失的磁能不会被及时补偿。本文建立了电-磁-热耦合模型研究闭环无绝缘线圈发生局部热点失超过程中的电磁暂态行为，系统地揭示了其热失超机制，并提出了衡量闭环线圈宏观失超特性的最终剩余磁场保有率这一概念。基于仿真结果，发现较小的匝间电阻率有助于线圈最大限度地保存磁能，以及在匝间电阻率极小时会出现饱和效应，但最高温升几乎不受匝间电阻率的影响。此外，发现线圈最高温升与热失超能量呈线性关系，而磁能损失随热失超能量的增加而增大，直至线圈中存储的磁能被完全消耗。

  2024年03期 v.52 8-15+36页 [查看摘要][在线阅读][下载 784K]
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• 双面Tl-2223高温超导薄膜的制备研究

  赵海廷;梁雪连;陈纪煌;杨骞;季鲁;何明;

  本文提出了一种改进的两步法在2英寸LaAlO_3(00l)衬底上制备双面Tl_2Ba_2Ca_2Cu_3O_(10)(Tl-2223)高温超导薄膜，通过特制蓝宝石坩埚来控制Tl_2O的挥发，避免了陪烧靶的使用。XRD测试结果显示薄膜中心处为Tl-2223超导相，随着薄膜向边缘延伸，Tl-2223相逐渐分解为Tl_2Ba_2Ca_1Cu_2O_8(Tl-2212)相；薄膜反面也呈现相似的规律，但其Tl-2212相含量更高。SEM和AFM图像显示薄膜中心呈现层状结构，边缘呈现颗粒结构。测试结果表明该2英寸Tl-2223薄膜正反面的临界转变温度(T_c)为105 K与101 K,临界电流密度(J_c)平均都在1.0 MA/cm~2(77 K, 0 T)左右。微波表面电阻(R_s)为0.16 mΩ与2.28 mΩ(77 K, 10 GHz),且随温度升高而变大，符合二流体模型。

  2024年03期 v.52 16-23+63页 [查看摘要][在线阅读][下载 763K]
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• Bi-2212低电阻接头制备与低温实验测试

  朱华锦;周孟良;万佳昊;杨东昇;秦经刚;周超;汪键;高鹏;

  低电阻接头的制备及应用有利于提升超导磁体的稳定性及磁场质量，本文利用高温银线烧结法制备了Bi-2212低电阻接头，利用低温材料测试平台对Bi-2212不同压缩扁样的临界电流和高温银线烧结接头进行测试，并分析磁场强度、接触长度、搭接面积等关键因子对接头电阻的影响。实验结果表明：采用新型接头制备工艺研制的Bi-2212接头，当长度达到30 mm,搭接面积达到32.7 mm~2时，在4.2 K、5 T背场环境下接头电阻可降至4.5×10~(-8)Ω,并趋于稳定，且磁场对其影响可忽略不计。

  2024年03期 v.52 24-30+46页 [查看摘要][在线阅读][下载 528K]
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• 高温超导电缆通流测试系统干扰因子分析与滤除

  张旭明;牛潇晔;杨柳春;包颖;董晓峰;

  本文根据高温超导电缆测试系统的回路参数，给出测试系统干扰因子的分析及滤除方法。基于传热微分方程，并利用Comsol仿真，在Labview中完成干扰因子的滤除。结果显示误差仅有2.6%,表明该方法的极具可行性，可以为超导电缆测试过程中的失超判断提供分析和滤除方法，保证失超曲线清晰有效。

  2024年03期 v.52 31-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 283K]
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低温/制冷技术

• 电动悬浮车载低温容器支撑结构的优化设计

  田伟康;李松林;王瑞晨;刘博强;谢蓬阳;周鹏博;马光同;

  低温容器是超导电动悬浮列车的核心部件，其支撑杆的设计应兼顾高结构强度和低漏热这两个关键因素。然而，增加支撑杆结构强度往往会导致高漏热，这将不利于列车安全运行。为了解决这一问题，本研究针对低温容器的支撑杆，以满足结构强度前提的同时获得最小的传导漏热为目标，对不同支撑方式下的支撑杆内外径及杆长进行了优化。优化结果满足设计要求，实现了支撑杆结构强度与漏热量的平衡，为试验样机设计提供了理论参考。

  2024年03期 v.52 37-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 857K]
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• 燃料电池动力系统匹配与换热设计

  宋增海;王炎;戴锋;李许一;张西龙;

  对燃料电池汽车进行动力匹配可以保证整车的动力性需求，热管理系统的优化可以提升电池的性能和减少热管理系统能耗。采用AMESim软件建立系统模型，分析NEDC工况下热管理系统的特性。结果显示，单一大循环回路中电堆平均温度67℃,大小双循环回路中电堆平均温度为61.5℃,双循环回路燃料电池温度可控制在61.5～78.5℃内。相对于单一大循环回路，双循环回路的冷却液温差控制稳定性强，单一大循环回路中冷却液温差约5.5℃,双循环回路中冷却液温差约3.5℃。此外，双循环回路可以降低水泵功耗，水泵转速较单一大循环回路降低了12.4%。本文提出的双循环换热设计对商用车燃料电池动力系统温控与节能降耗提供参考。

  2024年03期 v.52 47-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 743K]
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• 油性涂层对霜层生长影响的实验研究

  孙金绢;马志恒;田建辉;于璐洋;左富林;

  为了研究油性涂层对霜层生长的影响规律，本文运用可视化结霜实验平台，对比研究了导轨油、防锈油及工业半固体黄油三种涂层壁面与无油壁面的霜层生长特性，获得了不同时刻霜层高度和结霜质量的变化规律，并分析了黄油涂层壁面温度和迎面风速对霜层生长的影响。结果表明：三种不同的油性涂层都会延迟霜晶体形成的时间。在壁面温度为-25℃和无风速的条件下，油性涂层壁面上由于热阻较大，没有霜枝形成期，而是进入霜柱形成期。防锈油和无油涂层壁面上皆为凝华结霜，而导轨油涂层壁面上为凝结结霜。随着冷壁面温度的降低，黄油涂层壁面上形成的霜层高度和结霜质量逐渐升高。在相同时间内，无油壁面的结霜高度和结霜质量依次大于防锈油、导轨油和黄油涂层壁面。在40分钟内，黄油涂层壁面上的迎面风速小于3.9 m/s时，结霜高度始终随着迎面风速的增大而增大；当风速大于3.9 m/s时，风速的增大会缩短结霜高度持续增长的时间。

  2024年03期 v.52 55-63页 [查看摘要][在线阅读][下载 636K]
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• 闪蒸喷雾冷却中液滴撞击壁面的动力学研究

  李星泊;魏晓净;杨庆忠;王铁营;张哲;

  闪蒸喷雾冷却技术因其优异的冷却能力广泛应用于航空航天、激光医疗、电力等领域，其液滴撞击壁面后的动力学行为特性对冷却过程有重要影响。采用VOF方法对闪蒸喷雾过程中液滴撞击壁面的动力学行为进行数值模拟研究，并与常规喷雾冷却中没有闪蒸的液滴撞击壁面的形态变化进行了对比。结果表明，闪蒸喷雾冷却时液滴撞击壁面过程中会由于自身过热相变产生气泡进而断裂；当过热度或壁面温度增加、液滴直径或初始速度减小时，液滴更易断裂；液滴铺展系数随过热度、初始直径、初始速度以及壁面温度的增大而增大，当断裂发生后，铺展系数会有明显上升。

  2024年03期 v.52 64-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 672K]
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• 基于双向热流固耦合的活塞变形分析

  王洪利;董博;陈名扬;刘浩雨;

  为研究制冷剂的温度和压力对活塞变形的影响，本文建立了CO_2压缩机活塞、气缸内制冷剂及泄漏通道内制冷剂三维模型，并用ANSYS软件对相应模型进行了有限元分析，计算膨胀行程及压缩行程下气缸内制冷剂及泄漏通道内制冷剂的压力及温度分布；通过热流固耦合，分析活塞在膨胀行程及压缩行程下分别受气缸内及泄漏通道制冷剂影响。结果表明，与泄漏通道内制冷剂相比，气缸内制冷剂对活塞的变形影响更大；压缩行程末端，在气缸内制冷剂及泄漏通道内制冷剂的温度压力影响下，活塞最大变形量分别为0.167 mm和6.474×10~(-3) mm,最大应力分别为248.11 MPa和74.864 MPa;膨胀行程末端，活塞在在气缸内制冷剂及泄漏通道内制冷剂温度压力影响下最大应力分别为15 MPa和15.235 MPa。研究结果为活塞受力变形研究提供理论依据。

  2024年03期 v.52 71-79页 [查看摘要][在线阅读][下载 1009K]
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• 相变胶囊悬浮液射流冲击泡沫金属的水热分析

  赵德远;陈威;

  本文研究了多孔泡沫金属覆盖底部受热面在相变微胶囊(MPCM)悬浮液射流冲击下的强化传热。通过数值模拟的方法，运用Forchheimer-Brinkman-Darcy关系式和局部热平衡方程描述泡沫金属内冷却剂的流动。与实验进行了模型对照，证实了泡沫金属和相变微胶囊悬浮液强化换热的特性，讨论了喷嘴尺寸、泡沫金属孔隙率和高度、相变微胶囊悬浮液质量分数的影响。结果表明利用相变微胶囊悬浮液和泡沫金属耦合作用在射流冲击中可以获得较低的壁面温度。当入口速度v_(in)=1 m/s,孔隙率ε=0.85,冷却剂质量分数c_m=5%时，散热器的冷却效果最佳。

  2024年03期 v.52 80-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 789K]
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• 调峰和调频工况下磷酸铁锂电池组的冷却研究

  郭鹏宇;王铭民;许栋栋;郭东亮;

  本文对储能电池在调峰和调频工况下的风冷和液冷冷却技术进行研究。采用有限元技术建立了实际调峰和调频工况下电池的热模型，并进行仿真分析；通过现场真实测量温度验证了模型的正确性；在搭建的产热模型上进一步仿真，分别进行风冷和液冷定量模拟。结果表明：调峰调频运行工况下电池温度升高明显，室温下，调频工况下仿真最后温度升高到30.8℃,调峰工况下仿真最后温度升高到36.8℃;采用的风冷液冷两种冷却方案均可在一定程度上改善电池组冷却状态，但冷却效果差异较大，风冷可使最终温度下降2℃左右，而液冷温度控制效果更好，但经济性较差，可在实际工况中结合现场情况灵活使用。

  2024年03期 v.52 88-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 679K]
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• 船舶深冷BOG再液化工艺参数影响分析

  李恩道;程昊;刘淼儿;邓晨庆;

  近年来一种小型船用深冷BOG(Boil-Off-Gas)再液化装置受到市场的青睐，成为LNG运输船的主流配置。本文采用HYSYS软件对深冷BOG再液化工艺进行了多工况模拟，以系统最小功耗为评价指标，分析了冷剂氮氦组分配比、冷剂膨胀前后压力等工艺参数对系统功耗的影响。结果表明：膨胀后压力小于9 bar时，氮氦气冷剂最优配比约为50%:50%;提高冷剂系统操作压力和增加氦气组分含量有利于降低系统能耗；高压力下，氦气组分越多，能耗越低；与现有的液化装置相比，优化后的液化装置能耗低于800 kWh/t,为再液化装置研制提供理论参考。

  2024年03期 v.52 96-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 433K]
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• 基于仿生叶脉液冷通道的锂电池散热特性研究

  张员;高怀斌;侯兴旺;马逾;

  针对方形磷酸铁锂电池生热特点及并行流道温度均匀性差的问题，设计了三种分别为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型的仿生叶脉流道液冷板，建立仿真模型，对比Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型液冷板的冷却性能和进出口压降。研究Ⅲ型叶脉仿生液冷板在不同入口流量和通道角度下的冷却性能和压降特性的影响。结果表明，Ⅱ型叶脉液冷板结合Ⅰ型并行流道结构后，整个电池组最高温度分别下降了1.55 K和0.44 K,最大温差分别降低了1.5 K和0.5 K,Ⅲ型仿生叶脉冷板的冷却效果明显提高，一定程度上解决了并行流道的问题；随着入口流量的增加，液冷板的冷却效果虽然增强，但相应的进出口压降也迅速增大；入口流速大于0.1 m/s时，入口流速增加所呈现的压降增大趋势远大于电池组温度变化及温差的降低趋势；冷板的冷却性能和出入口压降均随流道角度的增大而降低，流道角度从15°变化到45°时，进出口压降降低了3.72 Pa。

  2024年03期 v.52 102-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 776K]
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