2021年第36卷第6期文章目次

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    • 1  燃气轮机涡轮盘腔燃气入侵与封严技术研究进展
    贾兴运，何立东，王文昊，柴柏青
    2021, 36(6):1.
    [摘要](572) [HTML](0) [PDF 3.02 M](232)
    摘要:
    涡轮轮缘间隙燃气入侵及封严技术是燃气轮机领域研究的热点和难点问题。本文针对转-静盘腔内部流动及轮缘密封、多物理场环境下热运行轮缘间隙、封严扫吹流与主流相互作用进行综述，分析并总结了燃气入侵与封严技术的未来研究重点和发展趋势，包含非定常多模态高温燃气入侵理论、轮缘间隙大尺度涡系结构演化规律及封严扫吹流径向迁移机制及损失机理等。
    2  换热网络中大步长与接受差解的关联分析及改进策略
    杨 岭，崔国民，徐 玥，肖 媛
    2021, 36(6):9.
    [摘要](293) [HTML](0) [PDF 2.60 M](193)
    摘要:
    RWCE算法优化换热网络时，较大的优化步长能够在接受差解的作用下促进结构变异，从而有效地跳出局部最优解。但持续的大步长无法保留结构变异后新生成的、换热量较小的换热单元，影响结构进化效率。基于大步长与接受差解的关联性，提出了一种大步长与接受差解联动策略，将接受差解和采用大步长同频，仅当接受差解时才使用大步长，并必定接受大步长作用下的新结构，保证大步长对结构变异的促进作用，解决大步长作用下新生成单元难以保留的问题，全面提升结构进化效率。将大步长与接受差解联动策略应用于20sp和15sp算例，分别得到结果为1 395 389和1 511 551 $/a的最优换热网络结构，性能较基础RWCE算法提升7.06%和1.69%，验证了该策略对提升算法结构进化效率的有效性。
    3  偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动分析
    李正贵，何扶兵，潘诗洋
    2021, 36(6):16.
    [摘要](27) [HTML](0) [PDF 2.81 M](186)
    摘要:
    为研究偏工况下贯流式水轮机叶顶间隙内部流动特征，以某水电站实际运行的水轮机为研究对象，基于SST k-ω湍流模型，研究水轮机在流量为308.538 m3/s，间隙值为10 mm时叶顶间隙内部流场的压力和速度矢量分布以及叶顶间隙内的轴向速度和湍动能分布特性。研究结果表明：在工况3条件下，间隙为10 mm时，在叶片工作面和背面之间大压差的作用下，各个截面均出现了不同程度的流动分离和旋涡运动。从进水边到出水边，湍流强度逐渐降低，叶顶间隙中部受湍流影响较大，沿水流流动方向，各个截面轴向速度分布情况相似，在径向系数r*为0.995~0.997之间时，轴向速度从工作面到背面速度绝对值逐渐增大；在径向系数r*为0.997~1范围内，速度绝对值逐渐降低；在径向系数r*为0.997附近出现了流动分离现象，导致流动状态恶化，湍流能量损失增加，水轮机稳定性下降。
    4  基于PLS与MPGA-ELM的汽轮机排汽焓预测模型
    齐继鹏，闫水保，冯 灿，钱亿博
    2021, 36(6):24.
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 2.08 M](188)
    摘要:
    针对汽轮机排汽焓参数难以直接测量的问题，提出了一种利用偏最小二乘法(PLS)和多种群遗传算法(MPGA)优化极限学习机(ELM)的汽轮机排汽焓预测模型。先将采集到的数据进行预处理，然后通过PLS将多维的输入变量降维成低维相互独立的变量，再利用MPGA对ELM的初始权值与阈值进行优化，最后使用优化后的模型进行训练。并将该模型预测结果与BP、ELM以及SVM等模型预测结果进行对比，结果表明MPGA-ELM具有更低的误差、更高的模型预测精度及更强的泛化能力
    5  蜗舌结构对离心风机动静干涉噪声的影响
    韩艳龙，陈二云，杨爱玲，周海飞
    2021, 36(6):30.
    [摘要](288) [HTML](0) [PDF 3.31 M](193)
    摘要:
    为减小离心风机转子与蜗舌之间的动静干涉噪声，提出一种弧形蜗舌结构，并分析了其对离心风机噪声的影响机制。在现有风机模型基础上，设计了半径为R100、R50和R23的弧形蜗舌代替原蜗舌，采用大涡模拟获取流场信息，利用LMS Virtual.lab间接边界元方法，分析离心风机动静干涉噪声。结果表明:弧形蜗舌有助于减缓蜗舌前缘处流体的冲击脉动速度，能更好地调控蜗壳回流流场，减小气流在蜗壳壁面上附面层的流动分离，改变气流激振力引起的蜗壳振动噪声及动静干涉噪声；弧形蜗舌结构降低了蜗壳表面的压力脉动幅值，噪声整体表现为宽频特性，能量集中在中低频，R50风机噪声表现最优，总声压级最大可降低3 dB。
    6  不同调节方式对引风机经济性影响分析
    李 优，李春曦，杨嘉熙
    2021, 36(6):39.
    [摘要](81) [HTML](0) [PDF 1.77 M](201)
    摘要:
    火力发电厂引风机运行能耗与其调节方式密切相关，为了分析不同调节方式的经济性，利用总费用现值法以及最小年费用法，完成了某300 MW火力发电厂不同调节方式下的年费用计算，并分析了改造方案的抵偿年限以及碳排放。据此，对比分析了三省一区基于不同调节方式的引风机在不同影响因素下的运行经济性。结果表明：小汽轮机驱动最经济，电动变速调节次之，小汽轮机驱动调节每年减少碳排放更多。
    7  基于飞蛾扑火算法的浆液循环泵组合优化
    谷小兵，李建强，徐 贤，陶 君
    2021, 36(6):44.
    [摘要](439) [HTML](0) [PDF 2.48 M](200)
    摘要:
    为了解决浆液循环泵能耗过高问题，在满足供浆指标约束条件的基础上，建立浆液循环泵的最小能耗优化模型，采用螺旋式搜索的飞蛾扑火优化算法求解浆液循环泵的最优组合和频率以及该条件下的最低能耗。分析了10个典型工况点下实际运行负荷、浆液pH值和烟气入口二氧化硫浓度对浆液循环泵能耗的影响。结果表明：负荷与入口二氧化硫浓度越高，能耗越高；浆液pH值在一定范围内越大，能耗越低，若浆液pH值超出一定范围则能耗越高；将飞蛾扑火算法与遗传算法及粒子群算法进行对比，在同等初始条件下，飞蛾扑火算法求解速度更快，计算结果更优，性能更优越。
    8  重型燃气轮机转子不对中故障动力学数值仿真研究
    孟凡刚，黄延忠，冯永志，刘占生
    2021, 36(6):51.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 2.24 M](201)
    摘要:
    不对中是重型燃气轮机转子核心部件最常见故障。以某重型燃气轮机转子为研究对象，建立重型燃气轮机转子不对中故障有限元动力学模型，通过数值仿真计算转子平行不对中、偏角不对中及复合不对中故障下的振动响应。结果表明：转子不对中故障典型动力学特征是二倍频峰值增大，角不对中量单独增加0.5°，转子振幅增加20 μm，动力学响应对偏角不对中更为敏感。
    9  基于逆向工程的涡轮冷却叶片三维建模及数值模拟
    刘言明，李东明，牛夕莹，何泉璋
    2021, 36(6):57.
    [摘要](36) [HTML](0) [PDF 2.17 M](203)
    摘要:
    针对典型涡轮冷却叶片，利用工业CT扫描、3D激光扫描、相关点云处理软件和三维建模软件，重构三维模型，进行高质量的网格划分，合理设置边界条件，对涡轮一级动叶进行气热耦合数值模拟分析。结果表明：该一级动叶叶身温度分布均匀，最高温度约935 ℃，低于材料可承受的温度，出现在前缘叶顶处，为涡轮叶片冷却结构的优化设计提供参考。
    10  边界层吸气对圆柱绕流尾涡脱落结构及圆柱受力的影响
    史旭阳，孙槿静，黄典贵
    2021, 36(6):63.
    [摘要](405) [HTML](0) [PDF 2.69 M](223)
    摘要:
    为抑制圆柱绕流时受到的涡激力、保护圆柱结构安全，通过施加边界层吸气控制圆柱在涡激效应下受到的周期力。采用数值模拟方法分析Re=200时吸气口位置和吸气强度对圆柱受力情况及尾涡脱落结构的影响。结果表明：当吸气口布置在60°、90°和120°位置时，添加吸气条件会显著减小圆柱受到的涡激力；吸气条件的引入对圆柱尾涡的脱落规律有显著的影响，相比较而言，吸气口位置对尾涡脱落结构的影响大于吸气强度；在圆柱受到的涡激力显著减小的情况下，圆柱尾部脱落的尾涡结构较之前有明显变化，由交替脱落的、方向相反的对涡变为不再脱落的、狭长的涡结构。
    11  百叶窗翅片管换热器空气侧传热和流动特性数值模拟
    刘 妮，李 欢，单小丰，靳晓堂
    2021, 36(6):70.
    [摘要](468) [HTML](0) [PDF 2.56 M](206)
    摘要:
    采用数值模拟方法对百叶窗翅片管换热器空气侧传热和流动特性进行研究，分析管排数、开窗角度和翅片间距对百叶窗翅片管换热器空气侧性能的影响。结果表明：空气侧传热系数随管排数增多而降低，最大降幅约12.5%，压降随管排数增多而增大；低雷诺数下百叶窗角度为20°时换热器具有较好的综合性能，较大雷诺数下25°为最佳百叶窗角度；随着翅片间距的减小，换热器传热因子j和阻力因子f均逐渐增大，但低雷诺数时翅片间距较小的换热器综合性能较差。
    12  非均匀来流条件下SCR系统静态混合器布置及喷氨优化数值模拟研究
    李 源，毛 睿，任利明，岑可法
    2021, 36(6):78.
    [摘要](490) [HTML](0) [PDF 2.95 M](183)
    摘要:
    针对某650 MW机组W炉SCR系统静态混合器在非均匀来流条件下的布置及喷氨优化进行了数值模拟研究。通过分析常规导流板设计下SCR系统内流场，提出利用静态混合器对SCR系统进行分区流场优化。大范围混合器布置在脱硝入口烟道，分区混合器布置在喷氨格栅下游并将烟道划分为3个分区。经分区流场优化后，SCR系统内流速、温度和NO〖HT5”〗x浓度分布均有明显改善，首层催化剂入口氨氮摩尔比峰值从1.50降至1.06，但系统阻力增加了177 Pa。为了进一步改善SCR系统内氨氮匹配性，提出分区喷氨优化方案。经分区喷氨优化后，首层催化剂入口的氨氮摩尔比峰值从1.06降至0.98。在非均匀来流边界条件下，分区流场优化结合分区喷氨优化是改善SCR系统内部流场并降低氨逃逸率的最优方案。
    13  600 MW超超临界循环流化床锅炉水冷壁传热特性研究
    李耀德，董 乐，李 娟，杨 冬
    2021, 36(6):86.
    [摘要](28) [HTML](0) [PDF 2.72 M](224)
    摘要:
    为获得超超临界压力下CFB锅炉水冷壁内、外传热特性，建立了水冷壁总传热系数计算模型，并通过高温高压条件下的实验数据拟合得到了工质侧传热系数关联式，将此关联式代入水冷壁总传热系数计算模型，使其预测精度大为提高。研究结果表明：水冷壁传热性能是工质侧传热系数、烟气侧传热系数以及水冷壁管导热性能耦合作用的结果；工质侧传热系数沿着炉膛高度的增加而增加，在30 m时出现第一次峰值，后墙、中隔墙和侧墙水冷壁传热系数分别为24.7，25.9和27.3 kW/（m2•K），而且在此区间内波动剧烈，并在52 m附近达到最大值，后墙、中隔墙和侧墙水冷壁传热系数分别为33.8，35.1和36.2 kW/(m2•K），超过50 m以上区域则迅速下降；在100% BMCR负荷下，水冷壁总传热系数沿着炉膛高度方向减小，在30 m以下区域，中隔墙、后墙、侧墙水冷壁总传热系数分别从220，215.2和213 W/（m2•K）下降到了178，174和170 W/(m2•K)，而在30 m~50 m区间仅下降了4~5 W/（m2•K），在炉膛顶部区域总传热系数几乎不变。
    14  带喷射器的CO2水源热泵空调夏季性能分析
    欧竞赛，刘 雄，韩希铭
    2021, 36(6):94.
    [摘要](495) [HTML](0) [PDF 2.24 M](199)
    摘要:
    提出了一种能够驱动一次回风空气处理机组的带喷射器的跨临界CO2地下水源热泵空调机组。基于热力学原理和喷射器一维等压混合模型，建立了系统夏季稳态性能分析数值模型，利用MATLAB软件进行了计算。结果表明：在地下水温和新风相对湿度较低，且新风比和新风温度较高的条件下，系统性能系数（COP）较大；地下水温较高时，系统存在最优排气压力，且地下水温越高，最优排气压力越大。喷射器有利于提高系统性能，扩展系统适用范围。地下水温和压缩机排气压力是影响喷射器效率和系统性能提升的主要因素。在地下水温和压缩机排气压力较高时，喷射器对系统性能提升百分比影响较大。
    15  近临界压力下R410A在水平螺纹管内的冷凝换热研究
    丁永洁，柳建华，张 良，聂 飞
    2021, 36(6):100.
    [摘要](221) [HTML](0) [PDF 2.58 M](190)
    摘要:
    为研究近临界压力下R410A在水平螺纹管内的冷凝换热特性，在质量流率为200～800 kg/(m2•s)、干度为0.1~0.9、冷凝压力比为0.8和0.9时，对3种不同管径的内螺纹铜管（5、7和9.52 mm）进行单管冷凝换热实验。结果表明：冷凝换热系数随着质量流率和干度的增加而增加，冷凝压力越接近临界压力，换热系数越小；利用已有的近临界压力下的换热关联式对波状流进行预测，Garimella关联式结果较好，有87%的数据在±25%的预估偏差率以内；对环状流进行预测，Sunil关联式的预测效果比较好，有79%的数据在±25%的预估偏差率以内。
    16  石墨烯添加剂对水电机组润滑系统性能影响
    欧 前，余 波，沈俊杰，赵俊杰
    2021, 36(6):107.
    [摘要](10) [HTML](0) [PDF 1.62 M](184)
    摘要:
    针对水电机组润滑系统中，常采用涡轮机油作为润滑、冷却介质的情况，将专门研发的石墨烯添加剂按一定比例加入水电机组润滑系统的涡轮机油中，通过现场试验研究其对润滑性能的影响。根据机组轴承瓦温监测数据，对比加入添加剂前后温度变化情况，间接反映石墨烯添加剂对水电机组润滑系统性能的影响。结果表明：所加入的石墨烯添加剂能改善涡轮机油减摩抗磨性能，为轴承润滑性能改善及轴瓦保护提供新思路。
    17  热电同调策略下冷热电联产系统的运行方案优化
    齐同磊，郑莆燕，仇中柱，应雨龙
    2021, 36(6):112.
    [摘要](466) [HTML](0) [PDF 2.47 M](187)
    摘要:
    针对某综合社区的可调回热燃气轮机冷热电联产系统（CCHP），应用Ebsilon软件搭建了系统仿真模型，研究在热电同调运行策略下，以年净运行收益为目标的联产系统优化运行问题。研究结果表明：在不引入分产设备和储能设备的前提下，通过调节燃气轮机回热度和燃气轮机发电量，可以实现联产系统的热电同调；对于确定的燃气轮机联产系统，热电同调的范围是有限的；研究的CCHP系统在给定的市场条件下，热电同调运行策略与以热定电运行策略相比，全年净运行收益提高了5.23%。
    18  基于GWO算法的脱硫系统出口SO2排放浓度目标值预测
    马利君，尚江峰，王 涛，司风琪
    2021, 36(6):119.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 2.38 M](166)
    摘要:
    考虑环保税对燃煤机组效益的影响，对脱硫系统综合成本进行了分析，建立了脱硫系统最佳出口SO2排放浓度排放目标值模型，利用灰狼优化算法（GWO）对模型进行了优化求解以获得脱硫系统综合成本最低条件下的出口SO2排放浓度。研究表明：在环保税单价高的地区，脱硫综合成本中环保税所占比重较大，此时降低出口SO2排放浓度在一定程度上可以减少电厂的脱硫综合成本，随着环保税单价的增加，最佳出口SO2排放浓度逐渐减小。
    19  5 mm水平强化管内R410A/润滑油流动冷凝压降实验研究
    姜林林，吴清清，沈志华
    2021, 36(6):126.
    [摘要](435) [HTML](0) [PDF 2.49 M](181)
    摘要:
    在质量流率200~400 kg/（m2•s）、干度0.1~0.9、冷凝温度40 ℃及润滑油浓度0~5%的工况范围内，对5 mm水平强化管内R410A/润滑油混合物流动冷凝压降特性进行了实验研究，分析不同质量流率、干度和润滑油质量分数对冷凝压降特性的影响。实验结果表明：摩擦压降随着质量流率和干度的增大而增大；润滑油的存在对压降特性具有重要影响，在中低干度区域摩擦压降和油影响因子随着润滑油浓度的增大而减小，在高干度区域摩擦压降和油影响因子随着润滑油浓度的增大而增大。
    20  兆瓦级水平轴风力机叶片铺层设计参数影响分析
    张 立，闫阳天，李 春，刘青松
    2021, 36(6):133.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 3.74 M](194)
    摘要:
    为研究主梁材料及铺层角度对风力机叶片结构特性影响，基于三维建模软件NX二次开发建立风力机叶片几何模型，结合铺层设计并通过CFD方法获取叶片表面压力分布，采用有限元方法对叶片进行结构模态、强度及屈曲分析。结果表明：碳纤维主梁叶片质量较玻璃钢减轻约8.08%，主梁材料对模态振型影响较小，主梁铺层角度对挥舞方向运动影响更大；0°铺层主梁叶片共振破坏风险低且应力应变峰值均最小，碳纤维主梁叶片较玻璃钢应力及应变峰值降幅最大约20.57%、26.51%；主梁0°铺层时叶片屈曲因子最大，而60°铺层时最小，碳纤维主梁叶片较玻璃钢临界屈曲载荷增幅最大约17.84%，有效降低屈曲失稳风险；额定工况下，叶片局部屈曲域在近叶尖处尾缘区和近叶根处最大弦长截面前缘区。
    21  基于精确桩土模型的桁架式大型海上风力机地震动力学响应分析
    薛世成，岳敏楠，闫阳天，李 春
    2021, 36(6):143.
    [摘要](18) [HTML](0) [PDF 3.30 M](223)
    摘要:
    为更精确研究桁架式大型海上风力机在地震载荷作用下的结构动力学响应，建立桩土模型，描述土体物理性质与桩-土间的相互作用，以桁架式支撑结构的美国可再生能源实验室（NREL）5 MW海上风力机为研究对象，建立有限元模型并分析在湍流风与地震联合作用下的动力学响应。结果表明：相较于湍流风，地震作用对桁架式海上风力机动力学响应的影响更加剧烈；地震导致塔顶位移显著增大；桁架结构与塔架的连接处存在Mises应力积聚，且在地震影响下其更为严重；地震对桩基的运动状态产生显著影响，位移最大值出现在桩底。
    22  THERMOFLEX变工况计算应用于热力设备性能诊断
    毛 成，杨 颖，吴 昊
    2021, 36(6):152.
    [摘要](531) [HTML](0) [PDF 1.64 M](177)
    摘要:
    为了准确判断热力发电厂出现运行参数偏离设计工况的异常状态的原因是由于系统变工况，还是设备故障所致。基于在役核电厂汽水分离再热器（MSR）设计参数，采用THERMOFLEX软件构建热力设备计算模型，实现软件变工况计算并与电厂实际运行数据对比。结果表明，热力设备计算建模的变工况计算结果与实际运行数据的误差在1%以内，能较快地确定运行参数偏离设计的根本原因，实现了对MSR设备运行异常的快速诊断，该方法也可拓展应用于其他热力设备的变工况计算与性能诊断。
    23  柔性支撑下汽轮机组振动响应特性分析
    夏亚磊，吴亚军，张文涛
    2021, 36(6):157.
    [摘要](25) [HTML](0) [PDF 2.63 M](236)
    摘要:
    为解决汽轮机组低压缸轴承振动大的问题，对低压转子振动响应特性进行了研究。基于转子动力学理论建立了转子-轴承支撑系统有限元分析模型，考虑支撑刚度对转子系统振动的影响，计算了不同支撑刚度下转子轴承振动、轴振和绝对轴振响应特性。研究表明：不同支撑刚度下转子不平衡振动响应差异较大，柔性支撑下，轴承振动较大，轴振较小；转子绝对轴振能够较为真实的反映实际振动情况，3 000 r/min工作转速时，柔性支撑下轴承振动对转子不平衡力变化较为敏感；现场可通过精细动平衡降低轴承振动。

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