2022年第37卷第1期文章目次

2022, 37(1).

[摘要](333) [HTML](0) [PDF 6.33 M](262)

摘要:
为了揭示展弦比对压气机跨声速级气动性能的影响机理，进一步提高舰船燃气轮机低压压气机的气动性能，采用数值模拟方法研究了展弦比对某船用燃气轮机低压压气机跨声速级气动性能的影响。结果表明:展弦比对压气机性能的影响受到扭曲规律和反动度等参数选择的影响，对于不同的扭曲方式和反动度分别存在着效率最优展弦比和喘振裕度最优展弦比，且在典型的船用燃气轮机压气机的负荷水平下，效率最优展弦比要大于喘振裕度最优展弦比，通过数值模拟手段和线性回归方法在一定范围内给出了其定量的关系。

2 聚光型太阳能光伏光热系统研究进展

尹勇，杨洪海，苏亚欣，徐悦

2022, 37(1):1.

[摘要](453) [HTML](0) [PDF 4.84 M](176)

摘要:
聚光型太阳能光伏光热系统（CPV/T）在传统光伏发电系统的基础上增加了聚光系统和光热系统，在通过聚光系统提高光伏效率的同时将系统中多余的热量加以利用，以达到太阳能最大化利用的目的。本文介绍了CPV/T系统的工作原理及其能效影响因素，以直接影响系统太阳能综合利用效率的聚光器技术、光伏电池技术和光伏冷却技术作为分析对象，结合近几年国内外最新研究成果比较了不同类型聚光器、光伏电池以及冷却方式的优劣，列举了常见的光伏余热利用方式。分析认为：CPV/T系统虽然具有更高的太阳能利用率，但应加大对系统尤其是聚光器经济性的分析；考虑在系统中应用叠层光伏电池缓解聚光器带来的系统体积过大问题；新电池开发过程中应更注意光伏电池的温度系数以减少冷却系统的压力，冷却技术在强化散热的同时也应注意热量的收集方法及其与利用途径的有效结合。

3 大型汽轮机的冷端优化设计及其在大唐东营1 000 MW二次再热机组上的应用

高志溥，蒋寻寒，金益波，刘峰

2022, 37(1):14.

[摘要](273) [HTML](0) [PDF 1.38 M](155)

摘要:
火电机组节能不仅仅是大量新技术的简单堆积，更需要创新的理念。提出大冷端的新理念以及宽负荷节能的技术思想。基于技术经济比较，充分挖掘当地的循环水条件，完成了东营项目的深度优化设计，在国内外首次采用6缸6排汽汽轮机，其不同负荷下的平均热耗降低100 kJ/(kW•h)以上，标准煤单价为700元/t的条件下所增加投入的回收期为7年。东营项目冷端设计包含的专业融合、大冷端及宽负荷节能等创新理念，可用于新建火电项目与现役机组的汽轮机现代化改造的优化设计中。

4 基于NSGWO的火电厂负荷优化分配研究

李涛，曹越，司风琪

2022, 37(1):21.

[摘要](110) [HTML](0) [PDF 1.95 M](175)

摘要:
针对传统多目标灰狼优化算法易出现局部最优和稳定性差的问题，提出了一种改进的多目标灰狼算法。引入基于顺序查找策略（ENS）的非支配排序方法提高算法的速率，采用基于参考点的选取策略以均衡算法优化结果分布，并通过模拟二进制交叉进化机制改善算法跳出局部最优解的能力。结合多目标算法的评价指标，开展基准函数仿真试验，验证了改进算法的优越性和有效性。将改进算法应用于电厂多目标负荷优化分配中，优化结果表明，改进灰狼算法可以有效解决电厂的多目标优化分配问题。

5 超临界机组协调系统的模糊增益调度预测控制

姜川，吕剑虹

2022, 37(1):28.

[摘要](30) [HTML](0) [PDF 1.33 M](174)

摘要:
针对火电厂超临界机组多变量锅炉-汽机协调系统在大工况范围内运行具有强非线性的特点，提出了一种基于模糊增益调度的预测控制方法。通过现场试验获取多个工况点处的协调系统传递函数模型，结合增益调度和模糊逻辑推理方法建立全局自适应模糊模型，利用预测控制技术确保控制系统全局优化品质。基于模糊增益调度的预测控制方法设计火电厂超临界机组协调控制系统，并在大工况范围内进行变负荷仿真试验。结果表明：相较于常规预测控制算法和PID控制方法，基于模糊增益调度的预测控制方法能够在大工况范围内快速跟踪负荷变化，且协调控制系统各输出被调量跟随设定值变化的速度更快，动态偏差更小，控制执行机构动作较快，控制作用变化相对平稳，稳定性好。

6 1 000 MW机组不同BEST级数下变工况回热特性研究

王渡，陈豪，魏佳倩，陈颖

2022, 37(1):34.

[摘要](257) [HTML](0) [PDF 2.63 M](150)

摘要:
为了寻找抽汽背压式汽轮机（back pressure extraction steam turbine，BEST）最佳的级数方案，以配置BEST的二次再热机组为设计基础，保持总回热级数不变，BEST级数从4级增加到8级，对比不同BEST级数下机组的可行性、变工况特性及热经济性。结果表明：从BEST功率相对给水泵功率的裕量来看，当BEST级数等于4级，机组负荷在100%~75%THA工况时，BEST功率无法满足给水泵功率的需求，可行的方案选取BEST级数从5级增加到8级，BEST每增加1级，BEST功率相对给水泵功率的平均裕量增加5~7 MW；对于抽汽压力，当负荷降低时BEST所在的除氧器前的抽汽压力随着BEST级数的增加而减小，BEST所在的除氧器后的抽汽压力随着BEST级数增加而增大；对于抽汽流量，当负荷降低时第1级抽汽流量随着BEST级数增加而增加，BEST所在的除氧器前的抽汽流量随着BEST级数的增加而减小，BEST所在的除氧器后的抽汽流量随着BEST级数的增加而增加；从热经济性来看，随着BEST级数增加机组的热耗率也随之增加，5级BEST方案为机组热经济性最佳的方案。

7 透平叶栅非轴对称端壁优化目标比较

朱能杰，竺晓程，沈昕，杜朝辉

2022, 37(1):41.

[摘要](11) [HTML](0) [PDF 5.10 M](170)

摘要:
基于双控制曲线和改进的Kriging代理模型建立了非轴对称端壁优化设计系统。以Durham叶栅的端壁优化为例，研究不同优化目标对优化结果的影响。研究表明：在通道涡形成段减小横向压力梯度可以有效抑制通道涡强度，进而减小流动损失；在通道涡发展段减小横向压力梯度有助于降低主流区二次流损失，但端区损失明显增大；增加横向压力梯度有助于减小流向涡量强度；从优化成本考虑，总压损失方案具有最佳的收敛性，与角度相关的优化目标则优化成本较高。

8 分流叶片长度和周向位置对氦氙离心压气机性能的影响

张书玮，姜玉廷，林洪飞，郑群

2022, 37(1):49.

[摘要](19) [HTML](0) [PDF 6.30 M](161)

摘要:
为了研究分流叶片对氦氙混合工质离心压气机性能的影响规律，通过数值模拟计算的方法开展了不同分流叶片长度和周向位置的氦氙混合工质离心压气机的流场和特性研究，给出了分流叶片长度和周向位置的最佳设计方案。研究结果表明：分流叶片的长度和周向位置对压气机的性能影响显著，过短的分流叶片不能起到改善流场的作用，过长的分流叶片会造成较大的摩擦损失，过于靠近压力面和吸力面的叶片不能有效抑制间隙泄漏涡的掺混和扩散；使氦氙混合工质离心压气机的效率最佳的分流叶片位置为l=70%，θ=40%，此时压气机的压比为2.502，效率为91.67%。

9 最大厚度位置对高亚音轴流压气机叶型设计的影响

陶船斯嘉，杜鑫，丁骏，周逊

2022, 37(1):65.

[摘要](33) [HTML](0) [PDF 6.48 M](174)

摘要:
为了在具有不同负荷的压气机叶栅的初始设计过程中选取最大厚度位置，采用数值方法对在不同折转角的高亚音来流条件下对扩压叶栅进行了大量的系统性研究，分析了最大厚度位置、折转角以及稠度3个叶栅几何参数对叶栅变冲角特性以及对最小损失冲角下的叶栅气动性能的影响规律。基于大量叶栅样本建立数学模型，用来定量描述最小损失冲角，以及最小损失冲角下的总压损失系数和扩压因子等气动性能参数与叶栅几何参数之间的依变规律；基于该数学模型，绘制了性能参数依变关系图谱，并分析改变最大厚度位置带来的损失收益；给出不同设计条件下最大厚度位置的最优选择图谱，为高负荷叶栅设计提供可靠的叶型参考数据。结果显示最大厚度位置的选择对高负荷扩压叶栅叶型设计来说影响显著，最优的最大厚度位置位于20%~35%相对弦长位置。随着折转角和叶栅扩压程度升高，最优最大厚度位置提前，且带来的损失收益显著提高。

10 进口畸变下涡流发生器对压气机流场的影响

王躍衡，朱国明，王琦，杨波

2022, 37(1):73.

[摘要](14) [HTML](0) [PDF 4.48 M](208)

摘要:
为研究进口总压畸变条件下涡流发生器对压气机流场的影响，建立单级轴流压气机模型，计算和分析了不同工况下的压气机内部流场。计算结果显示：在进口畸变条件下，压气机流场恶化，性能降低；使用涡流发生器后，可以有效改善静叶叶根附近的流场，控制叶片尾缘分离，降低沿叶高方向的压力波动，从而削弱进口畸变对效率的负面影响，改善出口压力场，提高压气机性能；相比于均匀的进口条件，在进口畸变条件下，涡流发生器改善压气机性能的作用更加显著。

11 带新型滤网的船用汽轮机调节阀性能研究

杨宗鑫，陈龙，李剑钊

2022, 37(1):81.

[摘要](10) [HTML](0) [PDF 6.23 M](158)

摘要:
针对采用小孔滤网的驳船式核电汽轮机球形调节阀在大开度时通流损失较大的问题，设计了一种带大窗口的新型滤网。采用Fluent软件对原型阀、小孔滤网阀及大窗口滤网阀流场进行数值模拟，在压比分别为0.9和0.5时计算流量系数及总压损失系数随相对开度的变化值。搭建实验台对大窗口滤网阀的气动性能进行了实验验证。结果表明：压比不变情况下，相对开度从4.3%逐渐增大到43.5%的过程中，大窗口滤网阀在开度小于26.1%时流动特性与小孔滤网阀完全一致，阀内流动较为均匀，可有效降低振动噪声；当相对开度大于26.1%时，与小孔滤网阀相比，大窗口滤网阀流量系数增大，总压损失系数减小，通流性能更佳；大窗口滤网阀的实验值与计算值变化趋势基本一致，最大偏差不超过8%，验证了所采用的数值计算物理模型和计算方法的正确性。

12 模型燃烧室壁面与火焰温度光学测量方法研究

孙彬，韩啸，蔡伟伟，张弛

2022, 37(1):89.

[摘要](12) [HTML](0) [PDF 3.98 M](146)

摘要:
为研究燃气轮机燃烧室壁面温度与火焰燃烧的关系，实验研究了模型燃烧室壁面温度发生改变前后火焰的燃烧特性。采用磷光测温技术对壁面温度进行测量，利用辐射层析技术结合双色测温法对火焰的三维结构及温度场进行了重建。实验时壁面温度在200 ℃附近，火焰的温度范围是1 500~2 000 K。实验结果表明：当气流冲击壁面时，壁面温度发生局部变化，导致火焰与壁面的换热条件改变，会直接影响火焰结构及温度分布，火焰会趋向于壁面温度降低的部分发展。

13 燃气透平叶片尾缘内部冷却通道流动与换热特性研究

叶绿，陈显赟，汪翔宇，丰镇平

2022, 37(1):96.

[摘要](113) [HTML](0) [PDF 6.52 M](174)

摘要:
针对更为接近于真实叶片尾缘段的楔形内部冷却通道的流动与换热特性开展了数值研究，分析了不同冷却工质应用在楔形冷却通道中的性能表现以及不同扰流柱结构、柱肋组合冷却结构对尾缘内部冷却通道中的热力特性的影响。研究表明：区别于矩形内部冷却通道，楔形通道中壁面传热系数沿流动方向呈现逐渐升高的趋势；冷却工质对换热性能影响明显，蒸汽的冷却效果优于空气，而在主流冷气中加入少量的微小液滴可明显改善内部通道的换热效果，并且对压力损失几乎不带来负面影响；3种扰流柱结构中圆顶间断型扰流柱结构具有最佳的换热性能，相较于传统扰流柱，其综合换热因子的最大提升可达15.3%；肋片的引入可使壁面传热系数提高24.9%~32.5%，但会造成压力损失的增加；相较于单一的扰流柱阵列冷却方式其综合换热因子仅可提升2%，一定程度改善壁面传热的均匀性。

14 基于遗传算法的压气机性能曲线拟合方法研究

路绪坤，张士杰，迟金玲，王波

2022, 37(1):105.

[摘要](369) [HTML](0) [PDF 3.16 M](190)

摘要:
为了研究人工神经网络在压气机性能曲线拟合中的应用，分别利用BP神经网络、RBF神经网络、极限学习机以及BP-GA神经网络对某微型燃气轮机压气机的性能映射关系进行模拟，分析了不同网络模型在压气机特性曲线拟合上的优劣，以及样本容量对不同神经网络模型性能的影响。结果表明：BP-GA神经网络模型不仅收敛速度快，而且精度高；相比传统BP神经网络模型，其平均绝对百分比误差可控制在0.189%以内，训练时间可缩短至19.07 s；当样本容量较少时，传统BP神经网络模型不再适用，而基于遗传算法的BP-GA模型仍然保持较高的精度。

15 基于改进广义牛顿法的燃气轮机性能数字孪生体构建方法

闫斌斌，冯坤，江志农

2022, 37(1):110.

[摘要](448) [HTML](0) [PDF 1.94 M](164)

摘要:
为了提高燃气轮机性能数字孪生体求解过程的鲁棒性，提出了一种基于改进广义牛顿法的燃气轮机性能数字孪生体构建方法。首先，选择广义牛顿法作为性能数字孪生体的求解方法；其次，在广义牛顿迭代法的基础上，调整隐式非线性方程对应曲线切线的斜率，改进广义牛顿法的初值设置方法；最后，构建性能数字孪生体，将改进广义牛顿法嵌入性能数字孪生体。通过PGT25+型燃气轮机实测数据验证提出的方法，结果表明：扩大初值范围后，基于改进广义牛顿法的性能数字孪生体的仿真精度仍与原始方法一致，该方法能够提高性能数字孪生体的鲁棒性，扩大性能数字孪生体的适用范围。

16 大膨胀比对转式离心透平设计

李博，杨泽海，黄典贵

2022, 37(1):117.

[摘要](280) [HTML](0) [PDF 2.04 M](144)

摘要:
为了设计高效、轻便、紧凑的叶轮机械，根据对转式离心透平的结构特点，选定9个独立初始设计变量，对大膨胀比对转式离心透平进行一维气动设计。采用中弧线叠加厚度方法进行高压静叶和低压动叶的叶片造型，通过压力面和吸力面单独造型完成缩放流道式高压动叶叶片造型，并采用CFX软件对其进行定常数值模拟。结果表明：大膨胀比对转式离心透平的流量、轮周效率及输出轴功均合理，各项气动设计值与一维设计值的误差均在3%以内，与所参考的两级离心透平相比，对转式离心透平效率提高了2.35%，径向尺寸减小了4.42%。

17 贫煤锅炉灵活性调峰优化调整研究

刘建浩，李战国，马乐乐，刘成永

2022, 37(1):124.

[摘要](317) [HTML](0) [PDF 3.93 M](203)

摘要:
针对贫煤锅炉低负荷稳燃困难、灵活性差的问题，以350 MW超临界贫煤锅炉为对象，进行烟花动力场试验和灵活性调峰优化调整。优化后，锅炉在不投油情况下的最低负荷可降至35%最大连续蒸发量（BMCR），炉内燃烧良好，燃烧器火检无闪烁，炉膛压力稳定；水动力稳定安全，垂直水冷壁相邻测点壁温差小于10 ℃；脱硝入口烟温351 ℃，炉膛出口烟温608 ℃，环保参数优良，调峰经济性良好，优化效果显著。

18 小型天然气锅炉低氮燃烧技术的数值模拟和实验研究

刘效洲，朱光羽

2022, 37(1):132.

[摘要](518) [HTML](0) [PDF 6.28 M](218)

摘要:
为实现小型天然气锅炉低氮排放，针对0.2 MW天然气锅炉，开发出一种以烟气再循环和燃料预混贫氧燃烧技术为基础的小型天然气锅炉专用低氮燃烧器。对此燃烧技术的排放特性进行了数值模拟研究，分析了烟气再循环率、预混段长度以及多孔板孔径等因素对NOx排放量的影响，搭建了相应的实验台进行热态实验并对其设计合理性进行了验证。被热态实验证实的小型天然气锅炉低氮燃烧器较佳结构参数为：烟气再循环率为20%，相应烟气速度为35 m/s，预混段长度为100 mm，多孔板孔径为5 mm，燃料喷孔孔径为3 mm。研究结果表明：小型天然气锅炉低氮燃烧器采用贫氧预混燃烧技术和烟气再循环技术能够显著降低NOx排放量，与传统燃烧器相比，NOx排放量减少68%。

19 燃煤锅炉三维CFD数值模型水冷壁热边界条件设定方法

牛涛，尹珩宇，刘欣，王赫阳

2022, 37(1):143.

[摘要](486) [HTML](0) [PDF 2.76 M](178)

摘要:
目前，燃煤锅炉三维CFD数值模拟中对炉膛水冷壁传热分布的预测大都基于给定的壁面温度边界条件。然而，此方法无法体现锅炉运行状态对壁面传热与壁温分布的影响。提出了一种基于锅炉烟气侧放热与汽水侧吸热间热平衡关系的壁面传热计算方法，并重点讨论了壁面传热系数的物理意义及取值方法。研究发现，壁面传热系数基本由壁面结渣状态决定，因此可根据壁面渣层的传热系数确定。本文方法将影响壁面传热的关键因素合理地体现在计算过程中，同时在模型复杂性与工程适用性之间保持了合理的平衡。采用此方法对一台320 MW锅炉的燃烧与传热分布进行了数值模拟，水冷壁吸热量的预测结果与锅炉运行数据吻合良好。

20 固体蓄热器蓄热过程分析与优化研究

徐耀祖，商向东，徐景久，刘轶菡

2022, 37(1):150.

[摘要](84) [HTML](0) [PDF 3.34 M](207)

摘要:
固体蓄热器无论作为热电联产机组（CHP）的配置系统还是作为清洁电力的消纳系统都起到一定的“削峰填谷”作用。为了提高固体蓄热器的蓄热效率及蓄热容量，首先对工程常用蓄热体结构的蓄热过程提出了一种热物理参数非定值分析方法，并通过实验验证了该数值分析方法的可靠性。对现有蓄热体结构提出截面和功率分布的优化方式，通过建立数值分析方法对优化前后蓄热体结构进行蓄热性能比较，得出截面优化方式和功率分布优化方式在10 h时刻的最高温度分别降低了3.6%和4.0%，在600 ℃目标温度下的蓄热容量分别提高了5.0%和6.5%。结合截面优化和功率分布优化的特点进而提出复合优化方式，该优化方式具有横、纵两个方向的优化效果，与无优化结构的蓄热体相比，在10 h时刻的最高温度降低率和600 ℃目标温度下的蓄热容量提高率分别为7.2%和11.0%。

21 不同交错排布对潮流能垂直轴水轮机性能的影响

于书帆，陈建，昌垚晖，李春

2022, 37(1):157.

[摘要](395) [HTML](0) [PDF 6.40 M](163)

摘要:
为了优化潮流能垂直轴水轮机排布方案，采用计算流体动力学（CFD）方法得到双水轮机在不同轴间距H、不同相对位置角(RPA)β及前后排水轮机不同尖速比λ下平均功率系数CP变化规律，分析流场的速度和涡量云图，解释变化机理。同时，对比单、双水轮机尾流速度分布情况，探究双水轮机尾流特性。结果表明：后排水轮机处于前排水轮机尾流区内时平均功率系数随轴间距增大线性增大，处于尾流区外时双水轮机间距较小、平均功率系数较大；受前排水轮机尾流的影响，后排水轮机最佳尖速比会随着距离和角度的不同发生变化；双水轮机交错排布的平均功率系数高于单水轮机，但尾流速度需要较长的距离恢复。

22 基于HI电解的新型硫碘循环制氢系统流程模拟及计算

杨景洋，应芝，王雅彬，郑晓园

2022, 37(1):166.

[摘要](14) [HTML](0) [PDF 1.83 M](172)

摘要:
为了简化热化学硫碘循环制氢流程，构建了基于HI电解的新型硫碘循环制氢系统。通过建立HI电解过程的数学模型和自定义模块，利用Aspen Plus软件对该系统进行流程模拟，计算系统质量与能量平衡，评估系统热效率，进行灵敏度分析。结果表明：该系统H2和O2的产出率分别为10 L/h和5 L/h。在考虑废热回收的情况下，系统的最高理论热效率为31.1％；通过灵敏度分析发现，HI电解部分的耗电量随着质子传递数t+的增加而降低，硫酸分解转化率和精馏塔塔顶采出率变化对硫酸分解部分能耗的影响显著。

23 一种新型太阳能辅助高温热泵系统性能分析

宁静红，刘华阳，王润霞

2022, 37(1):171.

[摘要](24) [HTML](0) [PDF 2.98 M](159)

摘要:
为降低压缩机排气温度、优化热泵系统性能，设计了一种利用太阳能集热器加热压缩机排气，利用蒸气显热制取高温热水的新型太阳能辅助热泵系统。结合天津地区的辐射日照条件对新型太阳能辅助热泵系统进行了可行性和热力性能分析，并将其与直膨式太阳能辅助热泵系统的性能进行对比。结果表明：该系统通过提高蒸发温度，可以降低制冷压缩机排气温度，增大太阳能集热量，提高系统性能；在蒸发温度为-10~10 ℃工况下，该系统制热性能系数较直膨式太阳能辅助热泵系统提高3.8%~5%，综合性能系数（COP）则是后者的1.9~2倍，系统月平均综合COP提高21.2%，年耗功减少7.7%。

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