2018年第33卷第9期文章目次

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  • 1  海水换热器析晶污垢物相分析及动力学研究
    杨大章 谢 晶 柳建华 王金锋
    2018, 33(9):1.
    [摘要](373) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](72)
    摘要:
    海水换热器常用于沿海能源和化工领域的海水直流冷却系统和循环冷却系统。海水在热交换的过程中容易产生析晶结垢,造成换热效率下降和管路堵塞,这些污垢的组成及结垢机理是目前研究热点之一。本研究搭建一套海水结垢的可视化实验装置,对海水在换热过程中形成的析晶污垢进行了物相分析和动力学研究。通过X射线衍射(X-ray Diffraction,XRD)、扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)和X射线能谱(Energy Dispersive X-Ray,EDX)分析海水换热器析晶污垢的元素组成和晶体结构,结果显示污垢的元素组成和晶体结构与水合氢氧化镁铝(Mg6Al2(OH)18·4.5H2O)十分相似。基于Kern-Seaton模型,建立适用于海水析晶污垢的动力学模型,并根据实验结果对结垢过程的动力学参数进行拟合。结果表明:在不锈钢表面海水析晶结垢的表观活化能为1.54×104 J/mol,在实验工况下海水析晶结垢是一种扩散控制过程。
    2  新型油冷器壳程流动与强化传热数值模拟
    王 思 孙费梅 刘志春 刘 伟
    2018, 33(9):7.
    [摘要](176) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](44)
    摘要:
    为了对机械设备用油进行降温,保障机械设备正常工作。本文对油冷却器的结构进行了优化,根据工质油粘度大、Pr数大的特点,选择多叶孔板结构实现壳程的传热强化。采用商用软件FLUENT对三叶孔板、四叶孔板以及五叶孔板换热器进行数值模拟,得到了油冷器的壳程传热与阻力性能曲线。结果表明:多叶孔支撑板对高粘度流体油的传热有强化作用。三叶孔、四叶孔与五叶孔支撑板之间进行比较,在流体流速较低时,采用正四边形布管的四叶孔与五叶孔支撑板综合性能更好一些,但在其他大部分工况下,三叶孔板换热器的传热强化综合性能更优,其无量纲传热强化综合指标PEC比四叶孔与五叶孔分别提高37%~62%和39%~63%。
    3  微细圆管内CO2两相沸腾换热实验研究
    姜林林 柳建华 张 良 徐小进
    2018, 33(9):14.
    [摘要](182) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](61)
    摘要:
    本文对CO2 在水平微细管内流动沸腾特性进行实验研究。实验结果表明:热流密度增加对强化核态沸腾换热和高干度区域流型转变具有显著影响,随着热流密度的增加换热系数增加,对摩擦压降影响很小;质量流率对于换热系数的影响较小,但随着质量流率的增加摩擦压降大幅增加,质量流率的大小直接决定了换热过程所经历流态;饱和温度升高换热系数相应升高,摩擦压降减小,且对流态转变特性有重要影响。在同样工况下摩擦压降最大值先于换热系数最大值出现,理论分析采用的流态形式与实际CO2 管内流动流动沸腾换热流态基本一致。
    4  带闪发器的两种补气热泵系统性能模拟研究
    王 宁 廖晓炜 黎亚洲 徐洪涛
    2018, 33(9):23.
    [摘要](500) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](54)
    摘要:
    对热泵系统分别建立了中间补气和吸气补气两种热力学模型,模拟研究了系统的性能,并与常规热泵系统进行了对比。结果表明:混合后的吸气温度与吸气管路温度之间的差值Δt 是影响吸气补气热泵系统的关键;中间补气热泵系统在各个性能上优于吸气补气热泵系统,但吸气补气热泵系统可以通过调节合适的Δt 和补气量来提高系统性能;在不同的蒸发温度下,各热泵系统同一性能参数的变化趋势基本相同;蒸发温度在-10~-20 ℃范围变化时,与常规热泵系统相比,中间补气系统的最优COP提高了7.53%~8.90%;在Δt 为0.2 ℃的工况下,当蒸发温度从-20 ℃提升到-10 ℃时,吸气补气对系统性能的影响更显著。
    5  基于有限元分析的汽轮机转子低周疲劳损耗研究
    张 炜 胡玉峰
    2018, 33(9):31.
    [摘要](184) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](49)
    摘要:
    采用有限元法建立了基于某电厂汽轮机转子温度场和热应力场的数学模型。在对汽轮机的冷态启动、温态启动、热态启动以及滑参数停机4个工况下的瞬态温度场以及热应力场进行模拟分析基础上,确定转子最大热应力点作为监测点,对监测部位的温度与热应力进行了疲劳损耗仿真计算。根据最小二乘法获得转子钢材料的疲劳特性曲线,利用MATLAB进行多项式拟合,获得转子应变与疲劳寿命损耗的函数关系式,求得汽轮机转子启停下的低周疲劳寿命。研究结果表明:该机组累积十年运行条件下形成的疲劳损耗为2.506%。机组冷态启动过程中,转子承受最大温差与热应力,最大热应力值445 MPa;当温升率由3 ℃/min提高到4 ℃/min时,转子的低周疲劳寿命损耗由0.040%上升到0.103%,寿命损耗明显增大。
    6  基于人工蜂群算法优化支持向量机的燃气轮机故障诊断
    邱 正 钱玉良 张 云 张 霄
    2018, 33(9):39.
    [摘要](199) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](56)
    摘要:
    针对基于SVM(支持向量机)的故障诊断方法中支持向量机的参数难以选取导致诊断结果较差的问题,采用ABC(人工蜂群算法)对支持向量机的惩罚因子C和核函数参数σ进行优化;并构建了ABC-SVM(人工蜂群优化支持向量机)对燃机涡轮叶片故障进行诊断。诊断实例表明,该方法诊断准确率达到96.43%,具有很好的诊断效果,为燃气轮机故障诊断提供了一种新的方法,具有实际应用价值。
    7  双层隔振系统反馈控制隔振性能仿真研究
    左晓镭 宿金成 王治红
    2018, 33(9):44.
    [摘要](161) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](56)
    摘要:
    采用阻抗分析法对双层隔振系统进行主动隔振仿真研究,建立双层隔振系统数学模型,并编程进行求解与仿真。在该模型中引入反馈控制环节,从而得到双层主动隔振系统数学模型。分别以m1速度、位移和加速度为反馈参量,在保证控制系统稳定性的情况下,确定反馈增益范围。分析其各自的控制效果,最终确定隔振效果比较理想的反馈控制。结果表明:在双层隔振系统中加入适当的反馈控制环节可获得良好的隔振效果。
    8  某600 MW锅炉高温腐蚀和烟温偏差控制的数值模拟研究
    李汝萍 齐晓娟 童家麟 吕洪坤
    2018, 33(9):50.
    [摘要](144) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](60)
    摘要:
    某600 MW四角切圆锅炉低氮燃烧改造后一直存在炉内高温腐蚀和两侧再热汽温偏差大的问题,对炉内贴壁气氛进行试验测试并进行数值模拟计算。结果表明:炉内局部还原性气氛尤为浓烈,特别是4号角区域,局部CO体积分数达到了12%;SOFA风量降低至总风量的20%后,炉内CO和H2S体积分数明显减小,出口NOx体积分数上升幅度在20%以内;4号角二次风量低亦是再热汽温偏差较大的主要原因。在锅炉实际运行中降低燃尽风率、加大4号角二次风量,两侧汽温偏差均小于3 ℃,贴壁区域局部过强还原性气氛亦得到改善。
    9  空气分级切向燃烧锅炉炉膛配风优化模型
    刘福国 王守恩 张绪辉 王海超
    2018, 33(9):58.
    [摘要](147) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](46)
    摘要:
    为实现空气分级低NOx燃烧锅炉主燃烧区过剩空气系数的在线监控,提高该类燃烧系统的运行水平,以二次风挡板作为一次元件,利用二次风箱到炉膛出口的压降模型对二次风喷嘴的空气流量进行测量;在此基础上,根据锅炉冷热态试验数据,综合考虑颗粒燃烬、NOx排放量以及风机输送电耗等因素,建立空气分级低NOx燃烧锅炉炉内风粉分布的优化模型,在给定燃料喷嘴运行方式和炉膛出口过剩空气系数的条件下,对二次风挡板开度进行优化。一台300 MW锅炉的应用表明,炉膛配风优化后,烟气NOx排放和颗粒燃尽度得到良好协调,且在保证NOx排放量为255 mg/m3的情况下,优化后风箱-炉膛差压降低191 Pa,减少了风机电耗。
    10  乳化碳氢燃料与碳氢燃料传热特性实验对比研究
    胡琼宇 郭亚军 毕勤成 贺宇锋
    2018, 33(9):67.
    [摘要](179) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](53)
    摘要:
    在压力为3 MPa,质量流量为2.6 g/s,出口流体温度加热至900 K的条件下,实验研究超临界压力下,对比含水量分别为20%和30%的乳化碳氢燃料与碳氢燃料的传热特性。实验结果表明:超临界压力下乳化碳氢燃料比碳氢燃料的热沉更大、热流密度更大、定压比热容更大、换热能力更强。故乳化碳氢燃料的传热特性更好,更适用于作为发动机再生冷却的冷却剂。
    11  基于供热系统热惯性供热机组短时深度参与电网调峰及风电消纳研究
    毕庆生 李邓超 朱 侃 韩 雪
    2018, 33(9):72.
    [摘要](350) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](49)
    摘要:
    针对我国供热机组占比高的北方寒冷地区特别是东北地区的电网,在冬季供暖期间存在严重弃风的问题,提出了利用供热系统的蓄热特性,供热机组短时深度参与电网调峰及风电消纳的方法,并建立了供热系统热惯性数学模型和含供热系统热惯性供热机组短时深度参与电网调峰及风电消纳的数学模型。结合案例的详细计算说明了配合电网在用电高峰时段,采取供热机组对建筑物提前蓄热的办法,蓄热时间为6.44 h,在电网低负荷时,供热机组降适当减少供热量进而减少电负荷,利用建筑物和热网的蓄热量满足供热要求,放热时间为8.26 h,从而获得更加深度调峰容量空间协助电网度过低谷并消纳风电等可再生能源,具有可行性和可操作性。供热机组按最小抽汽量114.3 t/h运行时,每台机组可为风电并网增加约162.96 MW的容量。
    12  热泵热水器中电子膨胀阀节流特性的试验研究
    虞中旸 陶乐仁 袁朝阳
    2018, 33(9):79.
    [摘要](188) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](56)
    摘要:
    节流元件中电子膨胀阀控制制冷剂流量最为精准。对热泵热水器中电子膨胀阀的节流特性进行试验研究,结果表明:系统制热性能随阀开度的增大而先增大后减小,电子膨胀阀有最佳调节区间;制冷剂充注量和水流量均影响电子膨胀阀节流特性,使最佳调节区间发生偏离,充注量增大将降低电子膨胀阀调节精度,水流量增大需增大制冷剂流量与之匹配;当充注量在最佳值附近发生偏离时,可调节阀开度和水流量等条件进行修正,以使充注量返回最佳值。
    13  基于大数据和神经网络的锅炉燃烧含氧量建模研究
    彭道刚 梅 兰 李生根 何 钧
    2018, 33(9):86.
    [摘要](253) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](39)
    摘要:
    提出一种基于大数据的神经网络辨识多输入单输出(MultipleInput SingleOutput,MISO)系统的方法,采集现场运行的锅炉燃烧系统总风量、总煤量、炉膛氧量等历史大数据,首先使用数据平滑、去除趋势性、归一化等步骤进行数据预处理,然后利用近邻法删选出表征系统特性的样本数据集,利用神经网络模型进行训练后挖掘出数据之间的关系,最后在升、降30%负荷的情况下分别进行模型预测。结果表明,虽然只将采集到约0.658%数据容量进行训练,但在对整个大数据容量进行测试时,模型误差仍在允许的范围内。
    14  风浪入射角对漂浮式风力机动态响应影响研究
    周 伟 叶 舟 宋建业 李 春
    2018, 33(9):93.
    [摘要](188) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](55)
    摘要:
    采用开源软件FAST并结合多体动力学方法,以驳船式(ITI Energy Barge)平台5 MW海上漂浮式风力机为研究对象,研究海上漂浮式风力机塔架与平台结构在风浪不同入射角下6个自由度大小与幅值变化,并分析风力机塔架与塔基在风浪入射角度不一致工况下的动态响应;将模拟所得数据在Matlab语言编辑的Mlife程序中运行,进而得到风力机等效疲劳载荷(DEL)。结果表明:平台6个自由度中,纵荡和纵摇随来流风速的变化最为显著;海上风力机的DEL不仅与风浪载荷大小有关,与其方向也有着密切关联;来流风、浪载荷之间的夹角较小时,风力机塔架和塔基的DEL相应较大。研究结果对海上Barge平台结构的设计与安装具有一定的参考价值。
    15  海上风力机锥体结构抗振分析
    许子非 叶柯华 李 春 丁勤卫
    2018, 33(9):101.
    [摘要](183) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](75)
    摘要:
    为降低海冰与海上风力机撞击作用下的结构非线性动力响应,提出锥体结构防振模型并将其安置于风力机与海平面交界处。通过开发海冰载荷计算模块并与风力机多体动力学气动-水动-伺服-弹性仿真软件FAST结合,建立风-冰-结构多物理场耦合下的海上风力机动力学仿真模型。基于Croasdale与Kärnä 方法计算海冰与结构碰撞,对比5组不同锥角下的结构动力学响应,研究锥体结构对海冰碰撞的减振降载效果。结果表明:未安装锥体结构时,海冰载荷、塔顶位移与塔顶加速度的幅值较大,且频率易与风力机发生共振;安装锥体结构后,随着锥角由70°减至40°,动态响应减弱,幅值分别减小79%、71.8%与30.8%,且频率均远离风力机固有频率,避免发生共振;塔基剪切力的最大值与标准差也因安装锥体而减小,其中最大值减小26.9%,标准差减小67.8%,降低风力机所受的疲劳载荷。
    16  AP1000核电厂二回路热力系统计算与分析
    张小勇 刘 琦 杨志平 吴志钢
    2018, 33(9):107.
    [摘要](578) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](57)
    摘要:
    针对核电二回路系统与常规火电机组热力系统在参数设定、热力特性等诸多方面的差异,本文基于ASME PTC-6等相关标准要求,以某AP1000压水堆核电机组为研究对象,首先对该机组二回路热力系统热耗保证工况(turbine heatacceptance,THA)下的表征算法进行研究,其次对不同设计工况下的特性参数进行计算,并在此基础上建立了核电机组二回路系统热力性能评估分析模型。随后应用该模型对案例机组在某一实际运行工况下的热力特性进行详细计算,在该运行工况下,低压缸第八级段、第九级段特征通流面积(CFA)较设计值偏差大,分别为6.38%和17.07%,其余级段偏差均在合理范围内,由此可初步判定第八级段、第九级段发生故障。
    17  生物质—太阳能双热源联用系统耦合供热方案研究
    杜 聪 杜洋洋 刘联胜 王冬计
    2018, 33(9):114.
    [摘要](434) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](50)
    摘要:
    对不同耦合连接方式下的生物质-太阳能双热源联用建筑采暖系统进行了数值研究,讨论了双热源直接耦合、间接耦合、热源串联连接、并联连接等各种供热方案的系统运行特性。研究表明,直接耦合的太阳能集热效果高于间接耦合,供暖期内前者的太阳能利用率高于后者2.7%;双热源分支流量比λ是影响并联耦合运行时系统热供效率的重要因素,当λ等于双热源的负荷比时,系统达到最佳供热效率。
    18  襟翼翼缝结构改进设计控制流动分离的数值研究
    朱海天 李 春 郝文星 丁勤卫
    2018, 33(9):120.
    [摘要](202) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](57)
    摘要:
    翼缝是翼型主体与襟翼之间的缝隙,对翼型气动性能与流场结构有很大影响。以两段式NACA0018翼型为基础翼型,对传统弯曲翼缝进行改进设计与数值模拟,以期增大失速攻角及改善在大攻角下的气动性能。结果表明:在小攻角下,导叶翼缝襟翼翼型的升力较原始NACA0018翼型小,阻力较大,但在大攻角下,导叶翼缝可减小翼缝中流体的速度损失,为翼型上表面边界层提供更多动能,从而改善流场结构及失速特性,弯曲翼缝可增大1°失速攻角,而导叶翼缝可增大8°,攻角为18°时升力系数较弯曲翼缝提升43%。因此,导叶翼缝可极大地改善翼型在大攻角下的气动性能。
    19  基于热电制冷的电池模组热特性试验研究
    牛甜甜 张恒运 蒋 乐
    2018, 33(9):126.
    [摘要](250) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](47)
    摘要:
    本文依据单位面积制冷量和能效值β两个参数,选用TEC1-12711T150作为电池模组的核心制冷元件;搭建了具有泡沫铜和石蜡复合传热结构的电池模组(3×5阵列)试验台;设计3组对照试验:自然对流方式、液冷方式和热电制冷方式,分别测试电池模组在不同换热方式、不同发热功率下的热特性,验证热电制冷技术在电池模组热管理方面的可行性。试验表明:单体电池发热功率为2 W时,热电制冷片(Thermoelectric cooler TEC)冷却方式下电池模组历时约1 280 S后可趋近稳定状态,且达到稳态时电池模组最高温度仅有31.5 ℃,远低于液冷方式的44.5 ℃。
    20  热再生氨化学电池的实验研究及热力学分析
    王福添 张绍志 陈光明
    2018, 33(9):132.
    [摘要](669) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](45)
    摘要:
    热再生化学电池是一种利用低品位热能的新型途径,其中,热再生氨化学电池(TRAB)具有能量密度高的优势。为了提高电池容量,本文对电解液含0.1~3.5 mol/L Cu(NO3)2 的TRAB进行了实验与理论研究。在常压、293.15~323.15 K温度范围内,实验测得TRAB阳极对Cu(NH3)2+4 /Cu的温度系数为-0.879 mV/K,与理论计算值相差6.14%。进而对一个TRAB基本循环进行热力学分析,研究TRAB工作温度和再生温度的影响。当TRAB工作温度从293.15 K升至323.15 K时,放电效率从50.77%提高至54.91%;当再生温度为373.09 K、环境温度为303.15 K时,发电效率为0.49%,相应的循环热力学完善度为5.51%。
    21  红外测温系统在660 MW电厂锅炉应用研究
    于 磊 杨国田 刘 禾 李新利
    2018, 33(9):138.
    [摘要](165) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](59)
    摘要:
    为解决直接测量电厂锅炉炉膛燃烧层温度困难的问题,开发了炉膛层温红外测温系统,并在国内某660 MW超临界机组电厂锅炉上安装并运行。采用该系统可以直接、快速、连续地测量炉膛各燃烧层实时温度,实现了炉膛燃烧状态监测点的前移。基于炉膛各燃烧层温度数据,开展机组超低负荷燃烧适应性测试,最低负荷达到127 MW,达到了额定负荷的19.2%,与未采用该系统的同类电厂相比,每年节省燃油量约60%。
    22  煤种对燃煤电厂碳排放经济性的影响研究
    马 凯 韩文涛 丁 艺 高正阳
    2018, 33(9):142.
    [摘要](625) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](58)
    摘要:
    为了减少温室气体排放,同时保证电厂运行的经济性,本文采用VB6.0编程实现对一台600 MW锅炉热力计算,对比分析了4种不同煤种对锅炉效率、燃煤成本的影响;基于物料平衡法重点分析煤质成分对碳排放及脱硫成本影响。结果表明:同一负荷下,低位发热量越低、收到基碳含量越高的煤种燃煤量、碳排放量越大;煤质特性和碳价共同决定燃煤成本、排碳及脱硫成本,燃用贫煤时整体经济性最差;碳价变化时,不同的煤种对应的燃煤和排碳总成本也不同。根据当前燃煤价格及碳价提前预测电厂运行经济性,对燃煤电厂合理选择煤种提供有益的参考。

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