2022年第37卷第3期文章目次

2022, 37(3):1.

[摘要](240) [HTML](0) [PDF 3.72 M](203)

摘要:
旋流对冲燃烧锅炉中常采用分级送风来实现低NOx燃烧，会造成炉膛内O2体积分数减小、还原性气体体积分数增大，极易诱发锅炉水冷壁高温腐蚀现象。为此综述了大型旋流对冲锅炉低NOx燃烧技术所导致的高温腐蚀现象及贴壁风改造数值模拟研究现状，发现目前大型旋流对冲燃烧锅炉数值模拟中普遍存在使用未考虑灰层的焦炭燃烧模型及在全炉膛数值模拟中过度简化旋流燃烧器结构的问题，导致与工程实际的误差难以进一步降低，需要进一步开展单个旋流燃烧器和整炉膛数的值模拟工作，以探索旋流燃烧器内、外二次风旋流强度、风量等多回流区影响的规律和二次风量在主燃烧器区域和燃尽风区域分配对锅炉燃烧及污染物生成的影响规律。

2 基于分子动力学的充气压力影响脉管制冷机性能机理研究

陶杰，祁影霞，刘雅丽，芦洋

2022, 37(3):9.

[摘要](459) [HTML](0) [PDF 6.43 M](177)

摘要:
为了进一步探究脉管制冷机的内部运行机理，基于分子动力学仿真对脉管内气体交变流动进行了分析研究。研究结果表明：当充气压力增大时，脉管内压比、质量流量增大，冷端最低制冷温度下降，热端温度上升，但对压力波、温度波和质量流量波相位没有影响。在不考虑压缩机级后换热器和回热器的情况下，在压缩机出口处，压力波超前流速波的相位角大约为90°，超前质量流量波大约72°，温度波领先流速波大约72°，领先质量流量波大约72°；在远离压缩机的远端，压力波则落后于流速波大约72°，落后于质量流量波大约72°，温度波则落后流速波大约90°，落后于质量流量波大约72°；无论在热端还是冷端，压力波与温度波均几乎同相。

3 船用汽轮发电机组甩负荷工况控制系统研究

安仲成，刘江，王洪亮

2022, 37(3):15.

[摘要](116) [HTML](0) [PDF 1.32 M](167)

摘要:
以某船用汽轮机发电机组为研究对象，对其控制原理进行理论分析与推导，建立其控制系统的数学模型，并在SIMULINK平台上完成了常规法甩负荷50%与100%仿真实验，得到两组响应曲线。分析结果表明：该控制系统能够实现机组的甩负荷工况转速控制，在负荷骤降的情况下可以保证机组安全稳定运行。

4 基于人工鱼群算法的燃气轮机负载突变时的PID参数寻优

宋明礼，王冰晓，王元龙，马亮

2022, 37(3):22.

[摘要](189) [HTML](0) [PDF 1.17 M](194)

摘要:
PID控制中各参数对控制效果作用不同，为了应对燃气轮机负载突变的复杂情况，工程实践中对PID参数的优化至关重要。应用人工鱼群算法对燃气轮机负载突变的PID参数寻优进行了研究。在人工鱼群算法的基础上对燃气轮机负载突变0.1工况的多种情况进行了仿真实验。仿真结果表明：在负载突变0.1工况的定转速控制模式下，利用人工鱼群算法寻优获得的PID参数的控制效果在过渡时间、衰减比等多方面优于通过Z-N临界法计算得到的PID参数所达到的性能指标；通过人工鱼群算法寻优获得的有限组PID参数，可以通过插值的方式得到其他工况满足控制要求的PID参数。

5 基于LSTM神经网络的燃气轮机排温预测方法

韩国栋，曹云鹏，王伟影，徐志强

2022, 37(3):28.

[摘要](93) [HTML](0) [PDF 2.73 M](178)

摘要:
针对燃气轮机气路性能退化的周期性与非线性特点，提出一种基于长短期记忆（Long-Short Term Memory,LSTM）神经网络的燃气轮机排气温度趋势预测方法。利用标准化与归一化数据预处理方法提取排气温度数据中的退化特征，减小了环境和工况变化对退化特征的影响；通过滑窗法提取一定长度的历史数据，增强LSTM模型的泛化能力；利用LSTM网络的内部循环节点，通过时序相似性搜索，实现退化周期燃气轮机排气温度预测。最后，采用船用燃气轮机水洗周期历史数据进行排气温度趋势预测试验。研究表明：基于LSTM排气温度预测方法的预测精度大于87.4%，且预测结果的波动性和滞后性较小。

6 船用汽轮机支撑结构热力学及模态分析

杨纵，刘建成，刘统章

2022, 37(3):35.

[摘要](41) [HTML](0) [PDF 5.15 M](170)

摘要:
针对某型低压汽轮机支撑结构的共振问题，利用ANSYS平台建立三维模型，采用数值计算的方法开展模态分析。计算得到该支撑结构冷态8阶固有频率及对应振型，分析了温度场对模态的影响机理。研究表明：冷态计算1~8阶共振频率分布于18.57~147.41 Hz之间，最大振幅极值出现在第5阶模态，达到了22.49 mm位移幅度；在汽轮机组运行过程中，结构模态受热力因素影响将发生变化，变化原因其一是不均匀温度场引起的热应力，其二是材料属性随温度变化；在转子转速调节范围内，应避免在各阶临界转速区间长时间停留。

7 大型立式泵叶轮振动及疲劳特性研究

熊珍兵，肖腾

2022, 37(3):41.

[摘要](18) [HTML](0) [PDF 14.40 M](456)

摘要:
大型立式泵叶轮是将机械能转换为流体动能以及势能的核心部件。为了研究某大型立式泵叶轮的振动及疲劳特性，运用ANSYS软件，采用声-固耦合法，计算了叶轮在湿态工况下的固有频率，研究了叶轮可能的激励频率，并将之与湿态固有频率进行对比分析。分析结果表明：叶轮最小湿态固有频率至少高于可能激励频率45%，叶轮无共振风险；计算了叶轮在离心力以及稳态CFD压力载荷共同作用下的静强度，再结合模型泵的压力脉动测试数据以及原型泵的现场运行工况信息，设置了相应的叶轮疲劳载荷谱，并根据德国机械工业委员会（FKM）规范对其进行了多工况疲劳性能校核；最后，根据Miner疲劳损伤累积理论，计算得出叶轮的最大疲劳累积损伤利用度仅为29.5%，叶轮无疲劳破坏风险。

8 超临界氦气离心压气机流场分析

吴森，于贤君，毕伍荣，刘宝杰

2022, 37(3):48.

[摘要](19) [HTML](0) [PDF 15.71 M](187)

摘要:
设计了一个包含离心叶轮、扩压器和回流器的单级超临界氦气离心压气机，并采用数值模拟方法对设计结果进行了三维数值模拟分析。通过对总特性、叶表压力分布、展向参数分布以及三维流场的分析，得到了高负荷超临界氦气离心压气机各部件内部的典型复杂流动特点。研究结果表明：相比常规工质，超临界氦气离心压气机单级压比较低，但叶轮与扩压器的负荷和级效率较高，且超临界氦气整体流动为亚音流，只在叶片前缘局部出现超音区。

9 叶片根部倒角对离心叶轮气动性能影响

李文娇，杜礼明，关天民

2022, 37(3):59.

[摘要](100) [HTML](0) [PDF 9.80 M](208)

摘要:
叶轮是决定离心压气机气动性能的关键因素之一，在保持叶轮设计参数不变的条件下，调整叶根倒角的分布，对比分析叶根倒角对压气机性能的影响。利用Numeca软件对跨声速离心压气机进行全三维稳态流动数值模拟方案分为等半径倒角与变半径倒角两种。结果表明：主叶片后半弦长的倒角是决定压气机气动性能的关键性因素，尾缘倒角比前缘更敏感；根部倒角使得叶片吸力面角涡的形成提前、流动过程中角涡的扩散加快，致使叶片轮毂面附近的附面层增厚、流动更易分离，导致叶轮流通面积及流程气流转折角减小、受力面静压差降低，从而降低做功能力、恶化压比特性；在设计工况，绝热效率下降可达0.64%，总压比下降可达1.23%，且降幅随倒角增大而增大。因此，在保证可靠性的前提下，应尽量减小叶轮根部尤其是主叶片后半弦长的倒角半径值。

10 裂纹对叶盘系统振动特性影响的研究

潘宏刚，梁鑫，张野，王维东

2022, 37(3):67.

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 2.63 M](154)

摘要:
为减少叶盘系统故障，针对存在裂纹叶盘系统振动特性展开研究。建立裂纹深度和位置分布不同的叶盘的结构模型，利用有限元分析方法对其振动特性进行研究。结果表明：裂纹使叶盘系统固有频率明显降低，随着裂纹深度的增加，基频降低的幅度增大；相比于单个裂纹，当叶盘结构含有两个裂纹时，叶盘结构的二阶频率也会降低，且当两个裂纹分布在相邻的叶片时，其二阶频率降低的程度弱于其他分布情况。

11 供热工况下的汽轮机振动长周期预测与分析

吴昕，刘双白，郝向中，王其

2022, 37(3):72.

[摘要](15) [HTML](0) [PDF 6.77 M](212)

摘要:
以某350 MW供热机组高中压转子为研究对象，对K近邻法、随机梯度下降法、支持向量回归法和随机森林法等汽轮机高中压转子振动预测算法进行了可行性分析，并对机组首个供热期1，2号瓦轴振进行了预测。结果表明：K近邻算法、高斯径向基函数支持向量回归及随机森林算法可用于汽轮机高中压转子振动预测；在供热期振动预测中，K近邻算法易受目标参数大幅变化影响，导致预测结果偏差明显；特征参数越限极易引发支持向量回归算法精度偏差；随机森林算法具有最优的泛化能力，其在稳定工况振动预测中具有较高精度；预测结果揭示了该机组高中压转子振动水平在供热季期间不断恶化，1号瓦振幅增大20%，2号瓦振幅降低5%。

12 大型核电汽轮机末级长叶片开发中若干问题讨论

刘云锋，杨晓辉，李宇峰，王洪鹏

2022, 37(3):81.

[摘要](51) [HTML](0) [PDF 2.11 M](163)

摘要:
结合大功率核电汽轮机末级叶片的开发经验，介绍了核电汽轮机长叶片开发的一般流程，包括转速、根径、叶高等关键参数确定的基本原则和需要考虑的因素。结合核电机组排汽湿度大、末级叶片高度长的特点，从工程设计的角度对结构、叶型、防水蚀、转子叶片耦合振动等一些关键问题进行了探讨分析。

13 基于不同输入参数的煤灰熔点预测模型及改进方法

赵晓鹏，徐义巍，李彦军，任海彬

2022, 37(3):86.

[摘要](16) [HTML](0) [PDF 1019.62 K](156)

摘要:
为提高煤灰熔点预测精度，采用支持向量机算法，分别建立了以8种煤灰主要成分为输入量的8输入参数模型以及以8种灰成分加5种煤灰熔融性参数为输入的13输入参数模型，用于预测煤灰软化温度，并利用误差补偿方法对13输入参数模型进行了改进。结果显示，13输入参数模型相比8输入参数模型可以缩小灰熔点预测误差区间，尤其使负误差减小；相比于改进前，改进后的13输入参数模型使均方差降低了59.5%。

14 600 MW电厂脱硫废水旋转雾化蒸发特性的数值研究

冯永新，赵宁，李德波，谢志文

2022, 37(3):92.

[摘要](8) [HTML](0) [PDF 7.28 M](164)

摘要:
对广东某600 MW燃煤电厂脱硫废水干燥塔进行了数值建模，利用离散相模型（DPM）计算气液两相的传热传质，得到流场分布和液滴蒸发情况，并研究了盐质量分数、废水体积流量、进口烟温和液滴初始粒径对液滴蒸发的影响。研究发现：设计工况下塔内轴心处速度较高，形成回流区，液滴在塔内上方完全蒸发；随着进口烟温提高，蒸发时间逐渐减小，有利于液滴蒸发；增大废水体积流量后，液滴蒸发速率减慢，该干燥塔处理的废水体积流量可达6 m3/h；较大的液滴初始粒径不利于液滴蒸发，且易使其粘在内壁引起腐蚀，建议初始粒径不超过90 μm；脱硫废水含盐质量分数越高，蒸发速率越慢，蒸发时间越长。

15 二氧化硅与石墨烯混合纳米流体沸腾换热实验研究

宋印东，徐静雅，马旭，徐毅煜

2022, 37(3):101.

[摘要](168) [HTML](0) [PDF 8.43 M](171)

摘要:
设计并搭建带冷凝回流的闭合回路沸腾换热实验装置，研究了质量分数为0.000 5%、0.001%、0.002%和0.003%的水基二氧化硅（SiO2）纳米流体、水基石墨烯（GNs）纳米流体、水基和乙二醇水基SiO2与GNs混合（SiO2/GNs-DW,SiO2/GNs-EG-DW）纳米流体沸腾换热性能。结果表明：纳米流体沸腾换热性能高于超纯水；水基SiO2、水基GNs纳米流体质量分数为0.002%时沸腾换热性能最佳，临界热流密度（CHF）分别比超纯水高23.4%和37.8%；相同情况下，最大传热系数（HTC）分别比超纯水高15.7%和39.6%；水基SiO2/GNs纳米流体的CHF和最大HTC随着质量分数增加而增大，质量分数为0.003%时达到最大值，分别比超纯水高48.9%和60.2%；加入不同纳米颗粒对流体沸腾换热性能影响较大，SiO2/GNs纳米流体沸腾换热性能显著高于SiO2纳米流体和GNs纳米流体，GNs纳米流体沸腾换热性能高于SiO2纳米流体；乙二醇水基SiO2/GNs纳米流体与水基SiO2/GNs纳米流体具有相近的CHF。

16 油浸式自冷变压器用三维肋管散热器换热特性研究

龙震泽，陈凌，罗华东，丁玉栋

2022, 37(3):110.

[摘要](10) [HTML](0) [PDF 3.16 M](162)

摘要:
为研究三维肋管散热器的自然对流换热特性，分析不同温升下三维肋管散热器的强化换热性能，搭建了模拟油浸式自冷变压器工作过程的实验平台，在不同功率下分别测试了片间距为45 mm的片式散热器、排间距为45和55 mm的三维肋管散热器的进口温升，拟合得到散热器的温升-功率曲线，计算出3个散热器在相同温升下的散热量。研究表明：相比于片式散热器，三维肋管散热器在温升较小时没有显现出明显的强化换热性能，但随着温升的增加三维肋管的散热性能逐渐优于片式散热器，当温升达到50 K时45和55 mm排间距的三维肋管散热器的单位体积散热量分别增加了14%和11%。

17 水合物强化生成过程中传热传质机理研究进展

孟斐，刘妮，王成，陈利涛

2022, 37(3):115.

[摘要](327) [HTML](0) [PDF 11.34 M](169)

摘要:
强化水合物生成技术在水合物领域一直是研究的热点，改善传热与传质过程是强化水合物生成时最关键的两个部分。其中改善传热能快速将反应生成的热量带走；强化传质一方面能加速气体溶解达到过饱和状态，另一方面能增大气体的消耗量，因此传热和传质两方面的机理都需要进一步深入研究。本文综述了大量专家学者在强化水合物生成时运用各种方式的研究发现，包括使用化学促进剂和施加物理扰动的方法，对其中涉及到传热与传质两方面的机理进行分析和归纳。旨在总结常用强化水合物生成方法所体现出的传热传质机理，并提出未来的研究应该围绕强化机理展开，包括对实验设备的升级改造、多学科研究以及对高精尖仪器的使用，以期为今后水合物技术的应用提供可选择的强化方法以及对未来发展提出思路和展望。

18 LYCTWA型贴壁风在墙式对冲燃烧锅炉上的应用及仿真模拟研究

武学谦，刘鹏飞，崔星源，张超群

2022, 37(3):122.

[摘要](6) [HTML](0) [PDF 8.80 M](152)

摘要:
针对某电厂600 MW墙式对冲燃烧锅炉在低氮燃烧改造后存在严重的水冷壁高温腐蚀问题，采取LYCTWA型贴壁风系统对其进行了高温腐蚀治理改造。通过全炉膛数值模拟与现场试验相结合的方法，研究了侧墙壁面区域的烟气成分分布以及不同的贴壁风布置方案对炉内燃烧及高温硫腐蚀的影响。结果表明：模拟结果与电厂实际腐蚀区域相吻合，腐蚀区域主要集中在第2层主燃烧器至燃尽风间的侧墙区域。加装了贴壁风系统后，数值模拟和试验结果均显示侧墙还原性气体体积分数大幅降低，水冷壁贴壁气氛得到显著改善。

19 300 MW墙式切圆锅炉水冷壁超温的数值模拟与燃烧优化

周凌宇，刘辉，周平，穆维府

2022, 37(3):129.

[摘要](20) [HTML](0) [PDF 5.09 M](167)

摘要:
某300 MW四墙切圆燃烧锅炉在实际运行过程中一直存在着燃烧器区域的火焰刷墙与高温腐蚀现象，导致燃烧器区域水冷壁易超温，严重影响机组的安全运行。通过现场试验与数值模拟，分析了产生以上问题的原因，并针对性地提出了相应的燃烧器改造与优化方案。结果表明：造成水冷壁超温与高温腐蚀的主要原因是燃烧时火焰产生的切圆过大、火焰气流距离侧墙位置太近及喷口角度设计不合理，致使火焰与水冷壁存在着明显的刷墙现象；通过对燃烧器一、二次风以及燃尽风进行偏转角度的优化改造，能够有效减少燃烧器区域水冷壁的火焰刷墙现象，并改善其壁面气氛，从而解决水冷壁的超温与高温腐蚀。

20 660 MW超临界直流锅炉大比例燃用准东煤燃烧调整试验分析

李奇隽，吴珺斐，万兵，宋兵

2022, 37(3):136.

[摘要](15) [HTML](0) [PDF 954.86 K](159)

摘要:
准东煤因其灰分低、易着火、燃尽性好等优点通常被作为优良的动力用煤，但因其煤灰中碱金属含量较高，容易出现受热面沾污、腐蚀、结渣等危害锅炉运行安全的问题。在大比例燃用准东煤的过程中，为了增大锅炉热效率、减小热偏差、降低污染物排放量、防止受热面结渣和提高锅炉燃烧经济性，首先通过摸底试验测定了某660 MW锅炉目前的运行情况及特性；其次通过调整运行氧量、燃尽风风量、二次风配风方式等运行方式，对锅炉炉体进行燃烧优化调整；最终根据试验结果给出针对此660 MW超临界直流锅炉高负荷、大比例燃用准东煤时的最优运行方案，在保证安全性的基础上进一步提高锅炉经济效益与整体效率。

21 超临界机组发生FAC的因素及相互关系分析

肖卓楠，卞博，徐持，李科

2022, 37(3):143.

[摘要](18) [HTML](0) [PDF 1.71 M](153)

摘要:
为了减轻因流动加速腐蚀（FAC）引起的锅炉结垢加速、汽水系统管道厚度减小甚至爆裂现象，对超临界机组发生流动加速腐蚀的机理及其主要影响因素进行了研究，并讨论了管壁内表面粗糙度、蒸汽含汽率、pH值、溶氧量对FAC的影响，以及温度与pH值、温度与流速、pH值与溶解氧量、溶解氧量与氢电导率等影响因素之间的相互作用关系，最后结合实际电厂的运行数据验证了分析结果。研究表明：减小工质流速、管壁粗糙度和氢电导率，增大给水的pH值和溶解氧含量可以使FAC的腐蚀速率减小，超临界加氧处理时pH值应在8.9~9.2之间，溶解氧量范围为45~100 μg/L，氢电导率的期望值在0.1 μS/cm以下。由于各影响因素之间的作用十分复杂，本文只给出了大致范围和趋势，并未给出准确数据。

22 凹槽-襟翼对翼型动态失速特性影响研究

李根，缪维跑，李春，刘青松

2022, 37(3):151.

[摘要](234) [HTML](0) [PDF 9.88 M](185)

摘要:
风力机复杂运行环境使叶片常处于失速环境，导致翼型升力骤降，严重影响风力机气动性能。为改善翼型流动分离，延缓失速，对凹槽-襟翼对翼型动态失速特性作用效果开展研究，并利用计算流体力学方法分析不同折合频率与翼型厚度时凹槽-襟翼对翼型气动性能的影响。结果表明：俯仰振荡过程中，凹槽-襟翼可有效提升翼型吸力面流速，降低失速攻角下逆压梯度，减缓流动分离；可提升尾缘吸力面流体下洗能力，抑制尾缘涡的形成，有效增加翼型失速攻角；同时避免翼型二次失速，翼型气动性能明显提高；较原始翼型，凹槽-襟翼翼型俯仰振荡平均升阻比增量随折合频率增加而增大，而平均升阻比提高百分率随翼型厚度增大呈整体减小趋势。

23 风波作用下新型铰接式平台动态响应研究

李蜀军，岳敏楠，王博，李春

2022, 37(3):160.

[摘要](11) [HTML](0) [PDF 2.87 M](162)

摘要:
风波作用下，漂浮式风力机平台的浮动特性会直接影响上部风力机正常运行。为提高平台稳定性，设计一种新型铰接式平台。基于辐射/绕射与有限元方法，结合叶素动量理论，对比分析了风波作用下新平台与立柱式（Spar）平台时频响应特性。结果表明：在纵荡、垂荡及纵摇自由度上，新平台幅值响应算子随波浪频率增大变化趋势与Spar平台基本一致，但峰值明显减小；新平台附加质量较原平台增大，且垂荡自由度上附加质量增加最明显；时域分析中，新平台3个自由度响应幅值较原平台分别减小约83.9%，61.9%及75.5%，标准差减小约76.4%，60%及77.1%，表现出良好的稳定性；功率谱分析中，新平台响应峰值始终小于原平台，且无响应集中现象，波频性能更优。

24 冷水相变机与空气源热泵耦合系统最佳工况点及能耗分析

程艳芳，吴荣华，于灏，岳远博

2022, 37(3):168.

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 2.56 M](179)

摘要:
冷水相变机与空气源热泵耦合系统具有良好的制热效果和节能效益，为研究不同工况对该耦合系统能耗特性的影响，以青岛某建筑为研究对象，对冷水相变机与空气源热泵耦合系统进行了仿真，分析室外温度和负荷侧供水温度共同调控时该耦合系统的运行能耗与系统能效比（COP），比较典型日下系统的制热性能。结果表明：当室外温度控制值为1 ℃，负荷侧供水最低温度控制值为35.5 ℃时，采用耦合控制系统，供暖季总能耗与最冷日运行能耗均为最低，相较于传统空气源热泵系统能耗分别降低了9.5%和9.86%，系统COP分别提高了22.53%和54.2%。

25 基于改进变分模态分解与流形学习的滚动轴承故障诊断

孙康，岳敏楠，金江涛，李春

2022, 37(3):176.

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 9.20 M](172)

摘要:
滚动轴承早期损伤信号特征量缺失且易被环境噪声掩盖，根据分形理论，结合灰狼优化算法(GWO)提出改进变分模态分解方法(Improved Variational Mode Decomposition,IVMD)，求解各模态多种非线性特征量，并采用随机近邻嵌入理论(tdistributed Stochastic Neighbor Embedding,tSNE)进行降维分类，以实现无监督故障诊断。基于轴承损伤实验数据，验证所提方法的可靠性。结果表明：采用IVMD所获模态与多种非线性值构建的特征矩阵更具代表性，可诊断轴承微弱故障；与现有方法相比，所提方法聚类表现更清晰，分类准确率更高,且具有良好的鲁棒性。

26 船用燃气轮机总体性能分布式集成仿真平台设计及功能验证研究

李铁磊，马正军，马佳毅，王志涛

2022, 37(3):186.

[摘要](160) [HTML](0) [PDF 1.87 M](202)

摘要:
为了满足多学科、多层次的船用燃气轮机仿真分析需求，运用分布式集成仿真和多软件协同仿真的方法，对燃气轮机总体性能集成仿真平台进行设计研究。使用C#语言在.Net平台上对仿真平台应用层进行开发，以商用仿真软件与Sql Server数据库为支撑层，使用web服务协议和改进的多软件协同仿真接口作为通讯层以及由服务器、计算节点和网络设备组成的设备层，这四个层次组成了平台的体系结构。基于MVC（Model View Controller）框架和B/S（Browser/Server）架构，设计了平台的运行框架。平台能够实现网络环境下的燃气轮机高效率高精度的性能分析。通过间冷燃气轮机装置在发电负载下变工况分布式集成仿真方案，初步验证了平台体系框架的合理性和有效性。

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