2017年第32卷第12期文章目次

洪春芳 , 刘妮

2017, 32(12):1-6.

[摘要](905) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](60)

摘要:
总结了强化CO2 置换甲烷水合物过程的研究，包括调节外界温压、使用添加剂、改变CO2 注入形态以及结合几种天然气开采方法等方面对CO2 -CH4 置换过程的影响。研究表明：一定范围内，置换效率随温度和压力的升高而增大，其中温度较压力的影响更为显著；适当的添加剂对置换效果有促进作用；对于纯质CO2 ，置换效率乳液状CO2 >液态CO2 >气态CO2，混合气体（N2 和CO2 ）的置换效率较纯质CO2 气体大；CO2 置换法与传统开采方法的结合也大大增加了置换效率。最后，在论述目前强化CO2 置换开采法研究现状的基础上，指出了现存研究方法的一些不足，并对今后的研究工作进行了展望。

2 斯特林机加热管积碳对其换热与循环特性的影响

史和春 , 肖刚 , 于双源 , 彭浩

2017, 32(12):7-13.

[摘要](326) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](55)

摘要:
以柴油机尾气为碳源，考察发动机加热管内流体雷诺数、流体温度和积碳时间对积碳量的影响规律，分析积碳量对加热管换热特性以及对发动机运行性能的影响。研究表明：同一工况下，管内积碳量随积碳时间近似线性增加（180 h）；积碳量受雷诺数和流体温度影响较大，雷诺数为10 434时，积碳量最大，管内流体温度为110 ℃时，积碳量为1.645 6 g，约为190 ℃时积碳量（0.165 1 g）的10倍；积碳量较少时，可以强化加热管的换热性能，但随着积碳量的增加，换热性能逐渐降低；利用SIMPLE模型考察了管内积碳对斯特林循环的影响，随着积碳量的增加，斯特林发动机的循环效率和循环功率都先增加后减少。结合效能分析，提出在循环功率降低到初始状态功率以下时，此时单位面积积碳量约为5.11~6.88 mg/cm2，雷诺数在3 688~33 523范围内，建议对斯特林发动机进行积碳检测和清洗。

3 混合微分进化算法应用于换热网络优化

包艳冰 , 崔国民 , 陈家星 , 肖媛

2017, 32(12):14-20.

[摘要](318) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](65)

摘要:
针对微分进化(Differential Evolution,DE)算法应用于换热网络优化存在局部搜索能力不足、收敛速度慢和求解精度低等问题，提出一种混合微分进化(Hybrid Differential Evolution,HDE)算法。当DE算法的变异、交叉和选择操作不再使种群的最优值继续进化时，加入梯度操作使当前种群的最优个体趋向更好的解。为了防止算法早熟收敛，当种群的多样性低于设定的阈值时，引入迁移操作，在最优个体附近区域重新生成新的个体并以此替换旧的个体，增强算法的种群多样性。通过算例验证了该算法可以有效适用于换热网络的优化过程，具有更强的局部搜索能力，更快的收敛速度和更高的优化效率。

4 设置四面体斜坡对气膜冷却特性的影响

袁瑞明 , 浦健 , 王学艺 , 王建华

2017, 32(12):21-26.

[摘要](289) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](55)

摘要:
利用四面体斜坡抑制圆孔下游的CVP(反向旋转涡对)，采用PLIF(平面激光诱导荧光)技术，在吹风比为0.5、1.0、1.5和2.0的情况下，针对四面体斜坡与圆形气膜孔的6种相对布置方式，实验研究并分析设置四面体斜坡后对气膜孔下游气膜冷却特性产生的影响。实验研究表明：相对于气膜孔，6种四面体斜坡模型都可以抑制CVP，提高气膜冷却效率；在6种四面体斜坡模型中，气膜孔上、下游同时放置逆风斜坡的组合模型可以取得最长的气膜长度和最高展向平均效率，当吹风比为0.5和2.0时，气膜孔出口下游x/d=3面上的展向平均效率分别是未设置四面体斜坡时的3.7和4.9倍。

5 复合射流激励器射流孔径与孔口距壁面距离对涡环力的影响

王学东 , 柳建华 , 赵越

2017, 32(12):27-32.

[摘要](319) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](65)

摘要:
设计了基于智能芯片控制的电磁驱动模式的复合射流激励器，采用高速摄像技术和可视化方法研究了复合射流激励器不同射流孔径及不同孔口距壁面距离对复合射流涡环撞击壁面时产生涡环力的影响,分析了涡环撞击壁面的演化规律,给出了不同实验条件下涡环力的变化规律。研究表明：涡环与固体壁面的碰撞过程分为靠近、减速、碰撞和破裂4个阶段；复合射流激励器出口孔径为10、15和20 mm时产生的涡环对外全部表现为推力，并且作用力随壁面距孔口距离的增大而增大；出口孔径为25和30 mm时，随着壁面距孔口距离的增大涡环力由吸力向推力转变，在中间某一测量位置同时具有推力和吸力。涡环力随着射流孔径的增大而减小，在孔径为10和15 mm时，开始阶段略有增加，随着孔径的继续增加，涡环力也开始随着孔径的增大而减小。

6 微型燃气轮机低热值燃料燃烧室喷嘴流动实验研究

陈俊龙 , 王玉璋 , 刘闳钊 , 金浩

2017, 32(12):33-40.

[摘要](267) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](59)

摘要:
为适应生物质气低热值、组分变化大的特点，达到燃烧室燃烧稳定、低排放要求，在某60 kW级微型燃气轮机环形燃烧室结构的基础上，新设计了一种具有不同预混孔结构的新喷嘴，并在上海交通大学微型燃气轮机单喷嘴燃烧室实验台上对原喷嘴及新设计喷嘴进行冷态流动实验，对比分析不同稀释孔直径及工质参数条件下原喷嘴及新喷嘴对燃烧室空气流量分配比及过量空气系数的影响。研究表明：燃料流量、空气流量变化会影响燃烧室空气流量分配，空气温度变化对燃烧室空气流量分配无影响；燃料热值降低会导致燃烧室过量空气系数增大，需要匹配直径更大的燃烧室稀释孔；相比于原喷嘴新喷嘴的流量分配比较大，为使其适应低热值燃料，需要匹配的燃烧室稀释孔直径为11.0 mm，该条件下新喷嘴可适应CH4 摩尔分数为50%~90%的燃料。

7 基于有效惯量的带长叶栅轴系扭振模态分析方法

乐雪焕 , 王坤 , 李汪繁 , 孙庆

2017, 32(12):41-46.

[摘要](524) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](51)

摘要:
首先介绍了有效质量的概念，然后根据其物理意义推导了有效惯量的计算公式，最后结合有限元技术总结了一种利用长叶栅有效惯量计算轴系扭振频率的方法。该方法既可用于分支系统模型进行扭振模态计算，比传统分支系统扭振分析的精度更高；也可应用于简化轴系有限元模型，在保留精度的前提下，比全尺寸非线性有限元模型消耗更少的时间和资源。

8 振动膜片的流动控制机理研究

狄广强 , 吴兆春 , 黄典贵

2017, 32(12):47-53.

[摘要](303) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](71)

摘要:
采用计算流体力学方法，研究了主流风速为10 m/s，翼型弦长雷诺数为1.2×105条件下振动膜片对NACA0012翼型在18°攻角深失速下流动分离的影响。研究表明：振动膜片能明显提高翼型升力系数、降低阻力系数、改善流场状况；当无量纲频率处在1~1.5范围内时，翼型升阻比可大幅提升，最大可提高75.7%；无量纲振幅对翼型升阻比的影响也很显著，相对于原型存在一个最佳的振幅使得翼型升阻比能获得最大提升；不同振幅下，最佳升阻比对应的无量纲频率随振幅增大而减小。

9 350 MW超临界循环流化床锅炉动态特性试验研究

刘众元 , 马素霞 , 刘建华 , 邢秀峰

2017, 32(12):54-60.

[摘要](257) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](56)

摘要:
随着CFB（循环流化床）技术的发展，流化床机组在电网中占比越来越高。然而其热惯性大，动态调峰能力差，使得要求随时吸纳新能源发电的电网负荷调度越来越困难。为了研究切实可行的技术措施，对某350 MW超临界循环流化床发电机组，进行阶跃扰动试验，分析了给煤量和燃烧率阶跃时床温和负荷的动态响应过程，试验结果表明：CFB机组负荷响应的延迟时间约为100 s，负荷响应时间约为15 min；燃烧率阶跃时的负荷响应速度为0.56～0.6 MW/min （负荷每分钟变化0.16%~0.17%），与燃煤机组负荷变化率相差很大。大热惯性是CFB机组的固有属性，改善其负荷调节能力须协同其它调节方式，才能满足电网负荷调度要求。

10 计及风火系统聚合特性的虚拟电厂经济调度研究

刘红岩 , 李明扬 , 梁钰 , 方连航

2017, 32(12):61-65.

[摘要](595) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](66)

摘要:
提出一个VPP（虚拟发电厂）聚合出力特性的含新能源电网的两阶段经济调度模型。第一阶段基于包含若干风场与火电机组的VPP聚合出力特性决策VPP的总出力；第二阶段将总出力在VPP内部各发电单元之间进行分配。上述两个阶段都采用线性规划方法求解。基于IEEE—6母线电网的数值算例的计算结果表明，与传统经济调度方法相比，本研究提出的模型能降低风电弃风量近50%。

11 燃煤电站锅炉尾部烟道流场数值模拟分析及改造

卢权 , 郝剑 , 李文韬 , 方远

2017, 32(12):66-72.

[摘要](288) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](40)

摘要:
针对某电厂350 MW机组电除尘器出口至引风机入口段烟道全压损失过大的问题，利用数值模拟软件Fluent，采用标准k-ɛ模板，对该段烟道烟气流场进行了数值模拟。模拟结果表明，该段烟道主要的全压损主要源自汇流部位、弯管和变径管等部位。依此，本着先易后难的原则，采用逐步优化的方式。方案一摒弃了原烟道采用较多急转弯头的设计，采用单个135°弯头平滑过渡烟道；方案二改变了其中一个烟气入口方向，使两股烟气提前汇流，增大了烟道截面积，降低了烟气流速；方案三在改造方案二的基础上，在烟气汇流处和交汇处倒圆角，在弯头处添加导流板，以降低全压损失。比较3套方案的减阻效果和改造费用表明，方案三可使烟道两侧平均全压损失由原烟道的217.73 Pa降至49.02 Pa，减阻率达77.4%，降低全压损失的效果显著。

12 基于分形学的轴承故障诊断分析

李洋 , 李春 , 杨阳 , 袁全勇

2017, 32(12):73-77.

[摘要](399) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](64)

摘要:
为识别轴承的工作状态及故障类型，针对非线性振动信号，基于分形盒维数与小波降噪方法，计算了轴承正常状态及不同故障状态的振动信号盒维数。结果表明：轴承的故障类型不同，其振动信号盒维数亦不同，正常状态盒维数最大，内环故障盒维数最小，其值分别为1.6和1.4。因此，根据盒维数能定量识别轴承故障状态与故障位置，本研究可为轴承状态监测和故障诊断提供理论依据。

13 低流阻系数轴流式止回阀的内部流场分析

李科良 , 王海民 , 汪建兴 , 赵越

2017, 32(12):78-83.

[摘要](533) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](52)

摘要:
为了设计公称直径为DN200的低流阻系数轴流式止回阀，并准确分析其压力损失和流阻特性，在其原有的结构基础上，用汇源法设计止回阀的阀芯结构，得到结构优化后的轴流式止回阀。基于FLUENT（商用计算流体力学）软件提供的标准k-ɛ 两种方程湍流模型，对结构优化后的轴流式止回阀惊醒三维留到数值模拟，求解出不同工况下的压力云图和速度流线图，计算出优化后的止回阀流阻系数在0.272以下，小于优化前的0.4。最后，总结出进口压力、进口速度与流阻系数之间的关系。计算结果表明：在止回阀流道结构保持不变的情况下，影响止回阀流阻系数的主要因素是进口平均速度，随着进口流速的增大，止回阀的流阻系数呈逐渐减小的趋势；在进口速度保持不变的情况下，进口压力的变化对止回阀的流阻系数影响较小。

14 仿柳叶形静态混合元件的流动及混合特性研究

傅鑫亮 , 闫志勇 , 蔡巧梅 , 韩发年

2017, 32(12):84-89.

[摘要](445) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](40)

摘要:
与现有的叶片规则排列的静态混合器相比，仿柳叶结构的不规则叶片排列方式更容易使气流的流动变得紊乱复杂，加剧微团间相互作用，实现短距离混合。本研究采用FLUENT（商用计算流体力学）软件模拟了在叶片与水平方向轴线分别呈不同角度时仿柳叶型混合元件的抗流作用，并在风洞中利用热线风速仪完成了速度场测量。研究表明：静态混合元件不同叶片角度下的流场湍动能分布趋势基本相同；其沿程压降变化趋势也基本一致，当速度标准偏差系数小于20%，叶片与轴线夹角为60°时气流混合距离最短。结合CO与空气在混合装置内的混合情况分析得：仿柳叶型静态混合元件叶片角度的增加能够使流体在速度以及浓度混合均匀时所需距离变短。

15 含砂水对混流泵过流部件磨损的数值模拟

庞辉 , 宋文武 , 胡帅

2017, 32(12):90-95.

[摘要](319) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](63)

摘要:
为了分析含砂水介质通过混流泵时的流场特性及叶片磨损情况，基于UG软件对混流泵进行建模并利用ICEM软件对其进行网格划分，使用CFX软件对含砂水两相流介质通过混流泵时的内部流场进行模拟分析。结果表明：混流泵磨损主要集中在叶轮叶片和空间导叶处，而且在叶片进口处容易出现磨蚀现象；混流泵扬程随流量增大而减小，效率随流量先增大后减小，且混流泵输送含砂水效率低于输送清水效率。

16 省煤器灰斗出口布置拦截网对大颗粒灰捕集效率影响实验研究

陈鸿伟 , 许文良 , 杨新 , 张千

2017, 32(12):96-101.

[摘要](329) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](64)

摘要:
为研究省煤器灰斗出口安装拦截网装置对大颗粒灰捕集效率的影响，得到较为合适的拦截网布置方式，搭建冷态实验台，以不同孔型、角度和长度布置方式下的平板型拦截网为研究对象，对1.0~3.35 mm、3.35~6.7 mm以及>6.7 mm 3个粒径区间的大颗粒灰，展开单颗粒的捕集实验研究。实验结果表明：拦截网装置能有效提高大颗粒灰的捕集能力，实验条件下就综合捕集效率与系统压降来看，3×12型网孔拦截网的性能要优于6×6型网孔拦截网；30°~45°是较为理想的布置角度，较好的布置长度在竖直方向的投影长度为12.8~13.7cm，约占水平管段竖直高度的45.4%~48.6%。

17 H2/CO合成气层流扩散燃烧产物NOx生成机理的数值分析

袁也 , 席剑飞 , 顾中铸 , 安海洋

2017, 32(12):102-105.

[摘要](302) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](41)

摘要:
采用Chemkin软件中的OPPDIF（对冲扩散火焰）模型对H2/CO合成气燃烧产生的NOx排放特性进行了数值研究,分析了合成气扩散火焰中H2体积分数对NOx形成的影响。使用OPT（光学薄辐射）模型考察了辐射散热对模拟火焰的影响，采用GRI-Mech 3.0详细化学反应机理研究了NOx的生成机制。数值模拟结果表明：非绝热条件下，随着合成气中H2体积分数的增加，层流对冲扩散火焰的峰值温度单调增加；在绝热条件下，合成气火焰的峰值温度会随H2体积分数的增加而略微下降；同时，随着H2 体积分数的增加，合成气燃烧产生的NO含量明显增加，其中热力型NO的生成量随H2体积分数的增加变化明显，主导着NO生成量的变化趋势。

18 成型生物质高温炭化及成型炭理化性能研究

吴顺延 , 张守玉 , 姚云隆 , 王才威

2017, 32(12):106-112.

[摘要](362) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](54)

摘要:
分别将棉杆、木屑两种单一的生物质原料及其混合原料成型(炭化压力60 MPa)造粒，并于固定床热解炉内对成型生物质进行炭化实验，分析炭化温度(400、500和600 ℃)及棉杆的掺混比例对成型炭理化性能的影响。研究表明：物理特性方面，随着炭化温度的升高，生物质成型炭的表观密度和抗压强度均呈先减小后增大的趋势；相同炭化温度条件下，随着棉杆掺混比例的增加，成型炭的表观密度增大，但抗压强度呈先减小后增大的趋势；化学特性方面，随着炭化温度的升高，成型炭的热值增加，但燃烧特性变差，灰分产率增加；随着棉杆掺混比例的增加，成型炭的燃烧特性改善，但热值降低，灰分产率增加；通过先成型再炭化制得的成型炭灰分和固定碳产率均优于欧盟标准EN1860-2：2005；在炭化温度为400、500和600 ℃时成型生物质中至少含有20%、40%和60%的棉杆可使其燃烧特性指标优于商用烧烤炭。

19 基于不同结构的漂浮式风力机Spar平台静动力学性能研究

刘宇航 , 李春 , 丁勤卫 , 王渊博

2017, 32(12):113-120.

[摘要](469) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](71)

摘要:
为研究不同结构漂浮式风力机平台的静动力学响应，基于UG参数化建模的二次开发，建立了OC3-Hywind-Spar平台三维实体模型，采用有限元方法对所建模型进行模态分析，对比各模型固有频率、最大位移量以及最大应力分布情况，并进一步分析其谐响应规律。研究表明：平台的固有频率远离平台服役时所受载荷的对应频率，不会发生共振；平台附加环向筋与纵骨可以有效地降低平台在其各阶振型中的位移量与应力；附加环向筋与纵骨的平台可更好地避免共振发生，其发生较大共振的频率约0.8 Hz，响应值远小于其它结构平台，表明了附加环向筋与纵骨对平台安全性与稳定性有较大提升。

20 基于Fluent的多种生物质颗粒燃烧数值模拟

毛娅 , 江智 , 陈作炳 , 邹远志

2017, 32(12):121-125.

[摘要](344) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](43)

摘要:
基于ANSYS FLUENT(有限元商用计算流体力学)软件模拟烟煤、花生壳、落叶松、玉米秸、稻秆和棉秆6种颗粒在圆筒形燃烧室中的燃烧。对比分析了这6种燃料颗粒燃烧时燃烧室内各截面温度、不均匀系数、氧气质量分数和NOx 质量分数分布。模型燃烧室直径为1 m，长度为10 m。在燃烧室中心径向0.125 m范围内燃料颗粒通过流速为50 m/s的高速气流以0.1 kg/s的质量流量喷入燃烧室，在径向0.125~0.5 m范围内通入流速为15 m/s的空气。燃料颗粒粒径为40μm，密度为 1 200 kg/m3。研究表明：高热值的燃料在各个截面上的最高温度均高于低热值燃料，烟煤、花生壳、落叶松、玉米秸、稻秆和棉秆燃烧时燃烧室最高温度分别为2 643.26、2 260.37、2 190.83、2 163.35、2 130.37和2 060.83 K；生物质燃料的温度分布均匀程度优于烟煤；生物质燃料产生的NOx 明显较少，其中棉秆最少；在余气系数均为1时，各燃料燃烧时燃烧室内最高温度均有所提高，但是整体仍然满足高热值燃料温度高于低热值燃料的规律。

21 600 MW火电机组SCR脱硝系统“超低排放”改造性能试验

陈拓 , 李德波 , 成志红 , 廖永进

2017, 32(12):126-130.

[摘要](287) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](56)

摘要:
针对某电厂600 MW机组SCR（脱硝系统）进行超低排放改造，对其改造后的主要运行性能指标进行了现场试验，运行指标包括SCR系统的脱硝效率、氨逃逸、SO2/SO3 转化率、系统阻力和氨耗量等。性能试验结果表明：SCR的主要性能指标均能达到设计的性能要求，改造后的SCR系统满足了近零排放的环保要求。本研究可为我国投运后的SCR现场性能考核、性能优化等提供可行且有效的技术方法。

22 超临界“W”火焰炉关键技术应用

张海珍 , 郑文广

2017, 32(12):131-134.

[摘要](251) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](51)

摘要:
针对燃用高硫高灰无烟煤超临界“W”火焰锅炉投产后暴露出来的燃烧稳定性差、锅炉受热面热偏差严重、NOx排放浓度高、锅炉受热面结焦腐蚀、启动油耗偏大等影响机组安全稳定运行、高效清洁燃烧等问题，开展超临界“W”火焰锅炉设计优化、燃烧及制粉系统制造运行优化、锅炉热面在线监测技术研究、锅炉受热面防结焦防高温腐蚀技术材料研究、无烟煤节油点火技术开发等关键技术研究与应用，有效解决了超临界“W”火焰锅炉安全稳定、高效清洁燃烧的技术难题。

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