2018年第33卷第5期文章目次

戴礼俊

2018, 33(5):1-6.

[摘要](968) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](52)

摘要:
摘要：百叶窗翅片作为换热器主要翅片形式之一，其结构对空气侧流动换热特性有着重要影响。本文总结了近年来国内外在百叶窗翅片结构对空气侧流动换热影响方面的研究，包括翅片间距、翅片高度、翅片厚度、翅片深度、百叶窗间距及开窗角度对空气侧换热系数、压降、流动效率、传热因子和摩擦因子的影响。研究表明：传热因子随开窗角度和翅片深度的增加而增大，随翅片间距的增加而减小；摩擦因子随开窗角度的增大而增大，随百叶窗间距的增大而减小；其中，开窗角度与翅片深度分别是影响空气侧流动和换热的最主要因素。最后，在百叶窗结构的基础上，提出了对翅片表面进行处理以及使用新型翅片结构等途径来进一步强化空气侧流动换热的建议。

2 盐梯度太阳池有机朗肯循环发电系统热力性能分析

李楠

2018, 33(5):7-12.

[摘要](324) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](41)

摘要:
摘要：针对盐梯度太阳池具有长期聚热及跨季节蓄热的特性，选取R245fa作为循环工质，以实验用小型盐梯度太阳池下对流层60~90 ℃储存热量作为供热热源，建立盐梯度太阳池低温有机朗肯循环(ORC)发电系统数学模型，研究了有机工质的蒸发温度对系统性能的影响。分析结果表明：蒸发温度的变化对太阳池下对流层回热温度、系统工质流量、不可逆损失和效率都有着重要影响，另外蒸发温度变化对功率有双重影响，存在一个最佳蒸发温度，使得系统功率达到最大。

3 空气源热泵热水器的优化策略及性能分析

袁朝阳

2018, 33(5):13-20.

[摘要](379) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](85)

摘要:
摘要：空气源热泵热水器具有运行工况广、冷凝温度时变的特点，机组在运行至较高水温时系统效率会有明显下降。针对这一问题通过实验比较不同外部工况下系统性能的变化规律，分析热泵热水器的实际运行特性和制热性能劣化的原因，并依此提出以控制电子膨胀阀开度和压缩机启停时机的优化策略来提升系统性能。实验结果表明，系统性能分别提升了24.8%和14.3%。同时分析了两种策略的优势与差异性，以期使空气源热泵热水器在实际应用中的制热效率得到最大程度地优化。

4 基于插值和拟合技术的过热汽温非线性控制研究

王永林

2018, 33(5):21-25.

[摘要](328) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](39)

摘要:
摘要：针对过热汽温对象特征参数在负荷范围内变化较大的特点，提出一种基于插值和拟合技术的过热汽温非线性自适应控制方法，通过调节控制器参数使其随负荷自动变化来保证系统的鲁棒性。首先简单介绍了过热汽温串级控制和采用插值与拟合技术获取控制器参数的方法，然后提出一种连续变速积分不完全微分数字比例、积分、微分（PID）控制算法。基于典型工况下的PID参数和插值及拟合技术建立了过热汽温全工况下的自适应控制器，并对某超临界600 MW直流锅炉过热汽温对象进行了仿真。分析了不同插值和拟合方法下自适应PID控制的控制效果，证明了本文方法的有效性。

5 不同纵向涡发生器流动传热的数值模拟

李亚雄

2018, 33(5):26-32.

[摘要](351) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](37)

摘要:
摘要：利用三维数值模拟的方法对带有3种异形纵向涡发生器的H型翅片椭圆管换热器的空气侧流动传热特性进行研究。基于H型翅片椭圆管束，讨论了在不同雷诺数下，纵向涡发生器的摆放位置、摆放攻角和形状对空气侧流动传热的影响。研究表明：纵向涡发生器能够将高能量的流体引向流速较低的壁面区域，使冷热流体之间的混合加剧，增强流体的湍流动能，进而达到强化传热的效果；与无纵向涡发生器的管束相比，带纵向涡发生器管束的传热效果有明显的提高；当纵向涡发生器后置时，换热器的传热效果最优；在雷诺数相同，攻角为30°时，流体的传热性能和阻力特性均达到最优；相同攻角摆放时，椭圆角矩形发生器的传热性能和阻力因子均优于其他两种形式的发生器。研究结果为烟气余热回收系统换热器传热性能强化提供理论依据。

6 变工况下高低齿迷宫密封泄漏特性及结构优化

张尧

2018, 33(5):33-39.

[摘要](334) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](43)

摘要:
摘要：高低齿迷宫密封是透平机械中抑制流体泄漏的关键部件。以某机组隔板密封为对象建立高低齿迷宫的计算流体力学（CFD）模型，研究由变工况引起的转子轴向偏移对密封泄漏特性的影响，并通过调整转子凸台宽度和密封腔高度对密封结构进行优化。结果表明：原始结构设计下，转子轴向偏移±3 mm内，泄漏量并未发生大幅度的上升；在-2~1.5 mm范围内泄漏量有所下降，说明在工况变动不大时，密封性能有所提高，但超出±3 mm的范围，泄漏量呈突增趋势；泄漏量分别随转子凸台宽度和密封腔高度呈二次非线性变化，存在一个最佳值使泄漏量达到最小，最佳凸台宽度和密封腔高度分别为5.13和7.5 mm；结构优化后密封泄漏量在正常工况及变工况下均小于原始结构，密封性能得到提高。

7 考虑气体压缩性的液力透平内气液两相流场分析

史广泰

2018, 33(5):40-46.

[摘要](322) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](42)

摘要:
摘要：为研究在气液两相条件下液力透平内部的流动规律，选择比转速为55.7的单级单吸离心泵反转作液力透平（Pumps as Turbines，PAT），在考虑气体可压缩的基础上对该模型在不同流量、不同含气率下进行数值计算。分析含气率对液力透平外特性和液力透平各过流部件内流场的影响规律，总结不同工况下液力透平内气液两相流动规律。研究发现：随着含气率的增大，液力透平的效率和功率逐渐减小、扬程逐渐增加，气体的存在对液力透平效率影响较大；液力透平叶片进口有明显的旋涡，随着流量和含气率的增大，混合介质的相对速度均增加；含气率从液力透平进口到出口逐渐增大，叶片背面的含气率要比工作面大，过流部件内的气体分布不对称，随着含气率的变大，气体分布的均匀性变差。

8 叶片尾缘冷气喷射气动与传热性能分析

姚世传

2018, 33(5):47-54.

[摘要](303) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](45)

摘要:
摘要：基于尺度自适应（Scale Adaptive Simulation,SAS）湍流模型，对叶片尾缘偏开缝射流尾迹结构、尾迹掺混损失和壁面冷却有效度在不同射流/主流速度比（ VR ）条件下的变化规律进行数值模拟研究。结果表明：VR 为1.0时冷气对尾缘壁面的冷却效果总体较好；上、下板尾缘脱落涡的主导结构均为卡门涡，随着 VR 的增大，其脱落频率与旋涡强度增大，导致涡量和剪切应力升高，而尾迹掺混损失由湍流脉动能量和板后回流区长度共同决定； VR 为0.5和1.0时尾迹掺混损失相差不大， VR 为1.5时相比0.5时增大了4.53%。

9 基于动态模式分解的离心压缩机动态流场分析

邵昱昌

2018, 33(5):55-62.

[摘要](797) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](55)

摘要:
摘要：动静流道相互作用引起的非定常流动是离心式压缩机内流的主要特征，借助模态分解方法可以有效提取出该流场中相干结构，进而可以说明该动静干涉流场的主要特征。本文将动态模式分解（Dynamic Mode Decomposition,DMD）方法应用于带无叶扩压器通道的离心式压缩机流场分析中，通过对动静干涉速度场和压力场的模态提取和分析，直观揭示出动静流道中的流体运动特征。在设计流量工况下，叶轮出口叶顶间隙的流体流动和动静流道干涉效应影响了叶轮出口的速度参数和压力参数的分布。在叶轮和扩压器流道中分别出现了频率1 715和725 Hz的湍流相干结构，两频率和叶轮通过频率有关。动静干涉流道中压力沿叶高方向动态规律相似，而速度场沿叶高方向波动规律存在一定的差异。该特征可以为压缩机流场测试提供参考。

10 超临界碳氢燃料对流换热特性解析

张丽娜

2018, 33(5):63-68.

[摘要](284) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](48)

摘要:
摘要：选用10组分模型替代碳氢燃料，对其在临界点附近的物理特性进行详细分析描述。根据超临界碳氢燃料热物性变化及其在管道内的对流换热特征，基于边界层理论，建立其在换热管中对流换热边界层分析模型和微分方程式，采用理论分析方法给出多项式和正弦速度分布式下常物性和变物性时的温度分布函数表达式。给出的计算公式为超燃冲压发动机的冷却计算提供指导。

11 磁力驱动离心泵全流场数值模拟研究

高振军

2018, 33(5):69-77.

[摘要](313) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](54)

摘要:
摘要：为分析磁力驱动离心泵的内部流动特性，基于SST k-w湍流模型，应用计算流体力学(CFD)软件对磁力驱动离心泵内部全流场进行数值计算研究，得到了磁力驱动离心泵轴截面、叶轮流道、压水室流道和冷却循环流道等主要过流部件流道内的流场分布规律。研究表明：小流量工况下，磁力驱动离心泵内部流动较为紊乱，随着流量的增大，泵内部流动逐渐平稳，回流孔出口处的低速区域面积及冷却循环流道内的压力值逐渐减小；介质在经过导流孔、隔离套间隙和回流孔流入叶轮进口处的过程中，压力逐步降低，且在回流孔靠近叶轮进口区域易形成低压区。

12 火电厂SCR脱硝系统机理建模与控制研究

姚楚

2018, 33(5):78-84.

[摘要](511) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](45)

摘要:
摘要：随着环保意识的提高，火电厂氮氧化物的排放问题引起了社会的关注。选择性催化还原方法（selective catalytic reduction,SCR）普遍采用于火电厂的脱硝系统中，喷氨量的控制是脱硝系统的关键问题，若不能得到有效控制，不仅影响火电厂脱硝效率，而且氨逃逸有可能会造成二次污染。SCR系统的准确动态建模是对喷氨量进行有效控制的前提。本文通过分析SCR系统化学反应机理建立了SCR动态模型，并利用实际运行数据对其进行验证，平均百分比误差为10.73%，仿真结果表明该模型精度高。因该系统具有较强的非线性，传统比例、积分、微分（PID）控制器难以得到满意的控制效果，本文设计了神经网络预测控制器，对SCR系统的喷氨量进行控制，并与传统PID控制器进行对比，利用火电厂实际运行数据对该方法进行了验证，提出的控制策略在两个典型工况下的脱硝效率比传统PID控制策略高约10%，结果表明该方法具有较好的控制效果。

13 基于BP神经网络和GA-PID的超超临界锅炉系统解耦控制研究

孙宇贞

2018, 33(5):82-98.

[摘要](320) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](44)

摘要:
摘要：直流锅炉运行中，给水调节和燃料调节十分重要，但其各变量之间存在强耦合关系。本文针对1 000 MW超超临界机组直流锅炉中燃料和给水协调控制对象参数多变、强耦合的特点，提出了一种改进权值调整的BP神经网络分散解耦智能方法，实现系统解耦，然后采用遗传算法PID（GA-PID）控制方法对解耦后近似独立的两组对象进行控制。仿真结果表明：BP神经网络分散解耦算法具有很强的非线性映射能力和自适应解耦能力，GA-PID具有良好的控制效果，所设计的系统具有较强的鲁棒性，解耦控制方案能够达到理想的效果。

14 离心风机系统节能改造效益测算的数学模型

王龙林

2018, 33(5):85-91.

[摘要](296) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](45)

摘要:
摘要：结合离心一次风机的调节原理，采用线性简化的方法，建立离心风机系统节能改造效益测算的数学模型，并采用该模型对某电厂一次风机改造前的试验数据进行分析。经理论和数据分析可知，变频改造前，低负荷下的风量与负荷近似成线性关系，低负荷下的电机功率又与风量近似成线性关系，而变频改造后，低负荷下的功率与风量成三次方关系，故变频改造具有较大的节能效益。利用数学模型进一步推导出了风机变频运行时旋转暖风器的节能公式，公式表明：在不同负荷下，旋转式暖风器的节电能力与风量成三次方关系；由定性分析可知，风机工频运行时旋转暖风器的节能效果比变频运行时差。基于该模型测算，某机组一次风机变频改造收益103.4万/年，投资回收期为2.46年；旋转暖风器比固定式暖风器多收益1.092万/年，增量投资回收期为2.755年。对离心一次风机系统节能改造建立的数学模型可供离心泵类、送风机等灵活性改造参考。

15 基于热经济学模型的烧结余热双压锅炉操作参数优化

李慧梅

2018, 33(5):99-103.

[摘要](332) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](46)

摘要:
摘要：以最大年度化收益为目标函数,建立了烧结余热双压锅炉蒸汽参数热经济学优化模型，基于遗传算法采用MATLAB编程，对余热锅炉出口蒸汽参数进行优化得出适宜操作参数。以处理量为390万t/a的烧结矿余热竖罐式回收系统为例，其烟气温度为540 ℃，流量为62.5万m3/h，得出了锅炉最大年度化收益对应的蒸汽参数为：高压蒸汽压力4.49 MPa，高压蒸汽温度450 ℃，低压蒸汽压力0.33 MPa，低压蒸汽温度235 ℃,此时的高压蒸发量为25.41 kg/s，低压蒸发量为4.05 kg/s，发电功率为21.02 MW，年度化收益为7 925.2万元。

16 凝结水旁路调频下除氧器暂态安全性计算

刘文新

2018, 33(5):104-108.

[摘要](306) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](44)

摘要:
摘要：凝结水旁路参与调频是一种增强机组调频能力的有效方法，但调频过程中除氧器暂态特性可能会受到一定的影响，从而影响前置泵的运行安全。本文介绍了凝结水旁路参与调频的原理和方案，提出了此过程中除氧器前置泵暂态安全性计算的必要性。基于三点假设，构建了除氧器中凝结水焓值和工作压力、前置泵入口给水焓值和入口汽化压力、前置泵入口温度和有效汽蚀余量的计算模型。结果表明：40%凝结水旁路开度下前置泵有效汽蚀余量最大会下降13.75 m，对安全性造成威胁。该研究为凝结水旁路参与调频的可行性提供理论基础。

17 基于支持矢量机的齿轮传动误差预测研究

李文良

2018, 33(5):109-112.

[摘要](313) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](56)

摘要:
摘要：传动误差是齿轮振动噪声重要的激励源，对齿轮传动的动力学负载和齿轮失效有重要的影响。考虑齿面弹流润滑影响，构建含有齿面摩擦以及时变啮合刚度的斜齿轮传动误差动力学模型，该数学算法与控制科学算法支持矢量机结合预测斜齿轮传动误差。研究表明，该算法可以有效的预测斜齿轮传动误差的变化趋势，预测精度与计算精度吻合度较好，在较少样本的情况下采用支持矢量机可以有效地对机械及齿轮传动做预测，适合工程上齿轮传动误差的定性及定量分析，对工程设计及齿轮传动预测有重要的指导意义。

18 多峰分布颗粒物PM2.5的化学团聚实验研究

吴瑞鹏

2018, 33(5):113-118.

[摘要](743) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](47)

摘要:
摘要：为减少燃煤电站PM2.5的排放量，采用燃煤飞灰化学团聚热态系统，以燃煤电站飞灰为研究对象，在模拟烟气中进行添加化学团聚剂的实验研究，综合考察团聚剂添加前后PM2.5体积分布和微观形貌变化，以及团聚剂浓度、烟气浓度、pH值、停留时间、雾化液滴粒径和添加点温度对团聚效果的影响。结果表明：表面活性剂浓度为0.025%时团聚效果最佳，添加团聚剂后通过润湿作用、固桥力，可增强PM2.5和大颗粒之间的结合性能，有利于形成超大团聚体，标准工况下PM2.5团聚效率可达90%以上；增加团聚剂浓度可促进PM2.5团聚；团聚剂添加量要与烟尘浓度相适宜；适当降低团聚剂的pH值有利于PM2.5团聚；布置化学团聚系统时要综合考虑停留时间、雾化液滴粒径及添加点温度的影响，以免化学团聚剂蒸发不完全。

19 高温干燥下褐煤化学结构演化的谱学研究

慕晨

2018, 33(5):119-125.

[摘要](327) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](43)

摘要:
摘要：在自制卧式干燥试验台上进行500~800 ℃褐煤高温干燥脱水实验，采用拉曼光谱和傅里叶红外光谱（FTIR）对干燥后煤样的化学结构进行测试和分析。结果表明，不同干燥温度对褐煤大分子结构以及官能团的演化有着不同程度的影响。500~700 ℃干燥下，随干燥温度升高，脂族和羧基等含氧官能团相继断键析出，形成小分子物质，脂族结构含量与芳族结构含量总体上呈现互补的演化趋势；芳环缩合性有所增强，导致小芳环系统向大芳环系统转变，交联效应促使烷基-芳基C-C键的新芳香结构生成，褐煤大分子结构的稳定性有所提高。而温度上升至800 ℃，煤中孔隙夹带的氧气与脂族等发生一系列氧化反应，导致此时含氧官能团数量高于700 ℃干燥处理煤样。此外，部分芳烃C=C和杂环断裂，无定形碳结构增加。

20 基于仿生设计的风力机塔架力学性能分析

孙瑞

2018, 33(5):126-132.

[摘要](317) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](47)

摘要:
摘要：为提高塔架力学性能，提出一种仿生结构塔架并研究静态和动态结构特性。建立了1.5 MW风力机塔架有限元模型，通过仿棕榈植物的结构，将传统塔架模型设计成带类维管束腹板的锥筒塔架和带类维管束腹板多段式仿生塔架，并将计算结果与传统塔架进行了对比分析。结果表明：类维管束腹板使仿生塔架具有更强的抗弯性能，可有效降低塔架的塔尖位移，较之传统塔架减小了68%；传统塔架的应力集中在塔架根部，而仿生塔架能高效地分散载荷，最大应力下降19%，起到减载作用；仿生塔架的一阶固有频率较传统塔架下降0.246 Hz，能够避开塔架的共振频率范围。

21 基于浮式风力机平台的分形特征垂荡板强迫振荡水动力特性

黄致谦

2018, 33(5):133-140.

[摘要](260) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](64)

摘要:
摘要：垂荡板因其具有增大水动力阻尼及附加质量的优点而广泛应用于海洋工程领域。将分形理论应用于垂荡板的结构设计，提出一种具有分形特征孔的垂荡板，运用Fluent的自定义函数并结合动网格技术对不同垂荡板模型进行数值模拟，研究其水动力特性。对比分析了不同振幅下实心、不同分形阶数（透空率）以及规则孔垂荡板的水动力特性，得到了不同垂荡板垂向力时间历程曲线、附加质量系数 Cm 和阻尼系数 Cd 以及涡量云图。结果表明：振动周期不变时，随振幅的增大，各垂荡板Cd值随之减小，最终趋于平稳，而Cm值随之增大；比较不同分形阶数时，Cm 值随分形阶数增加而减小，Cd 值随分形阶数增加而先增大后减小，在分形阶数为二阶时，Cd值最大；相同透空率时，分形孔和规则孔垂荡板Cm值大致相等，分形孔Cd值较规则孔有较大提升，最大提升为17.83%，平均为14.74%。由此可见，较之普通开孔垂荡板，分形特征垂荡板具有优越的性能。

22 透平压缩机组调速故障分析

刘向阳

2018, 33(5):141-144.

[摘要](346) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](48)

摘要:
摘要：索拉透平压缩机组燃气发生器转速手动设定点高于93.5%时，燃料控制模式自动由燃气发生器转速-负载模式切换为燃料流量控制模式，导致机组实际输出转速无法继续调高。针对上述问题，分析机组燃料控制算法，利用可编程控制器进行逆向模拟计算，通过修改燃料参数中的燃料气体常数、燃气比热比和燃料流量函数确保机组燃料控制模式为燃气发生器转速-负载模式。结果表明：在任何工况下，燃气发生器输出转速都能跟随设定转速，保证气田外输气量平稳。

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