2020年第35卷第5期文章目次

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  • 1  液滴撞击细纤维的研究进展
    徐文韬 郑佳宜 陈涛涛 余延顺
    2020, 35(5):1.
    [摘要](533) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    液滴撞击细纤维现象在空气过滤、淡水收集及纤维涂层等工程领域很常见,研究该过程的动力学行为及捕集机理,对提高纤维过滤器效率、优化捕获液滴数量具有重要意义。简要分析了液滴碰撞动力学;综述了国内外学者对液滴撞击细纤维动力学过程进行的可视化及数值研究,讨论了撞击速度与丝径、偏心距和纤维表面温度、纤维弹性等参数对碰撞后流动状态及液膜厚度的影响,以及液滴在细纤维上的形状和临界体积等问题。结合电场作用下液滴的动力学特性,耦合电场和重力场是未来研究液滴碰撞动力学的重要方向。
    2  全工况下的1000 MW超超临界机组协调控制系统多模型广义预测控制方法及其工程应用
    于国强 胡尊民 张天海
    2020, 35(5):9.
    [摘要](97) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    为优化1 000 MW超超临界机组协调系统控制性能,设计了基于多模型广义预测控制算法的新协调控制方法。为避免机理建模与实际情况的偏差,利用现场试验数据建立全工况的传递函数模型集,以逼近被控对象的非线性过程。新协调控制策略以多模型为基础,结合被控对象动态特性,并保留了“反馈+前馈”的控制结构。工程应用表明,多模型广义预测控制方法与传统的PID控制相比,提升了机组协调控制系统性能,同时明显改善了自动发电控制(automatic generation control,AGC)的运行考核结果。
    3  采用新单元换热量生成与分布概率协调策略优化换热网络
    赵倩倩 崔国民 苏戈曼 沈 昊
    2020, 35(5):17.
    [摘要](42) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    强制进化随机游走算法应用于换热网络优化,具有算法程序简单、结构进化能力强等特点,但种群个体进化后期依然很难找到使年综合费用再次降低的进化方向。鉴于此,分析新生成换热单元最大换热量(Qmax)取值对优化过程及新生成换热单元换热量(Qn)概率分布的影响,在此基础上采用换热单元换热量生成与分布概率协调的换热网络优化策略,摄动后小概率随机生成换热量较大的换热单元,同时改变Qn的概率分布情况,用于增强结构进化能力。最后采用15SP和20SP算例验证该策略的可行性,较文献结果分别降低了435 498和42 253 $/a,由此证明,该策略可有效提高算法的局部搜索精度和全局搜索能力。
    4  基于变厚度挡板的新型渐扩/渐缩袋型阻尼密封动力特性研究
    张万福 马 凯 潘 渤 顾乾磊
    2020, 35(5):24.
    [摘要](78) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    对传统贯穿式袋型阻尼密封进行改进,通过改变其挡板沿轴向厚度,实现腔室体积沿轴向渐扩/渐缩。建立渐扩式、渐缩式及传统贯穿式袋型阻尼密封结构数值计算模型,应用基于微元理论的密封动力特性系数理论识别方法研究了渐扩(缩)角、进出口压力、转速对新型密封动力特性的影响。结果表明:新型渐扩/渐缩袋型阻尼密封的有效阻尼系数均大于传统贯穿式袋型阻尼密封,其中渐扩式袋型阻尼密封稳定性最好,且3种密封穿越频率变化较小;渐扩(缩)角越大,密封有效阻尼越大;在高频下,有效阻尼系数随进出口压差增大而逐渐增大;转速的升高会降低密封有效阻尼系数,增大穿越频率,进而降低系统稳定性。
    5  三级燃料径向分级燃烧对燃烧室性能的影响
    王 威 李雅军 程 旭 林 枫
    2020, 35(5):34.
    [摘要](92) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    为了适应新的能源和环保形势,同时保障燃烧室在宽工况范围内各项参数满足燃气轮机整体性能需求,试验研究三级燃料径向分级燃烧对燃烧室在50%~100%工况范围工作特性的影响,并根据变化规律得到合理的燃料分级方案。结果表明:该燃烧室在50%~100%工况均可达到OTDF低于20%、RTDF低于5%,总压损失约5%和燃烧效率约99.9%的技术指标;同时满足80%~100%工况NO〖HT5”〗x和CO可低至30 mg/m3(15%O2),60%~80%工况下,NO〖HT5”〗x和CO排放低于50 mg/m3(15%O2)。分析试验数据发现:相较于1路,值班路燃料比例对NO〖HT5”〗x排放、贫燃熄火边界和出口温度均匀性的影响更大。燃料在燃烧室径向中心集中,火焰稳定性提升,NO〖HT5”〗x排放升高,出口温度均匀性变差,壁面温度降低;低工况下,CO排放降低;总压损失和燃烧效率不受影响。据此得到三级径向分级燃烧室在50%~100%工况下特性图谱,为燃烧室在燃气轮机实际运行提供重要参考。
    6  燃气轮机空气系统动-静旋转腔压增及风阻温升的一维计算方法研究
    李 涛 林洪飞 刘 宇 梁 晨
    2020, 35(5):43.
    [摘要](86) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对燃气轮机动-静旋转盘腔流动特性进行研究,采用压力修正方法求解动量方程,加入基于盘面摩擦系数的角动量守恒方程求解旋流系数,提出了基于当地流动参数Cqr=0.1的盘腔流态判断方法,采用考虑摩擦力矩做功的能量守恒方程来模拟温升,从而建立了盘腔流动的一维高精度方法。最后通过与三维CFD计算分析对比了文献\[14\]、文献\[12\]两种摩擦系数计算模型对流动及温升模拟的影响。研究表明:采用Cqr=0.1盘腔流态判定准则的一维计算结果与CFD结果吻合,流态分界位置基本一致;PAP模型计算的压增与CFD吻合较好,差异在5%,文献\[12\]在低转速条件下最大差异在20%;文献\[14\]计算的风阻温升与CFD吻合较好,差异在2%,而文献\[12\]模型差异在15%左右,故采用文献\[14\]模型可有效提高盘腔模拟的精度。
    7  舰船燃气轮机高压涡轮动叶多维热耦合设计方法
    李 涛 梁 晨 刘 宇 林洪飞
    2020, 35(5):51.
    [摘要](67) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对舰船燃气轮机复杂高效冷却叶片设计,基于压力修正算法建立冷却叶片一维管网设计方法;通过快速求解可压缩边界层微分方程获得叶片外换热边界,基于参数化的叶片网格生成方法,采用全隐式有限体积的固体导热求解方法,构建了冷却叶片的耦合传热模型,开发了耦合传热计算程序。对某高压涡轮动叶进行多维热耦合设计,确定冷却流路及冷气分布,通过三维气热耦合计算验证了设计方案的可行性,通过对比分析验证了多维热耦合设计方法对主要流通单元的流量、压力误差小于5%,具备较高的工程应用价值。
    8  1 755 MW核电汽轮机轴向位移跳机阈值调整与验证
    郑军伟 汪 彦 刘 航 田洪波
    2020, 35(5):59.
    [摘要](61) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    为防止某压水堆核电厂在满负荷平台瞬态试验过程中发生因汽轮机轴向位移超过跳机阈值导致的跳机和跳堆问题。通过分析HN1755-7.55/291/275.8-H型汽轮机轴向推力平衡设计方案,得出甩负荷时中压缸轴向推力大于高压缸轴向推力的结果。根据汽轮机节流调节下负荷与蒸汽需求量为1∶〖KG-2mm〗1的关系分析给出了甩负荷过程中轴向位移最大值与负荷的计算式,并给出了经验性的计算系数;基于1号机组54.7%FP跳机试验结果,计算出了100%FP平台瞬态试验过程中的轴向位移值最大值,该计算结果大于轴向位移正向跳机阈值,得出该阈值设计过小的结论。根据汽轮机安装和运行数据,调试方与设计方联合分析后将轴向位移正向跳机阈值由0.50 mm调整为0.80 mm。1号机组在100%FP平台瞬态试验过程中测得轴向位移最大值介于0.61~0.67 mm;2号机组在100%FP平台瞬态试验过程中测得轴向位移最大值介于0.48~0.58 mm。通过调整汽轮机轴向位移正向跳机阈值成功避免了在1、2号机组的100%FP平台瞬态试验过程中发生跳机和跳堆问题。
    9  不同转速下某跨音速轴流压气机的性能分析
    张 彪 宋丹路 曲帅杰 周红燕
    2020, 35(5):64.
    [摘要](186) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    为了研究某跨音速压气机的流动机理与稳定工作的范围,采用三维雷诺平均Navier-Stokes方程组和Spalart-Allmaras湍流模型进行了定常数值模拟。分别计算了90%、100%和110%设计转速下的全工况,同时着重分析了100%设计转速下的近堵塞点与近失速点和其他转速下的最高效率点。结果表明:设计工况点的等熵效率85.35%、压比1.387、流量4.861 kg/s,与设计指标相比,等熵效率和流量偏差2%以内以及压比偏差5%左右均在允许范围内,说明该计算方法验证压气机的内部流动特性是可靠的;叶片吸力面的低能流体在叶片尾缘汇合形成尾迹、激波造成叶片边界层分离和激波与叶顶间隙的泄露流相互作用形成的二次流是引发流动失稳的主要因素;随着转速的提高,进口马赫数增加,压气机在90%、100%和110%设计转速下最高效率点的等熵效率分别为88.57%、86.76%和82.66%。
    10  进汽导流环强度计算及模态分析
    吴仕芳 倪云泽 康 明
    2020, 35(5):71.
    [摘要](381) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    基于某超超临界汽轮机的中压进汽导流环结构,采用有限元分析方法对不同撑筋结构、不同撑筋数量、不同结构约束的进汽导流环方案进行了强度计算和模态分析。强度计算结果表明,各方案的稳态应力均较低,但增强撑筋的结构能够显著改善导流环的高温蠕变性能。模态计算结果表明,撑筋越强壮、数量越多,进汽导流环的各阶固有频率越高。但在其边界约束相同的情况下,各方案的低阶固有频率的差别不大。最终通过合理设定进汽导流环的外部约束显著提高其低阶固有频率,使其大范围避开汽轮机的工作频率。
    11  平直翅片换热器空气侧换热与阻力特性研究
    丛晓春 倪鹏飞 王庆刚 景 洲
    2020, 35(5):78.
    [摘要](440) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    以平直翅片管式换热器为研究对象,利用计算流体力学(CFD)软件进行流动与传热模拟计算。采用正交试验方法确定模型工况,对换热负荷15 kW,设计气温30 ℃,入口风速为1~5 m/s,管壁温度为40~60 ℃,翅片间距为1~5 mm、翅片厚度0.5~4 mm、管纵向间距为0.5~2.5倍外管径,管排数为1~5排的计算工况进行努塞尔数、阻力因子的计算分析。参数敏感性分析结果表明:在1 mm ≤ 翅片间距δ≤5 mm,444≤雷诺数Re ≤3 405时,翅片间距δ是对努塞尔数Nu及阻力因子f影响最大的结构参数。在该范围内提出了由翅片间距与特征长度比值组成的无量纲参数对努塞尔数Nu与阻力因子f的计算关联式。该关联式参数图表明:翅片间距δ越小、雷诺数Re越大,对提高平直翅片努塞尔数、降低阻力因子越有利。
    12  低气压下翅片管换热器空气侧换热特性的实验研究
    张嘉文 柳建华 张 良 刘 旗
    2020, 35(5):87.
    [摘要](44) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    为研究低气压环境下翅片管换热器空气侧的换热特性,对不同气压环境下空气侧流速和翅片间距对平翅片管换热器空气侧换热特性的影响进行了实验分析。实验环境气压范围为40~100 kPa,换热器迎面风速为1.0~3.5 m/s,翅片间距2~3 mm。研究表明:实验工况下环境气压40 kPa时空气侧传热因子仅为常压下的30.42%~46.41%;低气压环境空气侧流速和翅片间距对空气侧换热的影响趋势与常压数据基本保持一致;不改变换热器结构,环境气压的变化仅影响空气物性,而对空气的流动状态的影响不大;翅片间距影响随Re的减小和环境气压的降低而减弱,两种翅片间距模型空气侧传热因子平均差异在环境气压为100 kPa时为12.07%,40 kPa时缩小为3.00%。
    13  临界热流密度实验平台的研究
    徐 洋
    2020, 35(5):92.
    [摘要](36) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对国内外传热实验、临界热流密度实验和气泡行为可视化实验的实验平台,对其热流密度、冷却剂、实验主目标以及应用领域等多个角度进行研究。分析各个实验平台的加热方式以及常用的温度、流量测量仪器的差异性。通过比较,提出采用屏蔽泵作为主泵,在回路中添加稳压器、回热器、预热器、混合器和热交换器等仪器设备的新实验回路方案;在此方案的基础上添加高速摄像机、微距镜头、空隙探针等设备便可进行气泡行为可视化等实验。
    14  配煤掺烧最小煤质偏差模型及煤场存放优化
    黄海东 刘福国 国钦光 殷炳毅
    2020, 35(5):97.
    [摘要](55) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    定义了混煤和锅炉目标煤的煤质偏差,给出以煤质偏差作为目标函数的掺配优化模型,通过调整某个成分的期望误差,可单独调节该成分与目标煤的接近程度;通过对模型约束条件设定,可限制低灰熔点煤的掺配份额,控制炉膛结焦,或提高采购量大的单煤的掺配比例。基于最小煤质偏差模型,针对某670 MW超临界压力直流锅炉进行掺配优化模拟,提出煤场存放的优化概念和方法。结果表明:该模型能够从复杂的单煤煤源中找到最接近目标煤质的掺配方案,优化后入炉煤质稳定,且接近目标煤质。
    15  基于改进烟花算法优化极限学习机的过热汽温特性建模
    马良玉 王永军 左晓桐 莫日格吉勒图
    2020, 35(5):105.
    [摘要](412) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    为建立精确的过热汽温对象模型,以实现过热汽温的智能预测优化控制。借助某600 MW亚临界机组DCS历史运行数据,采用具有外部时延的极限学习机(extreme learning machine,ELM)建立了该锅炉过热汽温特性的预测模型,并采用引入自适应调整惯性权重的烟花算法(Improved Fireworks algorithm,IFWA)对模型参数进行优化,将IFWA-ELM模型与标准ELM模型的预测结果进行对比。结果表明:针对某600 MW亚临界机组,改进的烟花算法鲁棒性强、收敛结果更准确,优化后一、二级过热汽温特性预测模型的测试集平均相对误差分别为0.191 9%和0.097%,具有更好的预测精度与泛化能力。
    16  300 MW等级锅炉变工况低负荷稳燃能力数值模拟与预测
    付旭晨 郭 洋 于英利 康志忠
    2020, 35(5):112.
    [摘要](32) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    采用数值模拟软测量技术,在保证锅炉燃烧稳定和炉内温度较高水平的条件下,预测300 MW等级锅炉在实际运行中可降低到25%负荷稳定燃烧,并经过现场低负荷稳燃实验对结果进行验证。针对一次风速调整、磨煤机投运方式调整和配风方式及运行氧量调整三种方式对低负荷稳燃能力的影响进行分析,结果表明:在降负荷过程中调平一次风速偏差并适当降低一次风速,投运相邻层燃烧器,关小周界风,适当降低二次风量的同时适当降低运行氧量有利于提高低负荷稳燃特性。
    17  组合式滚筒冷渣机灰渣运动规律研究
    彭 涛 王 佳 何庆中 廖伯权
    2020, 35(5):119.
    [摘要](42) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对多六棱管结构、多段组合式滚筒冷渣机,建立了灰渣料床理论运动模型,并采用EDEM颗粒离散元仿真分析方法,对灰渣料床的运动状态进行模拟。分析渣灰填充率、料床表面速率、渣灰活动区最大厚度与滚筒式冷渣机结构参数、运转工艺参数的相关性,结果表明:料床运动周期随转速ω(5 r/min≤ω≤10 r/min)的增加而近似线性减少;且料床运动周期T随填充率F(F≤50%)的增加而增加,随冷渣管内接圆半径R(R≤300 mm)的增加而明显增大。料床表面最大速率vm,随ω增大而小幅提高,随R的增大而近似线性增大,但填充率F小于50%时,F的变化对料床表面最大速率vm没有明显的影响。ω和F的变化对活动层最大厚度δm的影响不明显,但δm随R的增大而近似线性增大。六变形结构相对于圆筒形结构,料床的翻滚次数更多,灰渣的混合运动越强,更加有利于传热。
    18  入口颗粒物浓度对EGR冷却器颗粒物沉积过程的影响
    贾延林 李锦会 田 维 韩志强
    2020, 35(5):128.
    [摘要](31) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)冷却器积碳会使冷却器换热效率恶化,影响发动机性能。基于EGR冷却器颗粒物沉积试验平台,研究了不同浓度的颗粒物在EGR冷却器内物理沉积过程,分析了颗粒物浓度对EGR冷却器内HC冷凝量、不同粒径范围颗粒物减少率以及颗粒物中数粒径的影响。结果表明:颗粒物浓度越高,气态碳氢(Hydrocarbon,HC)的冷凝量越多;气态HC体积分数相同,颗粒物浓度增加,HC冷凝成核对粒径小于30 nm(Dp<30 nm)的颗粒物浓度的影响增强;颗粒物浓度越高,颗粒物撞击凝结对颗粒物沉积过程的影响越大。
    19  微颗粒涡流管惯性分离特性数值模拟
    李明远 虞跨海 芦清文 张振源
    2020, 35(5):134.
    [摘要](58) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    微颗粒摄入对燃气涡轮关键部件产生侵蚀、沉积等问题,严重危害其可靠性与安全性。提出了一种阵列涡流管分离装置,建立了气-粒两相流耦合计算模型,考虑颗粒碰撞和流体相对颗粒作用力,通过分析涡流管内部流动特性、颗粒运动轨迹等,研究了涡流管分离器分离机理,并对比了两种排尘结构对颗粒分离效率的影响。结果表明:涡流管能够有效实现沙尘分离,在两种分离结构颗粒清除口截面积相等的条件下,单清除口分离效率为99.96%,流量损失为6.96%;对称双清除口分离效率为99.90%,流量损失为7.08%,单清除口结构能更快达到颗粒大量分离,减少颗粒在涡流管中的堆积,具有更好的颗粒分离能力。
    20  基于中子成像技术环路热管的可视化试验研究
    程涛涛 崔晓钰 谢荣建 李南茜
    2020, 35(5):141.
    [摘要](421) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    基于中子成像(NR)技术对铜-丙烯环路热管(LHP)在不同加热功率(0、5和10 W)下的运行进行了可视化研究。结果表明:在加热功率为5 W时蒸发器内液体工质在减少,冷凝器能够充分冷凝,液体管线充满液体工质;在加热功率10 W时热管内部冷凝的液体工质量在减少,蒸发器开始出现烧干现象;环路热管能够成功启动并稳定运行,且随加热功率增加启动时间减少;LHP在5 W时内部的气液分布使得传热性能最佳,在10 W时风扇的强制对流并不能达到充分冷凝的效果,导致热管热阻增大,性能变差;LHP运行过程中气体管线部分存在残留液体工质,这会减少LHP的工质实际循环量,降低其传热性能。
    21  往复式活塞压缩机中间喷液制冷系统的
    赵 帅 赵有信 贺素艳 邵 超
    2020, 35(5):147.
    [摘要](170) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    通过对往复式活塞压缩机进行改造,在单级活塞压缩系统的基础上搭建了一种中间喷液冷却的准两级压缩系统并在蒸发温度为-20 ℃的工况下进行实验测量,根据实验数据对单级活塞压缩系统和新型中间喷液冷却活塞压缩系统的COP、〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗损失和〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗效率进行计算。结果表明:加入中间喷液冷却系统后,系统的COP由1.27提升至1.36,单位制冷量由155.1 kJ/kg提升至176.7 kJ/kg;单级活塞压缩系统〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗损失较大的部分是压缩机和膨胀阀,分别占压缩机输入〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗的16.2%和14.8%,加入中间喷液冷却系统后压缩机部分的〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗损失明显降低,仅占压缩机输入〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗的3.6%,冷凝器及膨胀阀的〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗损比也有所下降。
    22  基于多种模型集成学习的制冷系统故障诊断
    张 展 韩 华 崔晓钰 范雨强
    2020, 35(5):153.
    [摘要](29) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    制冷系统故障可由多种模型进行模拟诊断。为了提高其诊断性能,将包括K近邻模型(KNN)、支持向量机(SVM)、决策树模型(DT)、随机森林模型(RF)及逻辑斯谛回归模型(LR)在内的5种成员诊断器,通过绝对多数投票方法集成为一个集成模型,并采用美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)故障数据对1台90冷吨的离心式冷水机组进行建模及验证,数据包含制冷系统的7类典型故障及一类正常运行。结果表明:集成模型在所选数据集上总体诊断正确率达到99.58%,较各成员诊断器(94.55%~99.05%)均有显著提升,对正常运行、局部故障及全局故障的诊断性能亦有改善。此外,对比分析了不同集成模型及成员诊断器的诊断性能,从中找到诊断正确率与时间成本最佳的集成模型(99.41%,1.34 s)。可见,集成模型较单一模型性能更佳,在制冷系统故障诊断中具有更好的应用前景。
    23  中空纤维膜组件分离烟气中CO2模型研究
    李博扬 于 娟 冯 帆 张忠孝
    2020, 35(5):163.
    [摘要](40) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    为方便电厂烟气CO2膜分离过程的工程计算,对中空纤维膜组件分离过程建立了简化模型。该模型不考虑浓差极化现象和渗透侧的压力损失,将膜内流动近似为逆流并采用变化的渗透速率参数。在不同的原料气总流量、原料气CO2浓度和原料气压力等条件下,将模拟结果与实验结果进行了对比,并分析了相对误差的变化规律。结果表明,模型的相对误差随原料气CO2浓度和原料气压力的增大而增大,随原料气总流量的增大而减小。在工程允许的误差范围内,该模型所得的模拟值可以近似地反映实际结果。 〖KH2D〗
    24  电晕离子风湿烟羽治理机理研究及计算分析
    沙浩男 王佳典 赵思聪
    2020, 35(5):170.
    [摘要](291) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    为分析电晕离子风除湿的机理,探究不同电压下等离子场与流场的分布以及影响收水效果的因素,利用COMSOL软件进行数值模拟,计算了电除雾器一维等离子场,得到了电子与离子的分布规律和空间电荷密度;通过附加体积力的方法,计算了不同条件下离子风的分布情况和变化规律;选取内置层流混合物模型进行两相流模拟,分析电场对电除雾器收集液滴的效果。研究表明:阳离子大量集中在电晕极附近,而阴离子则充满电晕外区,使得电除雾器内大部分区域充满了负电荷;由于阴离子受电场力而形成的离子风,在电除雾器内将空气吹卷至筒壁,而且随着电势差的增大,空间电荷密度越大,离子风速度越大。通过对比施加电场前后除雾器出口液滴浓度,发现离子风使得出口水汽量减少近25.8%,验证了电晕离子风除湿的可行性。
    25  烟塔合一排烟对近距离环境影响的预测研究
    王康慧 杨 柳 盛重义 王 圣
    2020, 35(5):176.
    [摘要](471) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对烟塔合一排烟对近距离环境影响的预测进行研究,分别运用物理风洞实验、数值风洞模拟和德国Austal 2000模式3种方式模拟冷却塔下风向空腔区范围,以及空腔区对污染物近距离落地浓度分布的影响,并分析3种不同模拟方法在烟塔合一排烟技术近距离环境影响预测中的差异。结果表明:空腔区的长度大致在冷却塔塔底边缘2.2倍塔高处,高度大致在1.2倍塔高处;近距离范围内污染物落地浓度随距离的变化受空腔区影响巨大,具体表现为落地浓度在空腔区内呈增大趋势,远离空腔区的范围则大致稳定或存在小幅波动;二维数值风洞更适用于空腔区范围的拟合,物理风洞更适用于近距离污染物落地浓度分布的模拟。
    26  中高温烟气干燥脱硫废水过程研究
    王 芳 郭宏伟 郭佳伟
    2020, 35(5):183.
    [摘要](41) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    脱硫废水零排放(ZLD)已成为现阶段环境治理的趋势,传统的治理方法具有高成本、难维护等缺点,因此提出一种利用中高温烟气干燥电厂脱硫废水的新技术。通过将选择性催化还原(SCR)脱硝后的热烟气引入喷雾干燥器,雾化废水使其与烟气充分接触,经干燥进入空气预热器后的原烟道。结果表明:抽取锅炉烟气量的7%左右可干燥脱硫废水2.5 t,使锅炉热效率降低0.68%左右,影响较小。干燥后烟气酸露点温度从93.20 ℃提高到96.72 ℃,不会腐蚀空气预热器等后续工艺设备,同时该技术有利于静电除尘器(ESP)、湿法烟气脱硫(WFGD)系统的运行,利用中高温烟气干燥脱硫废水是可行且有效的技术方法。
    27  脱硫废水在热烟气环境中的蒸发特性及其产物特性研究
    白 璐 王凯亮 罗天翔 杨林军
    2020, 35(5):188.
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对旁路烟道旋转喷雾干燥技术和主烟道蒸发技术,开展了脱硫废水蒸发干燥过程及其产物特性的分析对比研究,比较了两种工艺过程中脱硫废水蒸发特性,并对脱硫废水蒸发产物的表面结构特性进行了研究,考察了Cl元素的迁移分布特性及其对后续除尘系统和粉煤灰资源化利用的影响。结果表明:氯离子浓度增大,蒸发效果会随之降低,pH值则对其影响不大,旋转雾化条件较之于主烟道蒸发效果好;两种工艺下蒸发干燥产物表面粗糙,烟道出口S元素含量增加明显,Ca 、Mg、K等元素略有增加,蒸发后产物大致相同,由于温度的不同,旋转雾化条件主要是以莫来石、SiO2、Al2O3、 KCl、MgSO4、CaSO4·0.5H2O为主,主烟道蒸发则是以莫来石、SiO2、Al2O3、KCl、MgSO4·H2O、CaSO4·0.5H2O和CaSO4·2H2O等为主;废水中氯离子浓度对氯元素以HCl形式进入烟气影响不大,而碱性脱硫废水则可以有效抑制其以HCl形式析出。
    28  市政污泥与水泥生料混合热重及动力学分析
    李侍津 张 岩 杨 郁 刘仁平
    2020, 35(5):196.
    [摘要](48) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    为研究水泥窑协同处置市政污泥的燃烧动力学特性,采用热重分析方法分别对市政污泥、煤和水泥生料及三者混合样品进行热动力学分析,求解了反应活化能和机理函数。结果表明:市政污泥燃烧有4个阶段,有机物分解和部分挥发分析出阶段活化能为69.87 kJ/mol、机理函数为(-ln(1-α))4,剩余挥发分析出和固定碳燃尽阶段活化能为78.94 kJ/mol、机理函数为(-ln(1-α))3;煤和水泥生料热重分析过程分为煤燃烧和生料分解2个阶段,反应活化能分别为43.58、118.21 kJ/mol,机理函数分别为(1-α)-1-1、((1+α)1/3-1)2;市政污泥替代20%煤后,第1阶段活化能基本不变,机理函数由(1-α)-1-1变为(1-2α/3)-(1-α)2/3,反应机理由“化学反应”变为“圆柱对称型三维扩散”,第2阶段活化能降低,机理函数表达式由((1+α)1/3-1)2变为((1+α)-1/3-1)2,反应机理不变。
    29  低频率下电子膨胀阀调节对水源热泵系统参数的影响
    胡鹏荣 陶乐仁 虞中旸
    2020, 35(5):202.
    [摘要](31) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    压缩机低频运行可以减少电能消耗,但对系统性能也会产生一定的影响。以滚动转子式压缩机水源热泵系统为研究对象,通过改变电子膨胀阀开度,研究压缩机在低频运行时系统性能参数的变化特性。实验结果表明:压缩机在低频(25~35 Hz)运行时,电子膨胀阀对过热度或干度的调节区间为1%~9%,提高冷冻水进水温度,低频调控区间变为2%~18%,控制精度提高;制热量与COP在过热度1 K左右达到最大值,较于常规控制过热段(5~10 K)制热量提升10.3%~34.2%;COP提升11%~34.5%;在低频范围内,电子膨胀阀对质量流量的调节区间小于16%,对排气温度的调控区间小于18%;压缩机低频运行时,应避免其吸气口少量带液,此时系统性能骤降,恶化压缩机。
    30  一种二维Stefan反问题的数值求解算法
    徐海民 毕传光 金 峰 张 辉
    2020, 35(5):209.
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对因相变引起边界位置移动的二维Stefan反问题,提出了基于有限体积法(FVM)结合Powell法的求解算法。首先假设待定边界位置的初始猜测值,采用Stefan正问题的无量纲化焓法模型,通过FVM对Stefan正问题进行计算,得到各测温点处对应的温度估计值,计算测量值和估计值的方差,然后采用Powell算法,通过方向置换准则判断搜索正确边界问题的方向向量。通过数值仿真实验对提出的算法进行了验证,讨论了测量误差、测点位置、初值、测量时刻数目以及测点数量对反演精度的影响,并与共轭梯度法(CGM)的反演结果进行了对比。数值实验结果表明,该算法能够精确地识别各种不规则的边界形状,并且对误差和初值等影响因素不敏感,具有良好的稳定性。
    31  基于Simcenter 3D的某人字齿轮箱振动响应分析
    崔朝凯 尹逊民 戴光昊 姜雨霆
    2020, 35(5):217.
    [摘要](490) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    齿轮箱的振动响应分析计算对传动方案的优选、振动噪声预测及其运行安全性评估具有重要作用,齿轮动态啮合力是齿轮箱振动响应的主要激励源。基于Simcenter 3D软件使用ISO+CAI解析法与FE Preprocessor法对某人字齿轮箱的动态啮合力进行求解,并使用模态叠加法得到齿轮箱的振动响应结果。对两种方法的计算结果与试验测试结果进行了对比,验证了两种方法在工程实际上的可行性,比较了两种方法的求解精度,结果表明,FE Preprocessor法的计算准确度更高。
    32  考虑热弹流的齿轮多学科设计优化
    刘 扬 张立章 米 栋
    2020, 35(5):223.
    [摘要](48) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    现有航空发动机齿轮优化设计时通常不考虑尺寸变化对齿轮局部温度梯度的影响,导致应力计算结果与实际相差较大,优化效果不好。为此,提出了基于热弹流分析的齿轮多学科设计优化方法,首先通过热弹流润滑理论对齿轮进行热弹流数值分析,计算出油膜厚度、压力等参数,然后通过求解能量方程得到齿轮温度分布,采用该温度进行应力计算,最终在优化过程中考虑了结构、传热、强度的相互影响,提高了优化结果的准确性。将此方法应用于某传动系统行星齿轮优化设计,该方法与传统设计方法相比,能提高行星齿轮设计能力,优化后行星齿轮减重10.2%。
    33  改进型格尼襟翼对垂直轴风力机气动性能的影响
    张雯丽 朱海天 李 春 程卫国
    2020, 35(5):229.
    [摘要](65) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](4)
    摘要:
    直线翼垂直轴风力机气动效率普遍较低,为此提出一种具有内侧、外侧、双侧格尼襟翼和凹槽格尼襟翼的翼型叶片以提升其气动性能。通过数值模拟研究6种新型叶片对垂直轴风力机风能利用率、力矩系数、流场结构和叶片切向力等气动性能的影响。结果表明:6种格尼襟翼叶片均可在一定尖速比(TSR)范围内提高风能利用率,外侧凹槽格尼襟翼最大风能利用率可提高17.92%;外侧格尼襟翼与双侧凹槽格尼襟翼相比原始叶片可有效降低风力机载荷波动并提高平均力矩系数;双侧dimple-GF可改善动态失速特性,明显抑制旋涡发展;单叶片切向力在上游区明显增大,有效提高了风力机气动性能。
    34  俯仰策略对两台串列风力机功率输出影响研究
    王渊博 缪维跑 李 春 岳敏楠
    2020, 35(5):237.
    [摘要](299) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](3)
    摘要:
    为增加风电场总输出功率,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法,采用致动线(Actuator Line,AL)技术,通过swak4Foam产生指数率风剪切,利用OpenFOAM对两台串列布置的5 MW风力机风电场进行不同叶轮俯仰数值模拟,对比各工况下风电场总输出功率,并结合流场分布云图分析总输出功率存在差别的内在原因。结果表明:风电场上游风力机尾迹会严重减弱下游风力机性能;俯仰策略可有效提升风电场总输出功率;俯仰角从0°增大/减小到±35°过程中,呈现出上游风力机功率先增后减、下游风力机功率持续增加的规律,风电场总输出功率升至极大值后开始下降;正俯仰角时风电场总输出功率较负俯仰角时的总输出功率更高。
    35  污泥干化焚烧新型余热回收系统的热力性能分析
    刘宇佳 王 飞 赵旭东
    2020, 35(5):245.
    [摘要](271) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    基于能量梯级利用的原理提出了一种新型的污泥干化焚烧余热回收系统,充分利用了污泥焚烧后烟气中的高温热量,同时能满足焚烧炉和干化机运行的条件。相比于常规的污泥干化焚烧系统,新系统在干化机后增加了换热单元,充分利用了蒸汽中热量,提升了进焚烧炉污泥的热值;通过设置两级余热锅炉以及调整空气预热器的换热位置,改善了空气预热器和余热锅炉中存在的较大换热温差。基于某污泥干化焚烧项目的设计参数建立了热力计算模型,并基于热力学第二定律建立了余热回收系统的热力性能评价指标,结果显示:随污泥中可燃质含量的增加,余热回收系统的〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗效率升高;相比于常规系统,新系统的热力学〖HT5”,7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗效率提升了1.72%,由于蒸汽品质得到提升并且用于小汽机做功,运行经济性得到提升。
    36  多级降压调节阀结构改进与两相流模拟
    彭 健 何世权 刘帅帅 韦彦强
    2020, 35(5):253.
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对传统串级式降压阀芯加工难度大的问题,提出了一种改进的多级降压阀芯结构,并通过流量试验得到结构改进后的流量控制范围和流量特性。基于FLUENT软件提供的标准k-ε湍流模型和欧拉模型,对改进后的多级降压调节阀进行气液两相流模拟,分析进口气相体积分数对其流量系数和流量特性的影响。结果表明:改进后的多级降压调节阀可拥有不同的流量调节范围;当阀内处于气液两相流状态时,会在各级降压区域内形成气囊,减小调节阀在各开度下的流量系数,但仍能保持等百分比流量特性。
    37  基于现状的亚临界锅炉主蒸汽温度提升研究
    王煜伟 张 禹 黄 俊 王 兴
    2020, 35(5):262.
    [摘要](42) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    江苏电网某300 MW级亚临界燃煤机组为达到供电煤耗低于310 g/(kW·h)的目标,实施了以汽轮机通流改造为核心的综合升级改造,并提出了锅炉升参数运行的方案。基于锅炉设备现状,研究了提高主蒸汽温度的限制因素,通过对存在超温隐患的的后屏过热器进行局部改造,借助壁温在线监控系统对炉内受热面壁温进行精准控制,并提出“滑压反滑温”运行的控制策略,将主蒸汽温度由541 ℃提升至546~556 ℃,进一步提高了机组综合升级改造后能效水平,有利于机组长期高效运行。
    38  循环流化床锅炉纯烧准东煤吹灰器选型及应用研究
    资静斌 刘洪升 王学斌 廖胜明
    2020, 35(5):268.
    [摘要](49) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    新疆某化工厂45 t/h循环流化床锅炉纯烧准东煤,省煤器积灰严重,导致排烟温度超过200 ℃。以该锅炉省煤器为研究对象,分析了省煤器积灰特征并选择气能激波吹灰器进行改造,对比了改造前后的排烟温度。研究表明:省煤器迎风面和背风面积灰为疏松多孔结构,积灰粒径范围在5~10 μm,呈椭球状或不规则球状,迎、背面灰分组成差异不大,主要由NaCl、MgO、CaSO4、CaCO3 和SiO2等组成,省煤器管束底层黏附的积灰难以清理;气能激波吹灰器对未沉积成型疏松性积灰有效,能大幅度改善省煤器换热效果,排烟温度下降了约40 ℃。
    39  一种熔融铝液辐射余热回收用集热器的性能仿真研究
    魏军英 江 政 王吉岱 王 鹏
    2020, 35(5):274.
    [摘要](29) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    以回收熔融铝液辐射热量的集热器为研究对象,建立了集热器热力学过程理论模型,并采用Workbench和Fluent软件对集热器辐射传热过程和对流传热过程进行仿真分析。结果表明:当辐射距离为400~900 mm时,壁面平均温度在190~350 ℃之间;出口压力和壁面温度增加导致对流传热系数减小,而流量增加则使对流传热系数增加;流量和出口压力增加导致出口温度降低;系统流量增加造成压缩空气压降增大,出口压力增大导致压降减小,而壁面温度对压降没有影响。
    40  基于互信息和PID神经网络的SCR脱硝扰动补偿控制
    马增辉 徐慧仪 朱润潮
    2020, 35(5):281.
    [摘要](40) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](2)
    摘要:
    针对火电厂选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction,SCR)烟气脱硝系统机理复杂,工况变化时呈现的不确定性、强扰动等特点,提出了一种基于互信息和PID神经网络的SCR烟气脱硝扰动补偿控制方法。利用PID前向神经网络的学习性能逼近被控对象的逆构成扰动观测器对系统进行反馈补偿,以达到超前消除系统扰动的目的。选取观测扰动和系统扰动的互信息为目标函数,采用改进的帝国竞争算法实现PID神经网络权值的优化调整。设计鲁棒PID控制器来进一步克服被控对象存在的不确定性。仿真实验表明,该方法具有突出的抗干扰能力和较好的鲁棒性,控制品质优于常规的PID控制。

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