2022年第37卷第4期文章目次

2022, 37(4):1.

[摘要](36) [HTML](0) [PDF 1.47 M](158)

摘要:
强制进化随机游走算法优化换热网络时具有程序简单、全局搜索能力强等特点，但在优化过程中不同的进化阶段对进化概率需求不同，算法中设置单一的进化概率难以满足实际进化需求。因此，提出一种进化概率差异化策略，该策略的核心思想是智能识别流股的换热程度，动态调整进化概率，对存在公用工程的流股强制参与进化，使算法在前期具有较强的结构搜索能力；完全换热的流股通过降低进化概率，提升算法全局的精细搜索能力。采用15SP和39SP算例进行验证，所获年综合费用分别为1 494 690和1 894 477 $/a，验证了该策略能够提升算法的优化效率与质量。

2 基于功率前馈的燃气轮机可转导叶角度控制规律研究

闫旭，赫英辉，刘瑞，付正

2022, 37(4):9.

[摘要](406) [HTML](0) [PDF 1.79 M](186)

摘要:
针对某型发电燃气轮机在负载突变过程中可转导叶角度与压气机转速互相耦合、控制失稳的问题，提出了“功率前馈”控制策略——即根据负载功率对可转导叶角度进行调整。首先，通过粒子群寻优算法，将压气机喘振裕度作为目标，对不同工况下的导叶角度进行寻优匹配；其次，采用“功率前馈”对燃气轮机突增负荷和甩负荷过程中的导叶角度进行调节；最后，以船用发电型间冷燃气轮机为研究对象，建立三转子燃气轮机整机模型，针对突变工况过程可转导叶角度的控制规律开展研究。结果表明：采用“功率前馈”控制模式，在突增负荷过程中，动力涡轮转速超调量减小11%，高压涡轮进口温度降低了3%；在甩负荷过程中动力涡轮转速超调量减少10%，高压涡轮进口温度超调量降低11.9%，低压压气机最小喘振裕度由0.87%提高至9.1%。

3 动叶弯曲对双级轴流风机性能和噪声影响的数值研究

刘宏芳，杨威，琚敏，叶学民

2022, 37(4):16.

[摘要](34) [HTML](0) [PDF 9.43 M](147)

摘要:
动叶周向弯曲是改善轴流风机气动性能和噪声特性的有效方案。以某600 MW机组配套的两级轴流风机为对象，采用Fluent软件对其进行三维数值计算，分析了动叶弯曲对风机性能和气动噪声的影响，及其内流特征的变化。结果表明：动叶正弯可有效提高风机性能，在设计工况点，动叶上半叶高弯角α2=40°时全压最高提高232 Pa，α2=20°时效率最大提高0.16个百分点；动叶弯曲可有效改善叶顶处的流动状态，减小流动损失；动叶弯曲使叶轮区总声压级明显降低，相比原结构，α2=40°时第1级叶轮处总声压级降低5.87 dB，第2级动叶处总声压级降低2.46 dB，主要为单音噪声的降低；综合动叶弯曲对风机性能和噪声的影响，α2=20°为最优方案。

4 生物质气微型燃气轮机运行性能分析

张小桃，慕昊良，刘祥，王爱军

2022, 37(4):25.

[摘要](358) [HTML](0) [PDF 1.03 M](175)

摘要:
为研究生物质气微型燃气轮机的运行性能，构建了微型燃气轮机模型。基于C60微型燃气轮机的设计数据，首先以天然气为燃料，验证了模型的合理性。然后以沼气、松木气和干牛粪气等生物质气为燃料，在机组输出功率为60 kW及燃烧室出口温度为1 145 K两个工况分别得到燃气轮机的主要输出参数。结果表明：维持燃气轮机输出功率为60 kW时，所需生物质气流量增大，燃烧室出口温度降低，压比增大，压气机耗功减少，机组效率提高；维持燃烧室出口温度为1 145 K，燃料流量增加，引起燃气流量增大，透平的输出功增多，机组输出功率和机组效率增大；燃料初温从300 K升高到700 K，当保持额定输出功率时随着燃料初温上升机组热效率增大；当保持额定燃烧室出口温度时，随着燃料初温上升燃料流量减少，机组输出功率和机组热效率降低。

5 径流式转子对气波引射器性能的影响研究

刘明昊，李长河，卢群，胡大鹏

2022, 37(4):32.

[摘要](28) [HTML](0) [PDF 4.59 M](148)

摘要:
气波引射器是一种新型的高效动态引射装置。为了验证径流式转子结构的可行性与高效性，分别建立两种不同结构类型的转子气波引射器物理模型，利用计算流体动力学（CFD）技术分别对其性能展开分析，并在相同结构与工况条件下，对比二者在引气和增压性能上的差异。结果表明：同等条件下，由于径流式转子能有效利用离心力推动气体流动，增强激波强度，其引射率与等熵效率约比轴流式转子高10%~20%，证明径流式转子的可行性。在此基础上通过改变设备转速进行模拟，得到在膨胀比为1.5,压缩比分别为1.1,1.2和1.2条件下，设备转速n为2 757 r/min时性能达到最优。

6 大型核电汽轮机汽缸变形控制研究

黄祥君，纪道辉，郑华兵，谢诞梅

2022, 37(4):39.

[摘要](510) [HTML](0) [PDF 5.49 M](202)

摘要:
以某型核电汽轮机为研究对象，利用ANSYS软件，针对车削部分下缸法兰结合面和轴封弯角平面过渡两种变形控制方案计算了高中压缸结合面的变形，并针对加粗顶部撑杆以及加厚排汽锥体内侧竖板和斜板两个变形控制方案对低压缸轴封变形进行了数值分析。结果表明：增加结合面刚度能有效控制轴封附近结合面变形，使得轴封附近最大应力从268.75 MPa下降到159.51 MPa，并将处在滑移分离区域的螺栓从5颗减少到1颗，提高了高中压缸的汽密性；增加轴封部位缸体的刚度能有效控制轴封的变形，改善轴封部件的倾斜程度，使轴封的倾斜角相对减小了55.02%，轴封外侧底部的上抬量减小0.097 6 mm,对低压缸碰磨起到有效改善作用。

7 超跨声速风扇中叶尖间隙影响的两种机制

普翔，周玲，季路成

2022, 37(4):47.

[摘要](50) [HTML](0) [PDF 27.37 M](197)

摘要:
以带进口导叶的某跨声速高负荷高速单极风扇为研究对象，以转子尖部叶栅前缘半径量化叶尖间隙，相对叶尖间隙范围为0~4。采用NUMECA软件，基于S-A湍流模型进行数值模拟。计算结果表明：相对叶尖间隙为0.1时风扇综合性能最佳；尖部叶栅通道内激波后有附面层分离的低速流与泄漏流两类流动；当相对叶尖间隙在0~4范围内变动时，附面层分离逐渐被抑制，泄漏流逐渐增强；当相对叶尖间隙小于1时附面层分离的低速流占主导；当相对叶尖间隙大于1时泄漏流占主导；当相对叶尖间隙等于1时激波后的流动从附面层分离低速流过渡到泄漏流状态。

8 转速对跨声速轴流压气机的性能影响分析

冯钰茹，王军利，李金洋，陆正午

2022, 37(4):56.

[摘要](14) [HTML](0) [PDF 19.80 M](190)

摘要:
为了研究跨声速压气机内部流动失稳对压气机性能的影响，对跨声速轴流压气机NASA转子37进行三维定常数值模拟，研究不同设计转速下跨声速轴流压气机稳定运行及内部流动失稳现象。研究发现：转速不变时近堵塞点的等熵效率高于近失速点；随着转速降低，压气机稳定运行范围变宽、效率增大及流动损失变小；压气机叶栅通道出现堵塞情况的叶高截面范围随着转速的降低而逐渐增大，这导致压气机叶片在近失速点处的流动失稳情况变严重。

9 基于集成学习的涡扇发动机剩余寿命预测模型

张一鸣，刘晓锋，崔宝，唐瑞

2022, 37(4):64.

[摘要](14) [HTML](0) [PDF 2.08 M](150)

摘要:
为了解决涡扇发动机的监测数据维数高、时间跨度长、给预测发动机剩余使用寿命带来困难的问题。本文提出了一种基于集成神经网络模型的发动机寿命预测系统，采用集成学习中的Stacking方法对单一的学习器进行集成来预测涡扇发动机的剩余使用寿命（RUL）。模型在NASA公共数据集C-MAPSS(Commercial Modular AeroPropulsion System Simulation)上进行了发动机寿命预测实验验证，并与常用的机器学习方法和单一神经网络进行了比较。实验结果表明：模型在多种评价方法上综合表现最佳，且在超前预测上表现良好。

10 脉动热管水平及小倾角条件下的传热性能

史维秀，郭浩然，陈红迪，潘利生

2022, 37(4):71.

[摘要](20) [HTML](0) [PDF 5.06 M](162)

摘要:
为了研究脉动热管放置方式对其传热性能的影响，以超纯水作为工质，对水平及倾角为30°放置的脉动热管的传热性能进行研究，用壁面温度振荡性能和传热热阻来描述其传热能力。在不同的放置条件下，着重分析不同加热功率和充液率（35％，50％，70％）对其传热性能的影响。研究表明：水平放置时，充液率为35％和50％时脉动热管不能启动，充液率70％时可以启动运行；脉动热管在运行时存在临界热量输入值，倾角为30°时，临界值为60 W，但水平放置条件下临界值为90 W；水平放置下的脉动热管传热热阻在不同加热功率下，显著高于倾角为30°的情况；倾角为30°，充液率为35％时的脉动热管适合在低加热功率范围运行，此时传热热阻要低于充液率为50%的情况，但传热范围很窄，传热极限低；30°倾角时，与充液率35%和50%相比，高充液率70%的脉动热管整体传热性能最优。

11 燃煤机组烟羽治理中温度选择与防腐措施

刘高军，孙亦鹏，姜龙，程亮

2022, 37(4):79.

[摘要](13) [HTML](0) [PDF 1.76 M](167)

摘要:
对烟羽治理模型进行研究，并利用数值方法求解不同烟羽治理技术终端确定的温度。研究表明：直接加热法和冷凝再热法确定的终端温度随环境温度升高而降低，近似呈指数分布；直接冷凝法确定的终端温度与环境温度近似呈线性正相关。在给定25%，50%和75%环境相对湿度时，直接加热法确定的终端温度为7.5，9.5和12.4 ℃；冷凝再热法确定的终端温度分别为1.0，2.9和5.6 ℃直接冷凝法确定的终端温度分别为28.7，30.8和33.7 ℃；在相应的终端温度之上，烟羽治理具有可行性；腐蚀问题贯穿烟羽治理整个过程，设计阶段应充分考虑换热元件耐腐蚀性、烟囱结构形式、烟道正压区腐蚀、烟道经济性和脱硝催化剂选用等；运行阶段应注意煤质管控、燃烧配风和终端温度等；检修阶段应注意检查漏点和涂刷防腐涂料，必要时加装辅助蒸汽加热系统。

12 恒温下准东煤粉燃烧特性研究

王天龙，刘志强，李路江，贾永会

2022, 37(4):86.

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 4.12 M](144)

摘要:
针对准东煤碱金属含量高导致灰熔融温度低、在燃烧过程中容易造成沾污及结焦等问题，利用恒温热重实验系统，研究了准东煤的燃烧特性及温度、煤种掺混等对燃烧特性的影响。实验结果表明：单煤煤种燃烧过程中，不同煤种燃尽时间、燃烧速率存在显著差异，其中路茂通坎乡煤种和永华金泰煤种差异最大，路茂通坎乡煤种易着火，燃烧速率快，燃尽时间短；随着温度升高，单煤燃烧失重曲线发生左移，燃尽时间缩短，燃烧速率上升，表明温度升高会加速煤粉燃烧，并且1 000 ℃后提高温度对焦碳燃尽的促进作用更明显；掺混燃烧过程中，掺烧高挥发分的煤种可以有效改善煤粉燃烧初期着火特性，而掺烧高固定碳煤种可使燃尽时间延长，从而降低燃尽率；混煤掺烧能够提高灰熔点，有效改善准东煤熔融特性，从而在煤源方面减少或者避免炉膛受热面沾污、结渣，确保锅炉运行的安全性和经济性。

13 亚临界热电联产机组耦合吸收式热泵系统热经济性及环境效益分析

米玉鸿，冯林魁，柏建华，赵凯

2022, 37(4):94.

[摘要](13) [HTML](0) [PDF 1.39 M](129)

摘要:
为了减少北方供暖能耗、提高热电厂余热利用效率，构建了亚临界热电联产机组耦合吸收式热泵系统，并实测其性能，详细对比分析亚临界机组在耦合和切除热泵两种运行工况下的经济性。试验表明：热泵机组性能系数（Coefficient of Performance，COP）为1.74，且热泵机组的制热量和回收热量随着循环水温度和驱动蒸汽压力的增大而增加；对于2台330 MW汽轮机组，热泵机组的投入可以增加供热面积166.03万m2；每年节约循环水量47.75万t，煤炭4.03万t，经济效益良好；CO2、SO2和NOx排放量分别减少10.47万t、966 t和281.75 t，节能减排效果显著。

14 不可凝气体对大扁管空冷凝汽器性能的影响分析

曹国庆，潘翔峰，吴哲，邓慧

2022, 37(4):100.

[摘要](15) [HTML](0) [PDF 2.07 M](140)

摘要:
为了研究不可凝气体(noncondensable gases，NCG)对火电与光热发电机组上广泛使用的大扁管空冷凝汽器性能的影响，以工程机组凝汽器上普遍应用的通流面积220 mm×20 mm的大扁管为研究对象，针对汽轮机典型工况下的实际蒸汽流量，基于Lee相变方程、VOF方法以及组分扩散模型，对蒸汽与NCG混合气体管内两相流凝结换热进行数学建模与数值计算。结果表明：由于大扁管的狭窄通流几何结构与高蒸汽流量，NCG对管内蒸汽凝结的抑制效果要远低于预期；当入口空气质量分数按2％增加时，凝结管凝结换热系数仅下降2％左右，这与NCG导致低流量圆管凝结性能急剧下降的结论不同；空气正常泄漏不会导致空冷凝汽器性能下降而影响发电机组效率。

15 超临界CO2螺旋槽管内冷却换热特性的数值模拟及实验研究

虞中旸，陶乐仁，张苏韩，李猛

2022, 37(4):107.

[摘要](12) [HTML](0) [PDF 5.70 M](140)

摘要:
为了研究超临界CO2螺旋槽管内的流动换热特性，本文首先在入口温度323.15 K、入口压力8.0 MPa、入口雷诺数35 000、总热量4 200 W的条件下对不同结构参数的螺旋槽管进行了数值计算，分析了各参数对换热系数及流动过程的影响，并根据换热评价因子，得到了最优螺旋槽管结构(管槽半径r1为6.5 mm，管槽圆角r2半径为2.0 mm，管槽槽深e1为5.5 mm，套管间距e2为1.0 mm，螺旋角w为0.70 rad)。在此基础上，实验研究了不同压力、不同入口雷诺数对换热系数的影响，得出其影响机理。分析换热系数的影响因素，并结合数值计算和实验数据，建立了超临界CO2螺旋槽管内冷却换热关联式，并对实验数据进行了预测计算。结果表明，预测值与实验值的平均绝对值偏差为11.65%，最大绝对值偏差不超过25%，证明了其具有较好的准确性。

16 相变蓄热供热装置热性能试验研究与系统经济性分析

段洋，陈久林，王志雄

2022, 37(4):117.

[摘要](328) [HTML](0) [PDF 3.40 M](144)

摘要:
为分析相变蓄热装置在充热和放热过程中的热性能，设计并搭建一套相变蓄热供热装置中试实验系统，研究主要运行参数对相变蓄热装置热性能的影响；在此基础上，结合项目案例，对相变蓄热供热系统经济性进行分析。结果表明：相变材料（Phase Change Material,PCM）凝固过程中的传热主要受相变介质内部导热控制；而在其熔化过程中自然对流对传热起重要控制作用；蓄热装置充热速率快于放热速率。提高传热流体流量有助于增强PCM中的热传递，缩短充/放热时间，但蓄热装置内PCM温度分布均匀性有所降低；为降低系统能耗，提高储放热效率，优先选用小流量进行充/放热。该相变蓄热供热项目的动态投资回收期为3.55年，具有良好的经济性。研究结果可对相变蓄热供热系统的设计及应用推广提供参考依据。

17 水-油连续螺旋折流板换热器热力性能研究

吕思聪，代守宝，潘思言，杨光

2022, 37(4):124.

[摘要](376) [HTML](0) [PDF 1.61 M](131)

摘要:
利用计算流体力学(Computational Fluid Dynamic，CFD)方法，针对连续螺旋折流板换热器建立物理模型和数学模型，在管侧介质为水和壳侧介质为原油条件下，研究不同原油流量及螺旋角对螺旋折流板换热器内部流场、换热性能及阻力性能的影响，并拟合了水油换热时螺旋折流板换热器的Nu、f与Re的关联式。结果表明： 22°螺旋角的螺旋折流板换热器与其它较小螺旋角换热器对比，壳侧压降和换热系数逐渐减小，综合换热性能最佳。通过对壳侧原油为层流状态下的阻力系数和对流换热系数关系式进行拟合，更好地指导水-油连续螺旋折流板换热器的热力设计。

18 R410A/润滑油混合物在5 mm铜管内流动冷凝传热特性与理论预测模型研究

姜林林，沈志华，蒋金周

2022, 37(4):130.

[摘要](12) [HTML](0) [PDF 1.36 M](137)

摘要:
针对润滑油冷凝性能影响分析不足以及理论预测模型对小管径冷凝传热系数预测精度低的问题，对R410A/润滑油混合物在5 mm水平强化管内流动冷凝传热特性进行了实验研究，探究了质量流率、干度和润滑油质量分数3个参数对冷凝传热性能的影响。实验工况：质量流率为200，300和400 kg/（m2•s），干度为0.1~0.9，润滑油质量分数为0，1%，3%和5%。实验结果表明：对于混合物，冷凝传热系数随着质量流率的增大而增大，随着干度的增大先增大后减小，润滑油质量分数对冷凝传热特性具有重要影响；基于实验数据和理论分析对理论预测模型进行了修正，修正后的模型在±15%误差带内预测精度比达到94.6%。

19 不同比例生物柴油在工业锅炉中燃烧特性的数值模拟研究

吕岩岩，张艳伟，林欣，任志远

2022, 37(4):137.

[摘要](16) [HTML](0) [PDF 4.26 M](170)

摘要:
为得到不同调和比例的生物柴油在炉膛内的燃烧过程、辐射换热能力、温度分布和燃烧后产物的浓度分布，并为研发新设备和优化已有的燃烧换热设备提供数据支撑，采用数值模拟的方法，针对生物柴油与石化柴油的混合燃料，在10%，30%，50%和100% 4种不同调和比例下研究了其在工业锅炉中的燃烧特性。计算结果表明：不同调和比例的生物柴油在炉膛内燃烧过程有明显的差异，随着生物柴油比例的升高，炉膛内燃烧中心的最高温度分别为2 093，1 970，1 622和1 704 K，火焰的形状有增大的趋势，火焰中心在炉膛内的相对位置也有向炉膛尾部移动的趋势，且B50和B100生物柴油的燃烧区域有不稳定燃烧现象的出现；烟气温度是影响炉膛内表面辐射换热能力的主要参数；不同调和比例生物柴油燃烧后对应的最高NOx浓度分别为：132，18.8，0.62和4.95 mg/m3，提高生物柴油的调和比例可以有效地降低炉膛的NOx的排放。

20 风力机变桨故障叶片载荷特征及仿生分形与原始结构对比研究

王渊博，张强，李春，许子非

2022, 37(4):144.

[摘要](8) [HTML](0) [PDF 6.78 M](137)

摘要:
为探究切出风速下风力机变桨故障叶片的载荷及动力学特征，利用FAST软件进行数值计算，发现载荷及叶尖位移分别为变桨成功叶片的13.6和14.2倍，可知变桨故障叶片极可能发生结构失效断裂事故。为改善结构力学性能，提出结合仿生方法及分形理论的新构型叶片，并通过有限元分析与原始叶片进行对比，其中载荷边界条件来自以数据库方式存储FAST计算结果的叶片17段载荷数据。结果表明：仿生分形叶片重量及叶尖位移分别比原始叶片减少23.4%和19.7%；同时，结构屈曲分析显示，仿生分形叶片一阶屈曲因子为1.858，比原始叶片提高33.6%，极大增加了叶片结构安全性。

21 主动式气动滑片对翼型气动及噪声特性影响研究

倪露露，缪维跑，李春，张万福

2022, 37(4):152.

[摘要](11) [HTML](0) [PDF 13.47 M](330)

摘要:

22 橡胶阻尼在筒形联轴器中的应用研究

刘松林，尹逊民，邢立峰，宋铎

2022, 37(4):160.

[摘要](14) [HTML](0) [PDF 6.68 M](149)

摘要:
为提高筒形联轴器在运转过程中的安全性和可靠性，提出在其核心部件挠性筒中叠加橡胶阻尼筒。使用有限元仿真的方法，建立挠性筒的三维实体模型和有限元模型，使用 ANSYS软件分析其振动特性，通过扫频激励试验验证结论。结果表明：以质量仅为挠性筒0.05%的橡胶阻尼筒可以降低挠性筒93%振动响应幅值。这种方法既可保证筒形联轴器安全通过共振区域，还可以提高其高转速下的振动安全性。

23 基于优化CEEMDAN-CNN的轴承故障诊断研究

肖俊青，金江涛，李春，许子非

2022, 37(4):166.

[摘要](12) [HTML](0) [PDF 7.45 M](166)

摘要:
针对滚动轴承振动信号易受环境噪声干扰及浅层学习模型依赖人工经验难以准确提取故障特征的难题，提出了一种优化自适应白噪声平均总体经验模态分解(OCEEMDAN)与卷积神经网络(CNN)联合的故障诊断方法。采用自适应白噪声平均总体经验模态分解(CEEMDAN)算法对原始信号进行分解，分形维数筛选最佳分量，奇异值(SVD)降噪优化，输入CNN实现故障诊断，分别与EMDCNN、EEMDCNN及CEEMDANCNN方法进行对比。结果表明：该方法在不同工况下均具有较高的识别率，突显了良好的鲁棒性与泛化性。

24 大型汽轮发电机壳体异常振动诊断及治理方法研究

李卫军，何玉灵，吴文健，马思聪

2022, 37(4):175.

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 1.42 M](144)

摘要:
针对大型汽轮发电机组发电机定子壳体振动超标和非稳态振动问题，提出了一种基于发电机壳体结构共振的故障识别及综合治理方法，并以某300 MW和某630 MW机组为例进行了验证。结果表明：发电机定子底部载荷分布不均诱发的连接刚度下降和发电机转子的热不平衡是导致发电机定子局部共振或振动超标的主要原因，采取载荷均布调整、现场动平衡等措施，可消除此类故障。

2022年第37卷第4期文章目次

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