2021年第36卷第12期文章目次

2021, 36(12):1.

[摘要](47) [HTML](0) [PDF 2.65 M](180)

摘要:
在用强制进化随机游走算法优化换热网络时，优化后期由于换热单元之间存在耦合关系，换热网络结构已基本稳定，难以新增加或者消去换热单元，因此结构变异较为缓慢。为了促进结构变异，提出了一种割裂结构耦合关系的高效优化方法。该方法基于耦合关系随机消去换热单元，使得匹配已稳定的冷热流股重新获得一定的换热潜能，从而具有匹配新换热单元的潜力，快速寻找到更多匹配方式。通过20SP和15SP算例进行有效性验证，分别取得1 395 461 $和5 115 557 $的年综合费用，表明割裂结构耦合关系的方法能进一步促进结构进化，增强算法的全局搜索能力。

2 垃圾焚烧电站焚烧炉-余热锅炉效率及其不确定度研究

徐凯，钟平，宋金时，孟桂祥

2021, 36(12):8.

[摘要](615) [HTML](0) [PDF 2.20 M](180)

摘要:
根据德国标准以及不确定度分析原理，采用焚烧炉-余热锅炉效率计算方法，构建焚烧炉-余热锅炉效率不确定度计算模型。以某垃圾处理量为935 t/d的焚烧炉-余热锅炉为研究对象，分析焚烧炉-余热锅炉毛效率及燃料效率，并对焚烧炉-余热锅炉效率测试的不确定度进行了评定。结果表明：在进行垃圾焚烧电站锅炉设计及性能试验时，建议采用焚烧炉-余热锅炉毛效率作为设计及评定依据；省煤器出口烟气体积流量、炉渣热灼减率、过热蒸汽流量、湿炉渣量占垃圾处理量百分比和省煤器出口烟气温度5个参数的测量不确定度所占焚烧炉-余热锅炉效率不确定度权重值为98.4%，对试验不确定度影响较小的参数，可以降低测试精度要求，以提高测试效率。

3 扩压叶栅中端壁附面层抽吸对流场品质调控的研究

李聪，江达林，韩吉昂，徐文峰

2021, 36(12):14.

[摘要](31) [HTML](0) [PDF 4.01 M](172)

摘要:
为调控平面扩压叶栅流场品质、使测量结果满足二维性，在叶栅端壁增加附面层抽吸装置。采用试验校核的数值方法，分析了不同抽吸位置、不同抽吸流量、不同冲角时端壁附面层抽吸对平面扩压叶栅出口气流角、轴向密流比和总压损失系数等参数的影响。结果表明：在抽吸位置上，位于叶片中前部的抽吸方案对扩压叶栅流场品质的改善效果相对最好。随抽吸流量增加，流场品质进一步改善，抽吸流量为原型进口流量的3%可使冲角为0°时的轴向密流比降低至0.995，主流区出口气流角偏差小于0.1°；抽吸流量为原型进口流量的2.25%可使计算冲角范围内轴向密流比均降低至1.05以下，主流区出口气流角偏差小于0.2°。冲角在-5°，-3°和0°时端壁抽吸使50%相对叶高位置处平均总压损失降低，冲角在2°，4°时使50%相对叶高位置处平均总压损失增加，损失冲角特性更接近理想二维叶栅。

4 吹风比和唇板厚度对叶片尾缘气膜冷却的影响研究

房一博，牛夕莹，姜玉廷，林洪飞

2021, 36(12):24.

[摘要](39) [HTML](0) [PDF 2.54 M](179)

摘要:
为了探究吹风比、唇板厚度对叶片尾缘半劈缝冷却结构气膜冷却特性的影响，采用数值模拟方法对比唇板厚度为4，5和3 mm，吹风比Br为0.5，0.8，1.0和1.5条件下叶片尾缘后台阶上的气膜冷却效率。结果表明：在吹风比Br为0.5时，叶片尾缘后台阶上产生的回流区大，冷气向展向扩散范围广，冷气在近劈缝一端向展向覆盖的较好，由于吹风比小，冷气流速慢，动量小，在后台阶远端燃气与冷气掺混量大，导致冷气冷却能力降低；在大吹风比下（Br=1.5），冷气流速快，冷气从劈缝射出集中覆盖在劈缝下游处，而肋下游冷气覆盖效果差。唇板厚度影响着唇板出口处形成的回流区，增大唇板厚度将导致半劈缝出口气流分离所产生的涡强度变大，促进燃气与冷气的掺混，降低冷却效率，薄唇板会使尾缘气膜冷却效率显著提高。

5 环境温度对微型燃气轮机运行特性的影响研究

陈颖，李永毅，陈绍敏，陈大鹏

2021, 36(12):31.

[摘要](195) [HTML](0) [PDF 2.72 M](196)

摘要:
为了研究环境温度对微型燃气轮机关键部件与系统全工况运行特性的影响规律，针对100 kW级微型燃气轮机，通过模块化的建模方法建立了全工况计算模型，在环境温度-30~40 ℃、转速在75%~100%工况下，对机组与关键部件的运行特性进行了计算和分析。结果表明：随环境温度下降压气机压比与流量显著升高；燃气初温降低，回热器换热性能与压损均降低，机组功率、回热度与发电效率得到提升；当环境温度降低使机组功率高于设计功率时，随功率增加发电效率下降。

6 集电环笛型通风冷却结构的温度分析及优化

张瑞洁，陈榴，胡磊，戴韧

2021, 36(12):38.

[摘要](15) [HTML](0) [PDF 2.72 M](165)

摘要:
汽轮发电机滑环与碳刷之间的摩擦造成滑环表面温度升高。采用流热耦合模型计算滑环表面的温度分布，通过分析滑环外侧气流分布与滑环温度分布的对应关系，提出在无碳刷区域滑环上方布置多排孔笛型管，强化滑环表面对流换热。计算结果表明：笛型通道沿滑环重新分配风机流量，并在笛型管孔口下方形成射流，直接冲击滑环表面，发挥强化换热作用；通风结构优化后，滑环碳刷的接触点最高温度降低了28.3%，平均温度降低了29%。

7 某型6 MW燃气轮机IGV驱动机构改造

骆平平，许铁岩，劳新力，陈喆

2021, 36(12):45.

[摘要](334) [HTML](0) [PDF 1.61 M](194)

摘要:
针对某型6 MW燃气轮机进口可转导叶（IGV）驱动机构经常卡涩且动作精度低的问题，分析了IGV驱动机构中气动、液压驱动和电缸驱动三种方法的优劣。根据实际情况选用最合适的电动驱动机构实施改造，采用电缸及相关控制系统，将燃气轮机实际运行数据及出厂数据作为IGV动作的基本依据。对比改造前后IGV动作情况和燃气轮机实际运行数据，电缸驱动IGV动作误差小于0.5°，改造后实际稳定运行超过2 100 h。

8 水平圆管蓄热器的传热及非线性特性研究

王娇娇，杨茉

2021, 36(12):49.

[摘要](25) [HTML](0) [PDF 2.74 M](179)

摘要:
利用Fluent 软件对水平圆管外石蜡受热融化的相变蓄热过程进行数值模拟，采用基于焓法的凝固/融化模型，考虑自然对流，建立圆管外石蜡融化模型，其左右壁面冷却温度为293 K，上、下壁面为绝热边界条件，中间加热管壁温度为363 K，矩形腔宽为60 mm，分别取30，60和120 mm底边长作为特征尺寸，中间圆管直径为20 mm，分析圆管外石蜡受热融化后液相区石蜡的非对称流动特性。结果表明：当瑞利数Ra=5.27×106时数值解的轨迹在相空间中呈现一个不动点，表明是一个稳定定态解；当Ra=4.22×107时数值解的轨迹在相空间中为一封闭曲线，表明解是周期振荡解；在Ra=3.38×108时数值解的轨迹在相空间中没有确定的周期，解是随机的；数值结果揭示了在相同的冷却和加热温度下，改变模型的特征尺寸，融化过程的解不止一个定态。

9 湿法脱硫后烟气提水及污染物脱除技术研究

刘高军，姜岸，郭玥，李庆

2021, 36(12):56.

[摘要](259) [HTML](0) [PDF 2.30 M](154)

摘要:
为了研究湿法脱硫后烟气提水能力及污染物脱除效果，采用理论计算和实际测试相结合的方法，针对某660 MW机组在不同工况下进行相关试验。对比分析发现试验工况下实测烟气提水能力分别为121.24，81.42，93.15和70.43 t/h，对应的理论烟气提水能力分别为165.73，108.94，133.28和88.12 t/h，实际烟气提水量与理论烟气提水量的比值介于0.7~0.8之间。100%负荷下烟气提水装置开启后SO3脱除率由51.2%上升到92.9%，固体颗粒物质量浓度降低33.3%；50%负荷下SO3脱除率由11.1%上升到24.5%，固体颗粒物质量浓度降低34.9%。研究表明：实际烟气提水量与理论烟气提水量的偏差一方面是由于烟气提水装置不能完全除雾，另一方面是环境参数、烟气参数和煤质参数等变化影响提水量理论计算结果。烟气提水装置对污染物脱除具有促进作用。

10 喷雾高度和流量对不同表面结构传热系数影响的实验研究

黄诗雯，刘东尧

2021, 36(12):62.

[摘要](396) [HTML](0) [PDF 1.90 M](173)

摘要:
设计搭建了喷雾冷却实验台，以去离子水为冷却工质，研究了喷雾高度和流量对光滑表面和方肋表面传热系数的影响。喷雾高度从29 mm降低到10 mm，喷雾流量的变化范围为20~32 L/h。实验结果表明：喷雾高度从29 mm降低到14 mm，表面传热系数增加72%，而从14 mm降低到10 mm，表面传热系数仅增加2.7%；喷雾流量从20 L/h增加到32 L/h，表面温度降低2.4 ℃，表面传热系数增加10.6%；在相同的实验工况下，方肋表面的传热系数始终大于光滑表面。

11 螺纹管冷却壁传热分析及结构优化研究

徐迅，吴俐俊，苑昭阔

2021, 36(12):67.

[摘要](47) [HTML](0) [PDF 3.00 M](150)

摘要:
将螺纹管应用于高炉冷却壁，利用Fluent软件建立螺纹管冷却壁数学模型，通过数值模拟对螺纹结构进行了优化。建议螺纹管结构参数：肋条数4，肋高1 mm，肋宽5~7 mm，导程20~30 mm。与普通圆管冷却壁的对比研究表明：在冷却水流速为2 m/s工况下，螺纹管冷却壁热面最高温度下降5.6%，但水管进出口压差增长1.69倍；同等冷却效果下，螺纹管冷却壁可节省冷却水量55%；发生缺水事故时，螺纹管冷却壁热面最高温度下降22.4%，能有效降低缺水危害，保护冷却壁。

12 三维肋管肋结构参数对流动传热特性的影响

贾金奎，张俊楠，廖强，丁玉栋

2021, 36(12):75.

[摘要](527) [HTML](0) [PDF 2.55 M](140)

摘要:
为了探究三维肋管肋结构参数对管外流动和传热特性的影响，采用控制变量法通过实验研究了热空气横掠三维肋管时，管外努塞尔数Nu与欧拉数Eu随肋结构参数的变化规律。与相同实验工况下的光管对比，分析了不同肋高、肋宽以及轴向间距对三维肋管综合传热性能的影响。结果表明：在一定流速范围内，Nu随着肋高和肋宽的增加而增加，随着轴向间距的增加而减小；相同换热条件下，三维肋管综合性能评价指标（Performance Evaluation Criterion,PEC）优于光管；且换热管的PEC随着肋高和肋宽的增加而增加，随着轴向间距的增加反而减小。

13 管内湍流传热传质耦合对过饱和度的影响

代安稳，张军，叶晓辉，闾荔

2021, 36(12):81.

[摘要](21) [HTML](0) [PDF 2.81 M](269)

摘要:
为了探究湍流情况下水汽相变传热传质耦合对管道内过饱和度的影响，使用Fluent用户自定义标量(UDS)对传热传质耦合模型进行计算，研究了在不同径向位置、空气温度、壁面温度、空气流速及湿度等因素下耦合项对管道中过饱和度分布的影响。结果表明：沿径向不同位置处，耦合项对过饱和度的影响有所不同；随着温差的增大，耦合项对过饱和度的影响也会增大，当温差增大到一定程度时，耦合项的影响不可忽略；在不同的进口空气流速及湿度下，耦合项对过饱和度的影响基本相同，温差的大小直接决定了耦合项对过饱和环境的影响。

14 R290在微细圆管内流动沸腾摩擦压降特性研究

姜林林，蒋金周，沈志华

2021, 36(12):88.

[摘要](24) [HTML](0) [PDF 2.15 M](149)

摘要:
对制冷剂R290在微细圆管内流动沸腾摩擦压降梯度进行了定性的理论分析和定量的实验研究，分析不同影响因素下其变化规律。实验工况：质量流率50~1 020 kg/(m2•s)、热流密度1~70 kW/m2、管径1~3 mm、饱和温度-10~25 ℃、干度0~1。实验结果表明：质量流率的增大和换热管径的减小，都会造成摩擦压降梯度和增长幅度大幅增加；热流密度值的变化不影响摩擦压降梯度，但会影响摩擦压降达到最大值的时间；摩擦压降梯度随着饱和温度和管径的减小而增大；摩擦压降梯度在中低干度时快速增加，在高干度时增速减小趋于平稳，直至达到最大值后缓慢减小。

15 新型板式凝汽器传热特性及优化研究

田梦雨，吴俐俊，白书诚

2021, 36(12):94.

[摘要](19) [HTML](0) [PDF 3.13 M](155)

摘要:
为了提高板式凝汽器的换热效果，设计了一种椭圆通道板式凝汽器，入口蒸汽进入4个椭圆管束通道，在相变冷凝过程中，体积不断减少，先后进入3个椭圆管束通道、2个椭圆管束通道，随后从单个椭圆管束通道中排出凝结液，简称为4-3-2-1型。通过FLUENT软件在蒸汽流量68.3 m3/h、温度140 ℃，循环冷却水流量为3 487.14 kg/h及温度20 ℃条件下，模拟并分析了短长轴比和板间距对传热性能的影响。结果表明，对于4-3-2-1型椭圆通道板式凝汽器，板束椭圆通道短长轴比为0.6、板间距为10 mm时，其综合传热性能最佳。为了验证新型板式凝汽器通道布置的合理性，对比了4-3-2-1型、4-2-2-2型和4-4-1-1型3种凝汽器的传热性能，当循环冷却水流速在0.08~0.32 m/s范围内，4-3-2-1型板束通道结构传热性能优于其他两种板束结构，更易使水蒸气发生相变凝结。

16 超临界CO2倾斜螺旋槽管内冷却换热特性研究

虞中旸，陶乐仁，张苏韩，邱晗

2021, 36(12):102.

[摘要](33) [HTML](0) [PDF 3.75 M](233)

摘要:
为了提高气体冷却器内换热效率，对不同倾斜角下(-90°，-45°，0°，45°，90°)螺旋槽管内超临界CO2冷却对流换热特性进行了数值模拟，分析了各槽管内的湍动能和速度分布随倾斜角的变化趋势，并研究了不同螺旋角下倾斜角对换热特性的影响。结果表明:浮升力沿流动方向分量和垂直于流动方向分量对流动特性的影响并不相同;在类气区，流体速度对流动特性起主要作用，且换热系数随倾斜角的减小而增大；在类液区，流动特性的主要影响因素是速度梯度，此时换热系数随倾斜角的变化与类气区相反；螺旋角越大即螺旋程度越小，当流体倾斜向上流动时浮升力效应越为显著；当螺旋角为 0.70 rad时，最优倾斜角度为-45°，当螺旋角为0.94 rad时，最优倾斜角为45°。

17 船用分扭人字齿轮传动系统振动能量与疲劳寿命研究

赵天宇，宿吉鹏，邵钢，龙相瑞

2021, 36(12):111.

[摘要](24) [HTML](0) [PDF 2.88 M](154)

摘要:
为了分析齿轮传动系统引起噪声的原因，实现依据疲劳寿命对传动系统的振动进行控制，建立齿轮系统中振动能量与疲劳寿命的关系。针对船用分扭人字齿轮传动系统，运用集中参数法建立了分扭传动系统的弯扭轴耦合振动的动力学模型和方程，考虑齿轮静态综合传动误差、安装制造误差和时变啮合刚度等因素，采用数值积分法计算了不同输入转速和输入功率下系统振动能量和齿轮疲劳寿命，对振动能量和齿轮疲劳寿命数据进行了分析处理，获得了传动系统的疲劳寿命随振动能量的变化规律。结果表明：随着振动能量的增加，齿轮的疲劳寿命呈指数型急剧下降；分扭级的振动能量与疲劳寿命明显小于并车级的振动能量与疲劳寿命。

18 光热吸储系统填充床多孔结构参数研究

李秀秀，杨嵩，王军，黄达

2021, 36(12):118.

[摘要](519) [HTML](0) [PDF 3.14 M](190)

摘要:
为了对基于二次反射式聚光集热系统的光热吸储系统的建设提供理论支持，针对带有循环风机的光热吸储系统开展数值模拟和参数化分析研究。根据能量守恒方程，建立了岩石填充床的一维二相瞬态传热模型，通过MATLAB软件模拟了一个月的储热放热过程，以储热、放热、吸收效率，太阳能-〖HT5”，7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗转换比和平均出口空气温度作为系统热性能的评价指标，分析岩石颗粒直径和孔隙率对系统热性能的影响。结果表明：在30次循环结束后，系统达到稳定运行状态；岩石颗粒直径的变化对系统热性能影响较小，颗粒直径从0.03 m增至0.05 m，孔隙率、储热效率、放热效率和太阳能〖HT5”，7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗转换比下降幅度均在2%以内，平均出口空气温度由1 120 K降至1 100 K；岩石孔隙率的变化对系统热性能影响较大，孔隙率从0.8降至0.4，储热效率由96%增至98.8%，放热效率由97.9%降至92.7%，但吸收效率和太阳能-〖HT5”，7”〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗转换比变化幅度在0.9%内，平均出口空气温度由1 131 K降低至1 122 K。

19 太阳能复合相变蓄能炕的设计及热性能研究

刘长昊，马秀琴，窦一帆，石月

2021, 36(12):126.

[摘要](378) [HTML](0) [PDF 3.39 M](181)

摘要:
为解决我国北方农村冬季采暖过程中能源浪费及环境污染的问题，设计了一种以太阳能为热源，石蜡为相变蓄能材料的蜂窝活性炭-石蜡复合相变蓄能炕采暖系统。在供水温度为40 ℃的条件下，通过对比试验，分析了纯石蜡蓄能炕、蜂窝活性炭孔密度分别为20，30以及40 PPI的复合蓄能炕的热性能。实验结果表明：新型蓄能炕可以满足人体对于夜间睡眠的热舒适性需求。蜂窝活性炭孔密度为20 PPI的复合蓄能炕升温及降温速度最快，分别为0.35和0.39 ℃；炕面层温度标准差最低，为0.39 ℃，比30 PPI的低18.75%，比40 PPI的低23.53%，比纯石蜡的低41.79%；睡眠层平均温度以及炕面热流密度最高，分别为28.10 ℃和11.88 W/m2。可见蜂窝活性炭的加入有助于提高蓄能炕的热性能，且蜂窝活性炭的孔密度越小，复合蓄能炕的热性能就越好。与传统火炕相比，纯石蜡蓄能炕在经济性方面也占优势。

20 基于DES方法的变形叶片气动性能数值模拟研究

胡煜，黄胜羡，王莹

2021, 36(12):134.

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 3.40 M](146)

摘要:
针对适用于垂直轴风力机的叶片，以NACA0012作为基准翼型，采用DES湍流模型，在来流雷诺数Re=1×106的情况下进行了等厚度翼型中弧线主动变形运动的数值模拟研究。选用弦长c=0.601 m，展向长度B=1 m，攻角α为15°(浅失速攻角)和18°(深失速攻角)，变形频率f为0.5，2和5 Hz，变形幅值A〖DD(-*2〗-〖DD)〗为0.1c的参数条件，对比变形翼型与不变形翼型的气动性能。研究表明：在深失速攻角下变形翼型相较于不变形翼型，其升力系数提升52%以上，阻力系数减小64%以上，气动性能可得到有效提升，且变形翼型在特定工况下能有效减小翼型表面分离区及分离涡尺度。

21 尾缘气动弹片对翼型动态失速特性影响研究

薛世成，缪维跑，李春，李根

2021, 36(12):142.

[摘要](25) [HTML](0) [PDF 3.76 M](154)

摘要:
通过研究尾缘气动弹片对翼型动态失速特性影响，提出一种基于气动弹片的主动控制策略，使其于大攻角时抬起，小攻角时闭合。并采用计算流体动力学方法对比分析主动式气动弹片对不同厚度翼型抑制流动分离作用的效果。结果表明：对于薄翼型，发生动态失速时，气动弹片可延缓翼型尾缘涡旋与前缘主流涡的相互作用，减小翼型升力系数骤降幅度；随翼型厚度增加，流动分离点从翼型前缘转向后缘，气动弹片可有效分割较大分离涡，减轻流动分离程度，限制分离涡发展，同时抑制尾缘伴随小涡产生，提高翼型升阻比。

22 基于煤质预测的多目标优化配煤方法研究

胡涛，茅大钧，程鹏远，陈思勤

2021, 36(12):151.

[摘要](185) [HTML](0) [PDF 2.17 M](157)

摘要:
针对火电厂中混煤煤质计算不准确、配煤方案单一且考虑片面等问题，基于粒子群（PSO）优化前馈神经网络算法建立了混煤煤质预测模型；采用非支配排序多目标遗传算法（NSGAIII）建立了由最小绝对偏差型和标准差型优化指标组成的多目标优化配煤模型。对某电厂实际燃煤情况中非线性关系的煤质进行分析，并对预测煤质的不同特点和电厂机组运行特点进行分析。结果表明：基于煤质预测的多目标优化配煤方法，对煤质挥发分、灰分和灰熔点的预测精度比线性加权方法提高了4.55%，3.24%和5.60%，筛选出的6组配煤方案，兼顾了经济性、安全性和环保性，更符合配煤特点。

23 储能技术在冷热电三联供系统中的研究现状与应用

张德怀，蒋润花，罗向龙

2021, 36(12):157.

[摘要](532) [HTML](0) [PDF 2.83 M](225)

摘要:
冷热电三联供（CCHP）系统是利用一次能源或可再生能源发电，并通过多种余热回收设备高效利用余热，建立在能源的综合梯级利用基础上的产能系统。用户负荷动态变化及可再生能源输出不稳定会导致冷热电联供系统供、需侧能量不匹配，储能技术可有效解决该问题。本文总结了CCHP系统中储能技术类型及其研究现状，阐明了CCHP系统中电能储存和热能储存技术的应用方式。指出在传统能源与可再生能源相结合、供能系统越发复杂化的能源发展态势下，系统特性、配置优化和对不同场景制定出运行策略是储能技术与CCHP集成系统未来的研究方向。

24 基于连续平均谱负熵改进经验小波变换的风力机齿轮箱故障诊断

胡璇，李春，叶柯华

2021, 36(12):164.

[摘要](23) [HTML](0) [PDF 3.33 M](166)

摘要:
针对经验小波变换（Empirical Wavelet Transform，EWT）对强噪声环境下风力机齿轮箱轴承轻微故障特征提取不足的问题，利用滑移窗口提取子带的连续平均谱负熵（Continuous Average Spectral Negentropy，CASN）对EWT算法进行改进。通过CASN-EWT方法分解风力机齿轮箱轴承故障信号，采用峭度准则对所得分量进行筛选并重构，再开展包络分析，准确提取出故障特征。结果表明：CASN-EWT方法在保留EWT算法自适应性和有效避免模态混叠效应与端点效应优点的同时，能够极大提高EWT分解算法对噪声影响的鲁棒性，有利于准确提取故障特征频率，实现故障精确识别。

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