2022年第37卷第11期文章目次

2022, 37(11):1.

[摘要](511) [HTML](0) [PDF 1.53 M](282)

摘要:
以SGT5-4000F重型燃气轮机为研究对象，分析了部分负荷下提升燃气轮机排烟温度（OTC）对联合循环发电机组性能的影响。基于EBSILON软件，分别按照将OTC提升至600，605和613 ℃ 3种方案对联合循环发电机组性能分析。结果表明：大气温度在-20~4.2 ℃之间时，热耗率可降低15~30 kJ/（kW•h）；在负荷率为60%时，供热能力可提高1.7%~3.7%，且OTC提升至613 ℃后的供热能力提高值最大。

2 超临界CO2燃煤发电机组锅炉出口CO2温度鲁棒分数阶PIλDμ控制

王富强，牛海明，刘千，马增辉

2022, 37(11):7.

[摘要](139) [HTML](0) [PDF 2.20 M](206)

摘要:
超临界二氧化碳(S-CO2)布雷顿循环发电是比蒸汽朗肯循环更高效的发电技术。锅炉出口主介质CO2温度是S-CO2燃煤发电机组的关键参数。燃介比仍然是S-CO2燃煤锅炉控制的核心任务，以燃介比的调整为主要调节手段和以低温CO2喷射减温为辅助细调手段的主介质CO2温度控制系统的动态特性可以拟合为一阶惯性加纯滞后(FOPDT)模型。采用分数阶PIλDμ实现主介质温度的控制，基于混合灵敏度函数设计PIλDμ控制器参数以适应机组负荷变化所引起的对象模型参数变化。实例仿真表明，利用分数阶PIλDμ控制器可以获得更好的控制系统闭环特性，具备较强的抗扰性，提高了系统的稳定性和鲁棒性，其控制品质优于常规PID控制以及线性自抗扰控制(LADRC)。

3 离心压气机无叶扩压器设计研究

王艳华，戴军，王忠义，钟新权

2022, 37(11):15.

[摘要](392) [HTML](0) [PDF 3.26 M](182)

摘要:
为研究无叶扩压器不同几何设计参数对离心压气机性能的影响，利用数值模拟方法，针对叶片数为16、压比为4.2、流量为0.9 kg/s的离心压气机通过改变其无叶扩压器叶轮出口处的叶高W1、扩压器出口高度W2、叶轮出口半径R3、扩压器收缩段半径R4和扩压器出口半径R5的值进行仿真计算。分析数值模拟结果表明：W2/W1在0.82以下，应调整(R4-R3)/(R5-R3)的值在0.35以上，若(R4-R3)/(R5-R3)的取值偏小会造成收缩段后部发生边界层分离的情况，流动损失增加，导致压气机效率下降；W2/W1在0.82以上，应调整(R4-R3)/(R5-R3)的值在0.35以下，若(R4-R3)/(R5-R3)偏大，会使的无叶扩压器对叶轮尾缘涡流加速效果不理想，导致扩压器内逆压梯度下降，扩压能力下降，压气机的效率下降。

4 200 kW级SCO2径流式透平的结构设计及性能模拟

陈垚，赵兵涛，杨其国，袁书生

2022, 37(11):22.

[摘要](503) [HTML](0) [PDF 3.90 M](214)

摘要:
为了确定小规模超临界二氧化碳（SCO2）热力透平的形式及其结构，基于正向设计思路，结合热力学计算、气动分析、数值模拟的方法，对某200 kW级SCO2径流式热力透平进行参数化设计，并对其进行性能与叶片数量的响应分析，对其内部三维速度、温度和压力场进行CFD数值模拟。结果表明：透平结构等熵效率和功率分别为85.54%和214 kW，与实验值比较最大偏差为2.03%，设计结果可靠。当透平结构静叶个数从20增大到32时，效率和功率分别上升5%和下降20%，最佳静叶片数为26；速度在喷嘴通道和喉道处变化明显，温度和压力分布的变化趋势较为相似，都随着流动方向逐渐降低。

5 导流凸台对船舶汽轮机阀门非定常气动特性影响的DDES数值研究

宋鑫，赵洪羽，王鹏，刘应征

2022, 37(11):28.

[摘要](452) [HTML](0) [PDF 10.77 M](240)

摘要:
针对某船用2.5 MW汽轮机组调节阀门在小开度运行下的非定常气动特性，采用延迟分离涡模拟（DDES）开展了全三维数值模拟。重点评估了阀座表面安装导流凸台对该阀门的阀碟气动力波动和扩压管内非定常蒸汽流场的影响。研究表明：在阀门喉部上游阀座处安装导流凸台后，阀门内部的主要流态从壁面分离流动转变为壁面附着流动，有效降低了阀门内的压力脉动幅值；安装导流凸台可以显著降低阀碟在轴向及侧向上的气动力波动幅值，轴向气动力波动幅值降低约51%，侧向气动力波动降低约34%。

6 跨声速串列转子叶型流动特性分析

孙俊岳，彭鸿博，陶源

2022, 37(11):36.

[摘要](91) [HTML](0) [PDF 9.23 M](207)

摘要:
串列叶片技术可以突破常规压气机叶片的负荷极限，因此成为下一代高负荷压气机设计技术的研究热点。为了拓展串列叶片的使用范围，采用数值模拟的方法对跨声速串列转子叶型（来流马赫数1.2）流动特性及前排叶片尾迹发展演化规律展开研究。得出结论：全工况范围内，前排叶片总压损失占比超过50%，前排叶片激波系结构的优化设计是影响串列叶型性能的关键因素；随着出口背压提高，前排叶片尾迹厚度先增加后减小，导致尾迹厚度不同的根本原因是流出前排叶片通道时尾迹的初始速度亏损不同，后排叶片通道的扩压对初始速度亏损有进一步的放大作用。

7 环境风对燃气轮机通风系统影响的数值模拟研究

程忆晗，王巍，裴勇，胡悦丰

2022, 37(11):44.

[摘要](691) [HTML](0) [PDF 13.87 M](363)

摘要:
工业燃气轮机在全封闭的箱装体中运行时，需要设置通风系统。当外界环境风速较高时，会对通风系统的进口和出口条件造成影响，进而影响燃气轮机通风系统的整体性能。本文以某型燃气轮机通风系统为研究对象，采用数值模拟方法，研究不同风速(0.5～55.2 m/s)和风向（顺风、逆风、侧风）对通风性能的影响，并与现场实际测得的数据进行对比，验证数值模拟方法的准确性。通过分析不同风况下的结果发现，当机组侧向来风时对通风性能的影响较大。对此的解决方案为将迎风一侧的排风口封死，使通风系统单侧排风。计算结果表明：这种方案可保证通风系统在7级风以上情况下以额定工况的76%继续工作。

8 基于Modelica的回热型微型燃气轮机动态模拟

杨帆，张士杰，魏胜利，赵丽凤

2022, 37(11):51.

[摘要](294) [HTML](0) [PDF 4.60 M](220)

摘要:
以Bowman TG80微型燃气轮机为研究对象，采用模块化的建模方法，基于Modelica/Dymola平台建立了回热型微型燃气轮机的全工况动态热力系统及控制系统模型。根据试验数据对模型不同负荷下的发电效率进行了对比，并通过验证模型的启动、连续变负荷和停机动态过程，确定了多个关键技术参数。最后，分析了阶跃升降25%负荷过渡过程中不同回热器热惯性、转轴转动惯量、燃烧室容积惯性和控制器参数的系统动态响应。结果表明：不同负荷下的发电效率与试验值吻合良好，设计工况相对误差为0.11%，部分负荷最大相对误差为3.58%；根据停机工况确定的转动惯量和高温气道质量分别为0.016 kg•m2和5 kg，启动和连续变负荷过程与试验数据吻合较好；回热器热惯性和转轴转动惯量是影响系统响应特性的主要因素，回热器和转轴轻量化有利于实现更优的动态响应；合理的PID控制参数可以优化控制品质，比例增益和积分时间对控制效果的影响较大，微分时间作用不明显。

9 叶顶微射流对小型高负荷离心压气机性能及流场结构的影响

孙运政，刘艳明，王建华，安宇飞

2022, 37(11):61.

[摘要](525) [HTML](0) [PDF 12.59 M](274)

摘要:
以某小型高速离心压气机为研究对象，采用数值方法研究了微射流对压气机性能和叶轮叶顶流场结构的影响。研究结果表明：射流为1%设计流量时，失速裕度能够提高3.12%，稳定工作范围拓宽28.17%；在设计点，原型离心压气机叶顶来流马赫数达1.8以上，叶顶存在复杂激波/间隙泄漏流干扰，工作稳定性较差，微射流改变了“λ”状的激波结构，使前缘激波的强度减弱，后掠角度减小，并且降低了叶顶的负荷水平；微射流能够抑制间隙泄漏流的周向运动，并削弱激波/间隙泄漏流之间的相互作用，间隙泄漏涡不易发生破裂、溃散，极大增强了压气机工作的稳定性。

10 氦气涡轮一维特性预估方法研究

徐克文，李焦宇，季杰，岳国强

2022, 37(11):70.

[摘要](507) [HTML](0) [PDF 3.85 M](182)

摘要:
为探究以氦气作为闭式布雷顿循环动力系统工质的涡轮特性，基于氦气与空气的物性差异对损失模型进行修正，绘制涡轮特性曲线，构建一种特殊工质轴流透平一维特性快速预估方法，并通过三维仿真进行验证。研究表明：对损失模型进行修正后，一维预估得到的特性参数更加接近CFD计算结果；在设计点工况下，总温比的误差由0.53%降为0.42%，等熵效率的误差由7.8%降为0.23%；在非设计工况（50%，70%，100%设计转速）下，特性预估结果也较为准确。该方法可实现氦气涡轮特性快速预估，减少计算量。

11 背压对敞口型旋流喷嘴液膜特性影响的数值研究

朱海天，高闯，黄伟光

2022, 37(11):78.

[摘要](80) [HTML](0) [PDF 7.34 M](205)

摘要:
背压对空气物性影响较大，使喷嘴液膜受到的气动力发生大幅变化。采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法对比3种常见液体工质和3种喷嘴尺寸，研究背压对雾化锥角、液膜厚度、旋流强度、液膜表面自激励不稳定性以及液膜形态的影响。结果表明：雾化锥角随背压增加而减小，其中部分喷嘴当背压达到某定值后，雾化锥角小幅波动；选用正庚烷或正十二烷为工质时，液膜厚度随背压增加而增加，达到一定背压后，3种液体液膜厚度呈小幅波动；旋流强度随背压变化无明显规律性；液膜自激励不稳定性随背压增加而降低；因水的表面张力较大，各雾化参数较为稳定；液膜形态与韦伯数呈明显规律性，背压越小韦伯数越大，液膜形态也更趋近于完美圆锥形；以正十二烷为工质时，其液膜形态在大背压下明显收缩，呈洋葱形，其余工质的液膜形态随背压增加，均逐渐从空心圆锥转变为郁金香形。

12 超临界二氧化碳扇贝阻尼密封动力稳定性研究

杨莉，张万福，顾承璟，李春

2022, 37(11):87.

[摘要](154) [HTML](0) [PDF 7.14 M](185)

摘要:
为研究超临界二氧化碳(Supercritical Carbon Dioxide,SCO2)扇贝阻尼密封在不同工况下动力稳定性，建立SCO2扇贝阻尼密封数值计算模型，分析进口压力、温度及转速对SCO2扇贝阻尼密封动力特性及泄漏特性的影响。结果表明：直接复合刚度随涡动频率增加由正变负；交叉复合刚度随进口温度、压力增加而减小，随转速增加而增大；SCO2扇贝阻尼密封的有效阻尼随进口温度、转速增加而减小，随进口压力增加而增大，进口压力为8.1 MPa时有效阻尼约为7.7 MPa时的1.7~2.9倍；扇贝阻尼密封直接复合刚度、有效阻尼整体上大于迷宫密封，稳定性高于迷宫密封，但泄漏量略高于迷宫密封。

13 基于模拟退火算法的热电机组耦合蓄热装置的运行策略

高新勇，金晶，张云鹏，梁诗雨

2022, 37(11):97.

[摘要](587) [HTML](0) [PDF 1.50 M](213)

摘要:
为应对我国“三北”地区的弃风现象，在热电机组中耦合蓄热装置可以实现热电厂热力生产与电力生产的解耦运行，扩大电力调峰空间，避免弃风现象的产生。以丹东地区某330 MW亚临界机组为研究对象，在热电机组中增设蓄热装置，阐释热电机组耦合蓄热装置后消纳弃风的机理，考虑风电功率、火电机组功率以及居民电热负荷的相关约束，以系统总能耗最小为目标，基于模拟退火优化算法制定蓄热装置的运行策略。结果表明：采取优化后的策略运行，在夜间风能充裕的时间段蓄热装置放热，可打破原热电机组“以热定电”的最小电出力限制，使风电的上网电量得到提高；采用模拟退火算法优化后的运行策略，相比原热电机组运行能耗单日节省了22.47 t煤。

14 基于改进粒子群算法优化模糊神经网络的炉膛结渣预测研究

苗建杰，李德波，李慧君，刘鹏宇

2022, 37(11):104.

[摘要](662) [HTML](0) [PDF 4.74 M](420)

摘要:
为提高基于模糊神经网络的锅炉炉膛受热面结渣预测精度，提出了一种基于广义钟型隶属度函数非线性惯性权重递减调整策略的粒子群优化算法，通过适应度测试函数对比实验、结渣预测实验和预测稳定性分析对现有文献中线性惯性权重递减调整策略（LPSO）、指数型非线性惯性权重递减调整策略(IPSO)和基于广义钟型隶属度函数非线性惯性权重递减调整策略(GJPSO)进行对比分析。研究结果表明：本文所改进的粒子群算法可以有效地改善算法的早熟现象、平衡算法的全局和局部搜索能力、提高算法的收敛效果和稳定性。利用改进后的粒子群算法对模糊神经网络中的权值和阈值进行优化，提高了模糊神经网络的炉膛结渣预测性能。

15 随机堆积床内过滤燃烧特性的实验研究

尹智成，王平，姜霖松，Seyed Mohammad Hashemi

2022, 37(11):115.

[摘要](229) [HTML](0) [PDF 10.91 M](547)

摘要:
本文提出了一种可视化燃烧室，用于对3种尺寸的随机堆积结构开展过滤燃烧实验，该结构分别由直径为5，10，15 mm的氧化铝颗粒堆积而成。通过搭建燃烧平台，研究了不同颗粒直径堆积床中火焰的燃烧波高度、火焰传播速度、火焰温度及排放特性。结果表明：在可燃工况下，颗粒直径5 mm堆积床中火焰最高温度随火焰传播过程减小，火焰传播速度变快；而在颗粒直径10和15 mm堆积床中火焰最高温度随火焰传播过程增大，火焰传播速度变慢。

16 一种基于Aspen Plus和MATLAB协同仿真的SCR脱硝系统建模方法

刘一卓，吕游，魏玮，曾卫东

2022, 37(11):122.

[摘要](520) [HTML](0) [PDF 3.51 M](176)

摘要:
燃煤电站烟气排放标准不断提高，对选择性催化还原（SCR）脱硝系统的优化控制提出了更高的要求，构建精确的SCR脱硝系统模型对实现其优化控制具有重要意义。针对SCR系统脱硝过程的复杂机理，提出利用Aspen Plus模拟其反应流程；为了解决建模过程中脱硝反应活化能和脱硝反应速率常数等参数难以确定的问题，提出基于MATLAB平台设计粒子群算法实现参数优化及与Aspen Plus的协同仿真。利用某1 000 MW火电机组的运行历史数据对仿真模型进行了验证和对比。结果表明：Aspen Plus和MATLAB协同能够实现对SCR脱硝系统模型最优参数的确定，从而提高仿真模型精度。

17 甲烷/空气典型混合模式在约束空间内的燃烧特性研究

赵晓尧，朱润人，余筱，石保禄

2022, 37(11):131.

[摘要](571) [HTML](0) [PDF 13.04 M](264)

摘要:
燃料质量浓度分布在一定程度上影响混合气体的燃烧效率，能使燃气充分混合的同轴射流、旋片同轴、轴切结合、切向旋流等典型混合模式在航空发动机、燃气轮机及火箭发动机等先进燃烧技术应用中较为常见。因此，设计了甲烷/空气部分预混的燃烧实验装置，较为系统地实验研究了旋流数和轴向流速对混合气体在约束空间燃烧室内燃烧特性的影响。结果表明：对于有中心射流的混合结构，燃气轴向流速较低时产生黄色火焰，增大轴向流速，黄色火焰转为蓝色湍流火焰，且温度分布趋于均匀；纯切向旋流燃烧器的掺混效果较好，受燃气轴向流速的影响小，火焰结构稳定，均为蓝色火焰，温度轴/径向分布均匀且趋势一致，同当量比下燃烧产物中的污染物体积分数最小。

18 基于人工智能方法的近临界区CO2热物性模化与预测

丁璐，赵兵涛，姚佳成，马嘉欣

2022, 37(11):139.

[摘要](476) [HTML](0) [PDF 4.32 M](213)

摘要:
为更准确预测CO2在临界点附近区域的热物性,分别建立了基于BPNN，SVR和GPR算法的智能模型来预测近临界区CO2的密度、粘度和导热系数，并将3种模型进行比较。结果表明：基于BPNN的密度（R2=0.946 5）和粘度（R2=0.970 2）预测模型相较于其他智能模型精度更高，而基于SVR的导热系数的模型预测精度更高（R2=0.999 7）；所提出的智能模型相较于传统模型中SW密度方程（R2=0.596 6）、Laesecke的粘度方程（R2=0.844 5）和J&H的导热系数方程（R2=0.021 8）的R2提高了14.88%~4 444.5%

19 基于耦合方法的球阀偏心间隙结构数值分析

王涛，陈二云，杨爱玲

2022, 37(11):144.

[摘要](436) [HTML](0) [PDF 11.36 M](226)

摘要:
为了研究偏心间隙结构对阀门流场及管阀系统辐射声场的影响，采用流声固耦合的联合仿真方法，对含有偏心间隙结构和不含有此结构的两种流道模型展开对比分析。结果表明：两种模型的流量、阻力系数特性曲线均在球阀开启50°左右时出现转折点；偏心间隙处产生的高速射流会对阀内流场产生剧烈扰动，球阀腔体与下游管道连接处是阀内核心声源区；管阀系统的第1、第2阶模态振型为沿流道方向的振动，第3、第4阶振型为垂直于管道方向的振动；偏心半球阀的辐射噪声频谱呈宽频特性，高速射流对2 300~5 000 Hz范围内中高频段声压级幅值的提升有显著贡献；两种流道模型声压级频谱峰值点特征相似，与无偏心间隙模型的频谱规律相比，偏心间隙结构模型的频谱在相同的特征峰值点处对应更高的频率范围，且频谱响应曲线有整体右移的趋势；辐射噪声在偏心间隙结构存在的一侧具有显著的声学指向性。

20 单点总压探针气动特性数值研究

高春祥，查天衡，赵义祯，刘高文

2022, 37(11):153.

[摘要](271) [HTML](0) [PDF 5.01 M](214)

摘要:
为获得总压探针的气动特性，采用数值研究的方法，对3种常用规格的单点总压探针模型在不同流场中的模拟结果进行对比分析，获得了探针测量结果准确度以及探针对被测流场的影响规律。研究表明：在亚音速条件下，可以采用单点总压探针对不同方向总压进行测量，进而求得该方向的速度分量；总压探针对流场的影响只在探针下游的局部范围内，不会对探针头部的测量值产生干扰；总压探针的速度测量误差随气流马赫数和探针偏转角的增大而增大；规格为2.0 mm×0.5 mm的单点总压探针的角度特性最好，最大测量误差为6.96%(Ma=0.2，θ=45°)；总压探针的存在会使被测流场的流动均匀性降低，在探针支杆后5 mm的位置，流动均匀性达到最低，为0.993，到探针支杆后15 mm处流动均匀性即可恢复到0.997。

21 二次反射碟式太阳能系统光热模拟研究

梁成竹，盛昌栋，王军，王登文

2022, 37(11):161.

[摘要](317) [HTML](0) [PDF 2.48 M](216)

摘要:
为了改善碟式太阳能聚光器系统的机械损耗问题，基于蒙特卡洛法，利用Matlab软件编程，设计了一套旋转抛物面镜与旋转双曲面上半支镜结合的二次反射碟式太阳能系统,系统抛物面镜开口直径Dp为6.93 m，边缘角edge为120°，焦距f为1 m，两镜中心点相距0.64 m，抛物面镜挖孔半径R为0.1 m，吸热器半径r为0.05 m。通过蒙特卡洛光线追踪和主副函数结合的方法对二次反射、二次镜尺寸、一二次镜相对位置和吸热器角度的模拟结果进行分析。

22 小尺寸稀疏镜场能流密度分布模拟研究

孟令坤，金懿豪

2022, 37(11):167.

[摘要](220) [HTML](0) [PDF 7.73 M](169)

摘要:
基于接收面的光斑等效法，通过MATLAB软件模拟，提出了一种优化接收器表面能流密度分布计算时间的方法，分析单台定日镜和定日镜场的光斑能流密度分布规律。通过研究光斑边缘的能流密度与光斑中心能流密度的比值来分析小尺寸定日镜形成光斑的均匀性。结果表明：提出的计算方法不需要直接算出接收面网格点所有能流密度，对比蒙特卡洛法可缩短68.47%的计算时间；上午随着太阳从东升起，光斑能量主要集中在接收面的中偏右区域；下午随着太阳向西落下，光斑能量主要集中在接收面中偏左区域；采用小尺寸定日镜得到比大型定日镜更加均匀的光斑，在夏至日正午12点时，能流密度均匀性比值可以达到0.238。

23 基于小样本神经网络与多约束的风力机翼型快速优化设计

鞠浩，王旭东，陆佳红，秦雪帅

2022, 37(11):176.

[摘要](62) [HTML](0) [PDF 1.96 M](175)

摘要:
针对神经网络模型可以基于现有数据快速准确地预测风力机翼型的气动性能，但大量学习样本的构建需要较高的时间成本的问题，建立基于小样本集的风力机翼型神经网络模型，提出了多约束条件下的翼型气动性能优化设计方法，解决了训练数据过少所造成的学习不充分问题。基于建立的优化设计模型，应用粒子群算法完成了NACA4415翼型的优化设计，将新翼型与原始翼型进行气动特性对比分析。结果表明：新翼型在主要工作攻角范围内最大升力系数提高了6.96%，最大升阻比提高了7.37%，气动性能明显改善；该方法的优化效率远远高于传统方法，从而验证了该方法的可行性。

24 玄武岩纤维束储热箱放热稳定性数值分析

黄楠，匡荛

2022, 37(11):185.

[摘要](189) [HTML](0) [PDF 3.46 M](213)

摘要:
为了实现显热移动储热系统的高效放热和高放热稳定性，基于玄武岩的高温稳定性和高储热密度，提出了以玄武岩纤维束为储热介质的显热移动储热系统。系统内部流道采用两级流道排布，增加储热介质比表面积，提高储热箱换热效果。同时，提出了基于该系统的变流速控制方案，以实现系统的高放热稳定性。研究结果表明：采用0.5 m/s流速方案的储热箱放热稳定性较好；基于0.5 m/s流速，建立了变流速功率控制方案，在原有基础上稳定放热时间延长109%，稳定放热效率从39.11%增加至81.12%，稳定放热时间由1 603 s延长至3 353 s，充分利用储热箱存储的热量；同时本方案提供了宽泛的供热功率范围，单位面积放热功率达到0.491~0.501 MW，实现了高储热密度、强稳定放热性及小体积大功率的并存。

25 船用抗冲减振器冲击动力学建模与优化分析

韦子祥，邱中辉，周晏锋，陈蔚芳

2022, 37(11):192.

[摘要](595) [HTML](0) [PDF 2.32 M](192)

摘要:
为研究某船用动力设备抗冲减振器的冲击动力学特性，基于等效线性化思想与单自由度假设建立了带间隙减振器冲击数学模型，采用卷积积分对受半正弦冲击的运动方程进行了求解，并与仿真计算结果进行对比，分析了5个模型参数对冲击响应的影响，并采用试验设计、RBF网络建模以及NSGA-II算法优化减振器参数。结果表明：橡胶刚度阻尼、碟形弹簧刚度与冲击响应呈单调相关，碟形弹簧阻尼为0.11a（a为无量纲化比例系数）时绝对加速度取得最小值，安装间隙量为2.5 mm时取得最大值；参数优化后相对位移减小了16.43%，绝对加速度减小了10.94%。

2022年第37卷第11期文章目次

当期目录

年份

刊期

浏览排行

引用排行

下载排行