2021年第36卷第1期文章目次

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  • 1  再压缩sCO2CPG联合循环热力优化
    李佩蔚,曹〓越,乔宗良,司风琪
    2021, 36(1):1.
    [摘要](532) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    将CO2地质封存与地热能开采相结合,利用CO2羽流地热(CPG)系统开采超临界CO2(sCO2),并通过再压缩sCO2布雷顿循环进行发电。建立了以太阳能为辅助热源的再压缩sCO2布雷顿循环CPG联合发电系统模型,研究了两类参数对联合发电系统性能的影响,并根据遗传算法进行全局参数优化以获得最大系统效率及最小度电耗sCO2量。结果表明:再压缩sCO2布雷顿循环CPG联合发电系统具有较高的热效率,其中,主压缩机入口压力与分流比是影响系统热力学性能的主要参数,通过设计参数优化,系统效率可高达18.47%,度电耗sCO2量减小至60.31kg/(kW·h)。
    2  基于MUEAIO方法的再热汽温系统模型辨识
    蔡雨晴,杨〓平,陈欢乐,徐春梅
    2021, 36(1):10.
    [摘要](534) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为了建立基于实际机组运行数据的再热汽温模型,采用基于M次不相关激励和汇总智能优化(MUEAIO)的多变量系统辨识方法。该方法的优点在于引入汇总优化的方式,有效地降低了模型误差,提高了辨识精度。以安徽田集电厂660 MW锅炉的再热器为例,分别选取一段或三段现场运行历史数据作为模型辨识依据,并用另一段运行数据进行模型验证,实验结果表明:基于MUEAIO方法辨识得到的再热汽温模型能够正确表征系统的实际动态特性,且精确度较高,可以为再热汽温系统控制方案的设计和控制器参数的优化奠定基础。
    3  基于深度降阶模型的翼型气动反设计方法
    闫若鹏,黄典贵
    2021, 36(1):17.
    [摘要](47) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    借鉴深度学习中通过卷积核对连续数据进行特征提取的方法,提出一种翼型气动反设计初步模型。将125组NACA标准翼型作为反问题的学习样本,并随机选取8组非样本NACA翼型检验反设计模型的预测功能。模型以翼型表面压力系数分布作为输入,将翼型几何形状作为输出,通过多层数据卷积的思想,最终找到由翼型表面压力分布到翼型几何的隐式对应关系。结果表明:学习样本内的125组翼型几何数据均方差可保持在1×10-4以下,而样本外的8组翼型几何数据均方差可保持在1×10-4以下,说明本模型具备一定的反设计预测精度。
    4  基于流热耦合方法的中压腔涡流冷却效果数值研究
    石〓磊,周代伟,竺晓程,杜朝辉
    2021, 36(1):24.
    [摘要](53) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    以某超超临界机组中的中压涡流冷却结构为研究对象,采用流热耦合方法进行了数值计算,分析了流域与固体域交界面条件对转轴内部温度分布的影响,并对比了静止与4个旋转速度下转轴的冷却效果。结果表明:对于给定的热边界条件,在设计转速下中压涡流腔室内部流体从转轴带走热量,具有冷却效果;随转速增加,汽流与轮毂壁面的相对速度减小,使壁面温度降低,最大温降增加,转轴内高温区缩小,高温区边界处温度梯度下降,而转轴反转会恶化转轴的热环境。
    5  千兆瓦级超临界CO2透平结构设计及性能分析
    赵兵涛,杨其国,李宇峰,祝海义
    2021, 36(1):33.
    [摘要](365) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    针对以燃煤锅炉为热源的超临界CO2发电系统,采用集约化和新型轴系布置策略的设计理念,结合动力机械理论和热力学计算模型,对千兆瓦级超临界CO2透平进行几何结构设计以及性能评估。结果表明:所设计的千兆瓦级超临界CO2透平包含一个2×3级高压缸和一个2×3级中低压缸,功率分别达到618.1和743.6 MW,总功率为1 361.7 MW。与同级别千兆瓦级超超临界汽轮机比较,超临界CO2透平具有较为显著的技术经济性能。设计结果可为千兆瓦级超临界CO2透平的设计、优化和运行提供参考。
    6  时间倾斜算法模拟涡轮热斑输运的精确性验证
    程新毓,迟重然,臧述升
    2021, 36(1):38.
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    利用时间倾斜算法(Time Inclined Method,TI)对单级和多级涡轮中的热斑输运现象进行非定常计算,与常规(时间推进)非定常数值计算结果对比,探索时间倾斜算法在涡轮热斑输运过程预测中的优势和局限性。结果表明:时间倾斜算法通过减小计算域,提高了非定常计算的效率;动静交界面周向平均时均温度分布与时间推进法计算结果相比偏差较小,分布趋势一致;但是时间倾斜算法在叶轮非等栅距的计算中,对周向节距比仍有一定限制,在时间倾斜算法中对叶片数约化会对不同叶高的温度周向分布的预测产生偏差。对动静交界面上温度分布采用空间傅里叶变换的结果表明,时间倾斜算法能够模拟得到与热斑数及其倍数对应的温度波动幅值,但不能预测数量互质的叶片与热斑相互干涉所导致的不规则温度分布。
    7  超临界水煤气化发电机组凝汽器设计与壳侧数值研究
    巩鹏飞,汪〓旭,陈海朝,戴义平
    2021, 36(1):49.
    [摘要](33) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    凝汽器是汽轮机的重要组成部分之一,其性能对机组的经济性有重要的影响。本文针对超临界水煤气化混合工质凝汽式汽轮机的凝汽器开展研究,完成了50 MW示范工程发电机组H2O+CO2混合工质汽轮机凝汽器的热力设计和初步结构设计,利用准三维模型对其性能进行了数值模拟,分析了不凝气体含量较高条件下混合工质流动传热的特点及凝汽器的性能指标。结果表明:所设计的H2O+CO2混合工质凝汽器汽阻为169 Pa,且第二流程传热系数明显高于第一流程。结构设计能够满足工程实际要求,可以为示范工程建设提供基础。
    8  模化试验中空气温度对贫燃预混燃烧室性能影响的试验与分析
    杨〓强,王〓威,任艳平,林〓枫
    2021, 36(1):55.
    [摘要](27) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为了分析某燃气轮机燃烧室入口空气温度对燃烧室性能的影响,利用低压模化试验台,对某型低排放贫燃预混燃烧室进行了不同入口空气温度下的低压模化试验。结果表明:燃烧室入口空气温度变化不会改变火焰筒壁温分布规律;对于燃烧室出口温度场,入口空气温度变化对出口温度分布系数有一定影响,温度分布系数(Overall Temperature Distribution Factor,OTDF)呈现先降低后升高趋势,入口空气温度420 ℃时,试验测得OTDF为最小值,但温度分布云图大致类似;对于污染物排放,入口空气温度升高会增多NOx的形成。
    9  船舶传动装置齿轮箱运行可靠性分析方法研究
    董思辰,杨子龙,何新党,杨未柱
    2021, 36(1):60.
    [摘要](38) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为评估船舶传动装置齿轮箱的运行可靠性,针对振动信号中冗余的特征参数,提出了一种基于距离评估的特征降维方法,通过计算齿轮箱不同运行状态下特征参数的类内距离、类间距离得到距离评估因子,选择时域、频域中具有最大距离评估因子值的特征参数组成响应协变量,利用威布尔比例故障率模型进行齿轮箱的运行可靠性评估。结果表明:齿轮箱运行可靠度衰减时间与振动信号故障时间相近,证明采用距离评估特征降维方法对时域、频域特征参数进行筛选后得到的低维响应协变量对于设备运行退化特征表现敏感,可为同类型设备运行可靠性分析提供借鉴。
    10  电站甩负荷情况下动力系统的协调控制策略研究
    白〓钰,马宇婷,谷洋洋
    2021, 36(1):67.
    [摘要](36) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    针对电站甩负荷时,主蒸汽压力易产生超压,且传统PID控制器无法快速有效地控制主蒸汽压力的问题,设计了燃烧系统和主机回汽协调控制策略以及小脑神经网络(Cerebellar Model Articulation Controller,CMAC)与PID并行的控制器,并在Simulink平台上进行了电站甩30%和100%负荷时系统动态特性仿真。结果表明:所设计的控制策略和控制器能够使主蒸汽压力控制系统较快地对电站的大负荷扰动作出响应,取得较好的控制效果,保障动力系统的稳定。
    11  壁式再热器对1 000 MW超超临界二次再热锅炉蒸汽参数影响的研究
    黄〓宣,孙俊威,戴维葆,陈国庆
    2021, 36(1):74.
    [摘要](38) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为解决超超临界二次再热锅炉再热汽温偏低的问题,以1000MW超超临界二次再热锅炉为研究对象,提出采取增设壁式再热器的方法提高再热汽温,计算了壁式再热器面积对主再热蒸汽温度的影响。计算结果表明:增设壁式再热器可提高再热汽温,当一、二次再热器各增加350 m2受热面时,可使一、二次再热汽温满足设计要求,但也会导致主蒸汽严重欠温,无过热减温水时主蒸汽温度也低于设计值;采用增加壁式再热器同时提高煤水比,可使主再热蒸汽温度满足要求。
    12  双旋流撞击式超低氮气体燃烧器低氮燃烧实验研究
    霍爱玺,于海龙,王奕雅,刘恩海
    2021, 36(1):80.
    [摘要](299) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为降低燃气锅炉烟气中氮氧化物的排放浓度,设计开发了一种双旋流撞击式超低氮气体燃烧器。通过实验分析了过量空气系数、一二次风配比、负荷变化和旋流强度等参数对燃烧器氮氧化物排放浓度的影响规律。实验结果表明:当双旋流撞击式超低氮气体燃烧器的过量空气系数为1.3、一二次风配比为4∶〖KG-2mm〗6、满负荷运行(45 m3/h)、旋流强度Ⅰ为0.5、旋流强度Ⅱ为0时,燃烧后氮氧化物排放浓度较小(19.85 mg/m3),可达到目前国内对氮氧化物最高要求的排放标准(30 mg/m3)。
    13  SNCR脱硝总包反应动力学模型研究
    张〓曜,于〓娟,姜金东,张忠孝
    2021, 36(1):87.
    [摘要](193) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为与复杂实际流动模型结合并适应炉膛燃烧模拟计算,需要建立简化的能准确反映NO还原过程的SNCR总包反应动力学模型。不同于实验数据直接拟合方法,采用遗传算法,通过比较总包反应模型与详细机理模型的计算结果,得到了优化的总包反应动力学参数。在不同反应停留时间、不同NSR和不同温度(800~1 400 K)下利用总包反应动力学模型进行计算。结果表明:总包反应模型能够准确预测NO还原反应温度窗口、脱硝效率和氨的摩尔分数的变化规律,也能够预测停留时间和NSR对脱硝效率及氨逃逸的影响,具有较好的适用性;预测停留时间为0.3 s时最低NO摩尔分数出现在1 225 K的温度下,最佳脱硝效率约为80%;当温度为1 193 K且氨氮比为15、反应时间为0.1 s左右时,反应体系中NO物质的量浓度就已降为初始浓度的50%以下;当反应时间延长到0.6 s时,脱硝率几乎达到最大值,停留时间超过0.6 s之后NO摩尔分数降低不明显。
    14  全烟道宽度SCR烟气混合器在对冲锅炉上的应用研究
    李明磊,谢新华,韦振祖,张春晖
    2021, 36(1):93.
    [摘要](40) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    某前后墙对冲燃烧锅炉SCR烟气脱硝系统配置的涡流盘型氨喷射系统的负荷适应性差,不同负荷下的局部氨逃逸峰值浓度过大,导致空气预热器硫酸氢铵堵塞严重。基于烟气强制混流机理,设计了含小分区格栅型氨喷射系统和全烟道宽度混合器的优化改造方案,并在该SCR系统上进行了应用。CFD模拟结果表明:在机组高、中和低负荷下,优化方案的顶层催化剂上部截面氨氮摩尔比分布相对标准偏差CV值分别为4.5%、3.8%和1.4%,高负荷下系统阻力仅增加130 Pa。改造工程现场测试结果显示,不同负荷下的SCR脱硝反应器出口NOx浓度分布CV值为10.5%、9.2%和7.9%,喷氨系统具有良好的全负荷适应性。
    15  褐煤预干燥发电机组特性仿真对比及投资经济性分析
    周云龙,姚〓灏,王〓迪,杨〓美
    2021, 36(1):100.
    [摘要](161) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    针对燃用不同干燥程度褐煤时的系统特性、主要参数的变化规律、热经济性及投资经济性问题,利用Ebsilon仿真软件建立以伊敏煤、霍林河煤和乌兰察布煤三种不同褐煤为设计煤种的600 MW机组模型,通过对供电标准煤耗率的设计值进行验证后,对用于燃用不同程度干燥煤的机组进行仿真,分析对比了煤量、入炉风量、锅炉烟气量、锅炉效率和全厂热经济性的仿真结果,并进行了褐煤预干燥系统的投资经济性分析。研究结果表明:各个机组热经济性在燃用不同程度的干燥褐煤时均有所提高,标准煤耗率最多可降低2~7 g/kW·h,对设计煤种水分较高的机组的节能效果尤其明显;可根据所得经济曲线对现有机组进行合理投资引入褐煤预干燥系统。
    16  有蓄能的多能互补耦合系统优化配置研究
    杨〓允,刘鹏坤,向艳蕾
    2021, 36(1):108.
    [摘要](397) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    基于燃气内燃机提出了一种利用可再生能源的有蓄能的多能互补耦合系统。利用混合整数线性规划方法,构建了一种系统优化配置模型,可实现包含蓄能装置在内的设备运行策略、种类、台数及容量的同步优化,并给出了经济、热力和环境影响等系统综合评价指标。以广州市某典型医院为研究对象开展了系统优化配置与综合评价研究。研究结果验证了模型的准确性与有效性,并显示蓄能装置引入后的能力:可以减小系统内其它制冷、制热设备的容量;各机组运行不再完全受负荷的限制,系统运行更加灵活;对系统节能减排性能影响不大,会提高系统经济性。
    17  10MW风力机复合材料叶片结构设计研究
    张〓立,刘宇航,李〓春,韩志伟
    2021, 36(1):117.
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    以DTU 10 MW风力机叶片为研究对象,基于NX参数化建模的二次开发,快速建立风力机叶片三维壳体模型,并对其进行复合材料铺层设计。进一步采用计算流体力学方法获取叶片表面气动载荷,对其进行静力学、谐响应及稳定性分析,预测其发生屈曲的可能性及位置。结果表明:叶片在极限风速下有足够安全性,其最大应力位于主腹板附近,最大应变位于主梁中部;叶片发生共振时,挥舞方向有较大幅度波动,摆振方向及叶片展向仅有小幅波动,初次共振对叶片影响最大;叶片在额定风速下未发生整体屈曲现象,仅在叶片背风面副梁帽处出现局部屈曲,增加该区域铺层材料厚度可改善此类现象。
    18  前缘小翼对翼型气动及噪声特性影响
    徐学昊,叶〓舟,韩彦军,詹枞州
    2021, 36(1):127.
    [摘要](281) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    基于被动流动控制理论及常用气动噪声预测方法,在S809翼型前缘吸力面附加微小翼型,以提高主翼抵抗流动分离的能力。采用数值模拟方法,在α=6°~24°来流攻角范围内计算复合翼的气动性能及噪声特性,并分析了流动控制机理。结果表明:在失速攻角之前,复合翼的气动性能表现优于原始翼型,有明显增升效果,但其气动噪声特性相比原始翼型较差;在大攻角下,前缘小翼的存在将主翼来流失速临界攻角由α=16°延缓至α=22°,且有明显降噪作用,复合翼相比原始翼型在接收点处的噪声总声压级最大可以减小7.23%。
    19  主动式凹槽-襟翼对垂直轴风力机气动性能影响研究
    李〓根,缪维跑,李〓春,刘青松
    2021, 36(1):136.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    为提高垂直轴风力机气动效率,提出在翼型尾缘布置凹槽-襟翼结构,并通过主动控制实现凹槽-襟翼结构随风轮相位角变化的机制。基于该控制机制,以NACA0021翼型为研究对象,采用CFD方法进行数值模拟,研究主动式凹槽-襟翼对垂直轴风力机气动性能的影响。结果表明:与静态凹槽-襟翼结构相比,主动式凹槽-襟翼能有效提高垂直轴风力机风能利用率,同时降低最佳尖速比风轮转速,有利于提高运行稳定性,增大低尖速比下启动力矩以及降低气动噪声;当尖速比大于最佳尖速比时,主动式凹槽-襟翼对风力机气动性能提升效果逐渐减弱。

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