2022年第37卷第6期文章目次

2022, 37(6):1.

[摘要](497) [HTML](0) [PDF 5.48 M](207)

摘要:
多级蓄热系统是实现能量利用的重要方式，与传统的蓄热方式相比提升了系统的整体性能，具有将不稳定的热源高效存储并利用的重要作用。本文综述了蓄热系统在材料和换热装置方面常见的优化方式，着重对于多级蓄热系统特有的优化方式，分别从层级之间的关系、材料之间的匹配以及整体火用效率3个方面进行了分析和归纳，介绍了当入口流体受不稳定热源影响时系统的优化方式。

2 现役燃煤火电机组提升参数改造技术现状及关键问题分析

范庆伟，管洪军，陈显辉，刘俊

2022, 37(6):12.

[摘要](430) [HTML](0) [PDF 1.07 M](161)

摘要:
伴随我国能源结构调整政策的实施，燃煤火电机组节能减排技术得到了极大的发展，近年来国内出现了一批现役燃煤火电机组提升参数改造的典型案例。本文对提升参数改造技术的发展历程、技术特点和典型案例进行了综述。在此基础上，针对提升参数改造技术在节能潜力、机组增容、受热面调整方式、投资收益比和未来发展等方面进行了分析。提升参数改造若与现役机组延寿改造同步实施，将会提高该技术的经济性，同时也会提升改造后机组的生存几率。

3 基于牛顿迭代法的舰船冷凝器动态仿真模型研究

代守宝，陈光，王雨晴，高万博

2022, 37(6):19.

[摘要](16) [HTML](0) [PDF 1.77 M](161)

摘要:
针对舰船冷凝器设备的结构和运行特点，根据流体流动守恒方程、道尔顿气体分压定律和牛顿迭代法理论，利用Fortran语言编程，建立多相介质冷凝器热工水力动态仿真模型。基于秦山一期300 MW机组冷凝器额定工况运行参数对开发的模型进行验证。研究表明：所设计的模型可反映冷凝器内部各主要参数随时间的变化规律、真实的流动和换热过程；主要参数相对误差在10%以内，可满足系统实时仿真需求；冷凝器在稳态工况、变负荷过程、故障工况下的仿真分析，可获得其不同工况下的动态响应。

4 基于主蒸汽流量的抽凝供热机组宽负荷滑压优化研究

张世东，黄峻，韩朝兵，戴坤鹏

2022, 37(6):26.

[摘要](325) [HTML](0) [PDF 747.63 K](163)

摘要:
为提高某超临界抽凝供热机组的运行经济性，分析了供暖期热负荷、背压等因素对传统机组负荷—主蒸汽压力滑压曲线适用性的影响。针对该抽凝供热机组，通过宽负荷滑压优化试验，给出了以主蒸汽流量为自变量的滑压优化曲线，在此基础上提出了在线计算主蒸汽流量的模型。试验结果表明：不同负荷下计算的通流系数基本为一定值，符合理论分析；不同通流系数下，计算主蒸汽流量和试验主蒸汽流量之间的相对误差均不超过1%；该模型计算的主蒸汽流量与试验值吻合度较高，能满足滑压运行的在线实时控制。

5 二次再热汽轮机中压转子冷态启动暖机过程分析

康明，吴仕芳，王海涛，王炜哲

2022, 37(6):32.

[摘要](51) [HTML](0) [PDF 3.31 M](137)

摘要:
利用有限元软件分析二次再热汽轮机冷态启动情况下中压转子的预热过程，研究暖机转速、转子初始温度以及进口蒸汽温度等因素对转子由脆性转变为韧性状态时间的影响。针对服役机组，对比分析了6种不同冷态过程下中压转子的预热行为。结果显示：改善上述任一影响因素均可以缩短转子所需的预热时间；维持转子初始温度及进汽参数恒定时，当暖机转速由360 r/min升至870 r/min时，转子预热时间可缩短2 h；维持暖机转速及进汽温度恒定时，转子初始温度由30 ℃升至70 ℃，转子预热时间可缩短1.26 h；维持暖机转速及转子初始温度恒定时，当进汽温度由373.1 ℃升至430 ℃时，预热时间可缩短0.28 h。采用转子初始温度30 ℃、暖机转速870 r/min、进汽温度373.1 ℃（工况1）的某二次再热服役机组冷态启动的实际暖机时间与理论模拟结果基本一致，从而验证了理论分析的准确性。

6 导叶开度对混流式水轮机转轮内部流态的影响

唐雯，刘小兵，何玲艳，马腾宇

2022, 37(6):40.

[摘要](27) [HTML](0) [PDF 25.55 M](194)

摘要:
基于数值模拟方法，以梯级水光蓄互补联合发电系统示范工程中的猛固桥电站混流式水轮机为研究对象，对水轮机在不同特征水头、不同导叶开度工况下转轮叶片表面受力及流道内流场特性进行研究，分析导叶开度改变对水轮机转轮内流态的影响规律。结果表明：导叶开度对于混流式转轮进口流态的影响较大，导叶开度越小入流速度波动程度越大，来流对叶片头部冲击越大，在进口处产生严重的冲击损失；随导叶开度减小，转轮叶片表面等压线与进口边夹角增大，在上冠交接区域产生小三角区低压，使转轮流道出口更易产生空化损失。

7 80 MW等级小F重型燃气轮机启动过程放风优化设计研究

杨晓锋，朱芳，赵连会，何磊

2022, 37(6):48.

[摘要](146) [HTML](0) [PDF 2.53 M](156)

摘要:
以某成熟燃气轮机为原型，针对80 MW等级小F重型燃气轮机提出了两种放风优化方案。用定常三维/一维数值方法，分别模拟了原型设计和两种优化方案的燃气轮机启动过程，分析了放风量对压气机气动稳定性的影响，并以压气机失速裕度进一步评估了两种优化方案的可靠性。结果表明：随着压气机中间级放风量的增大，启动过程低转速阶段压气机气动稳定性增强，高转速阶段压气机气动稳定性降低；相较而言，压气机中间级放风量小的优化方案更能兼顾低、高转速的稳定运行，最终选择采用该方案作为80 MW等级小F重型燃气轮机的放风优化方案。

8 某型高压压气机的雷诺数修正方法优化

吴思宇，王廷，夏凯，李沛泽

2022, 37(6):54.

[摘要](218) [HTML](0) [PDF 3.78 M](153)

摘要:
以某型高压九级轴流压气机为研究对象，以设计条件下的性能参数作为参考，对试验条件下的计算数据进行了雷诺数修正，并提出了修正方法优化方案。首先，基于Wassell修正方法对1.0额定转速的设计压比下的转速点进行修正，评估了该方法对样机的有效性；然后，对试验进口条件整条流量—压比、流量—效率特性线进行修正，对比修正结果与参考结果后，重新拟合特性线，旨在找出适合该样机的Wassell修正系数；在重新调整了修正系数后，对1.0额定转速转速特性线进行了二次修正，并以二次修正方法为准则对该样机的0.9额定转速和0.8额定转速进行修正，以校核该方法对这两个转速的通用性；最后，应用二次修正公式得到数据与样机实测数据点数值进行对比。效率修正的相对误差仅为0.024%，说明二次修正方法得到数值吻合度更好、预估准确性较好，方法合理有效。

9 1.5级燃机涡轮轮缘处的入侵与封严特性研究

樊澍，周志涛，陆禹铭，张海

2022, 37(6):61.

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 8.19 M](179)

摘要:
以巴斯大学1.5级燃气涡轮实验台为研究对象进行数值模拟，对不同封严流量下轮缘处的周向压力场进行对比，追踪封严流和主流的流动路径，分析主流入侵对轮缘附近区域流场的影响。分析实验设备的物理模型，在保证其主体部件几何形状不变的基础上将其简化，保留叶栅通道和盘腔，湍流模型选取SST模型。数值模拟边界条件为转速3 000 r/min，旋转雷诺数为8.64×105，主流雷诺数为3.41×105，流动速率为0.395，主流流量为1.08 kg/s，轮缘处周向速度为59.7 m/s，主流速度为25.8 m/s，主流温度为303 K，出口压力为101 325 Pa。结果表明：主流入侵主要是因为轮缘外的压力分布不均；随着封严流量的增加，主流入侵量减少，增加了下游的压力水平；导叶尾缘处是主要的入侵区域。

10 两种径向间隙处理对1.5级高负荷轴流压气机性能影响的比较研究

邹恺恺，刘永葆，贺星

2022, 37(6):67.

[摘要](10) [HTML](0) [PDF 13.54 M](177)

摘要:
采用数值模拟方法研究了机匣直沟槽处理和斜沟槽处理对压气机气动性能的影响，对两种处理方式下压气机各叶栅通道的熵产、涡量、回流范围和强度、静压分布、负轴向速度进行了定量计算和定性分析。结果表明：与光壁机匣相比，直沟槽和斜沟槽处理均使压气机的稳定运行范围拓宽了3%以上，直沟槽机匣处理压气机比斜沟槽机匣处理压气机的失速裕度更高，但绝热效率略低。

11 催化剂颗粒粒径对烟气轮机流场影响的模拟研究

刘光奎，孙思聪，梁奎，杨喜胜

2022, 37(6):77.

[摘要](400) [HTML](0) [PDF 17.43 M](211)

摘要:
使用FLUENT 17.2软件对催化剂不同颗粒粒径下烟气轮机流场特性进行了模拟研究，分析了不同颗粒粒径对高温烟气流场、催化剂运动轨迹以及动叶冲蚀的影响。研究工况：颗粒粒径分别为0.5，1.0，1.5和2.0 μm，高温烟气的入口温度为670 ℃，烟气轮机转子转速为6 263 r/min，高温烟气流量为2 067.92 m3/min。研究结果表明：在所研究的颗粒粒径水平下，颗粒粒径的改变不会对高温烟气流场以及颗粒运动轨迹造成明显的影响；动叶叶片被冲蚀的位置以前缘和尾缘为主，前缘被冲蚀的可能性大于尾缘；动叶叶片被冲蚀的可能性随着颗粒粒径的增加而上升。

12 静叶前缘冲击-凸起扰流结构复合冷却的数值研究

陈伟，杜海芬，邹佳瑶，谢诞梅

2022, 37(6):83.

[摘要](11) [HTML](0) [PDF 14.35 M](152)

摘要:
为了改善燃气透平叶片冲击-凸起扰流结构流动与换热特性，构建了3种复合冷却叶片：无凸起结构V1，分别在前缘与冲击孔错列布置两种泪滴型扰流柱V2和V3，采用SST komega湍流模型，在8种不同质量流量比（MFR）工况下分析3种叶片的流动与换热特性。结果表明：针对C3X叶型布置的泪滴型扰流柱能有效改善叶片的换热特性；低MFR工况下，V3结构性能更优，冷却效率可提高9.29%；增加MFR可以同时改善流动与换热特性，当MFR从0.25%增加到1.00%时，3种叶片的压力损失系数先增大后减小；随着MFR从0.25%增加到2.00%，V2和V3结构冷却效率的提高率逐渐降低；在MFR≥1.00%时，V3结构的流动与换热特性均优于V2。

13 燃气轮机喷雾冷却流动与换热数值研究

牛长军，华佳亮，王坤，刘综绪

2022, 37(6):91.

[摘要](603) [HTML](0) [PDF 6.26 M](225)

摘要:
为了研究燃气轮机空气管道喷雾冷却过程中流场分布、雾滴运动轨迹及冷却效果，基于欧拉-拉格朗日粒子追踪模型开展了喷雾冷却的数值研究，探究了不同雾滴尺寸、喷水量条件下，进气管道内流场特性、温度分布以及压力损失。模型为实测L型进气管道，横截面尺寸为3 m×8 m，直管段长度为11.6 m，竖直段长度为6.9 m，在直管段的端部均匀布置3×8喷嘴阵列，雾化水温度为15 ℃，喷吹速度为60 m/s，管道空气流速为3 m/s。研究表明：喷嘴雾滴喷入量为零和100%时，出口平面的速度分布标准差分别为0.60和0.71，喷雾对流场分布未产生太大影响；雾滴直径越大在管道内的运动距离越远，汽化长度越长，雾滴直径为50 μm时，完全汽化所需长度达14.05 m；喷雾冷却前后压损率分别为12.55%和8.59%，喷雾后总压损减小，流场改善；随喷水量增大，出口气体含湿量增大，出口温度降低，当喷水量为100%时，降温达12.43 ℃。

14 燃料热值对不同燃烧方式下燃气轮机燃烧特性的影响

肖俊峰，王峰，李晓丰，王玮

2022, 37(6):97.

[摘要](184) [HTML](0) [PDF 3.99 M](147)

摘要:
针对燃气轮机运行过程中出现的燃烧不稳定和污染物排放高的问题，开展了燃料热值对不同燃烧方式下燃气轮机燃烧特性（燃烧稳定性和污染物排放影响规律）影响的研究。以某重型燃气轮机分管燃烧室为研究对象，在扩散燃烧和预混燃烧方式下，保持燃料流量、空气流量及大气温度等参数不变，仅改变燃料热值，采用数值仿真方法对燃烧室设计监测点处压力、燃烧室出口温度及污染物排放等数据进行分析。研究表明：在扩散燃烧方式下，热值较低时，燃烧室高频压力脉动较大，热值增加，燃烧室低频压力脉动先减小后增加；在预混燃烧方式下，热值增加，燃烧室高频压力脉动减小；在两种燃烧方式下，热值增加，燃烧室出口NOx排放均增加，而热值变化对燃烧室出口CO的排放影响较小。

15 侧风条件下带消能导流装置的直接空冷岛冬季冻结风险模拟研究

陈鹏，李高潮，吕国东，师进文

2022, 37(6):105.

[摘要](13) [HTML](0) [PDF 10.99 M](157)

摘要:
哈密某电厂在其空冷岛中使用了一种新型消能导流装置来抵抗侧风影响、稳定机组背压。然而，该电厂冬季空冷单元散热管束冻结的情况依然存在。为了探究该装置对空冷岛冬季防冻的影响，利用Fluent软件对该电厂冬季大风时空冷岛的流动传热特性及各空冷单元的冻结风险进行了模拟研究。研究表明：空冷岛“消能导流装置”整体上对空冷单元的防冻起负面作用；在冬季大风条件下该装置迎风侧空冷单元的散热量平均超出警戒值27%以上，最高达到50%；消能导流装置主要通过提升轴流风机空气流速来增加对应空冷单元的换热量，该装置迎风侧空冷单元轴流风机的轴向空气流速甚至能达到与环境侧风相同的水平，这导致对应空冷单元换热量激增，更容易出现冻结事故；大风条件下该装置在空冷岛下方形成的高压区域分布并不均匀，临近主厂房与相邻空冷岛一侧的高压区域压力更高、面积更大，这些区域空冷单元的冻结风险更高。·

16 波纹板式换热器传热与流动特性分析

白书诚，吴俐俊，田梦雨

2022, 37(6):114.

[摘要](28) [HTML](0) [PDF 4.63 M](141)

摘要:
通过数值模拟的方式，对一种用于低粘度流体的波纹板式换热器的传热特性和阻力性能进行分析，以控制变量法分析了流体速度对传热特性及阻力性能的影响；搭建了板式换热器测试平台，验证了数值模拟结果的正确性和可行性；用等速法拟合了Nu-Re与Eu-Re的相关准则式，并采用JF因子评价换热器综合性能。结果表明：模拟结果与实验结果相比误差在10％以内；当流体流速小于1.0 m/s时，换热器传热系数和压降随着流速的增大而增大，但综合换热性能逐渐变差，在此流速范围内，总传热系数随冷流体进口温度升高而增大。

17 滑移流区纤维束蓄热体换热性能数值研究

刘燕英，匡荛，张佳钰

2022, 37(6):122.

[摘要](7) [HTML](0) [PDF 1.56 M](133)

摘要:
随着蓄热体基础部件的尺寸细小化，玄武岩蓄热体的纤维直径微小，顺排排列后，内部形成微细流道。为探究微尺度下产生的尺度效应对玄武岩纤维束内部流道流动和传热的数值模拟的影响，建立了蓄热体的二维层流模型。通过Ansys 17.0 fluent中的UDF函数添加了滑移边界条件，以添加滑移边界条件前后的壁面努塞尔数（Nu）减小百分比为评价指标，对比分析二维纤维束微流道的数值模拟中，滑移边界条件对不同工况下流固换热的影响程度。模拟结果表明：随着温度和间距的增大，添加滑移边界条件后的Nu下降程度会增大；随着纤维排数和入口速度的增加，Nu下降程度会减小；纤维束直径d为20 μm，排数小于5排，中心间距超过3 d时，添加了滑移边界条件的Nu的降幅达到了1%以上，在数值模拟中不可忽略滑移流区的影响。

18 应用于汽轮机灵活运行的电加热系统实验与数值模拟研究

张栩，胡怡丰，周文武，刘应征

2022, 37(6):129.

[摘要](508) [HTML](0) [PDF 11.66 M](234)

摘要:
为了研究不同加热功率下汽轮机开机预热所需的时间以及停机保温所需的加热功率，开展了实验及数值模拟研究。首先，为了验证数值模拟方案的有效性,针对某汽轮机控制阀门的缩比模型进行电加热实验和传热数值模拟。实验利用52个热电偶历时100 h记录了电加热过程中阀门各个位置的温度变化情况，然后利用有限元分析方法对该过程进行仿真，发现模拟与实验结果吻合良好。基于阀门研究结果，同样采用有限元分析方法预测了电加热系统对某100 MW汽轮机高压部分（蒸汽关闭）的开机预热和停机保温的灵活运行效果。研究表明：对于开机预热工况，当加热系统的功率为发电功率的0.014%，0.041%和0.083%时，开机预热所需时间分别为51.4，19.5和12.1 h；对于停机保温工况，仅需以发电功率的0.011%对高压真机进行保温，则可以让其维持在阈值温度，极大提高其运行的灵活性。

19 高低热导率相间表面强化饱和池沸腾的格子玻尔兹曼模拟

陈玉，刘学文，林涛，全晓军

2022, 37(6):137.

[摘要](455) [HTML](0) [PDF 6.38 M](172)

摘要:
采用格子玻尔兹曼方法模拟高低热导率相间表面的饱和池沸腾过程，研究不同表面高低热导率区域热导率比值、低热导率区域宽度和深度对沸腾换热性能的影响。对比均匀热导率表面与高低热导率相间表面的沸腾曲线发现：高低热导率相间表面的沸腾过程可被分为5个阶段，并且其临界热流密度最高可达均匀表面的12倍；高低热导率相间可促使表面维持一定的温度差异，从而保持明显的气液流动；随着低热导率区域宽度增大，气液分离更加明显，低热导率区域宽度存在一个最优值，其与毛细长度的量级接近；随着低热导率区域的深度增大，表面过热度的差异更加明显。

20 逆向流动边界下窄方腔内相变材料融化传热数值研究

衡文蕾，王子云，秦浩峰，王墨馨

2022, 37(6):145.

[摘要](10) [HTML](0) [PDF 4.52 M](143)

摘要:
为分析复杂流动边界条件对相变材料融化进程的影响，采用计算流体动力学方法进行数值模拟，研究了窄方腔内月桂酸在逆向流动边界中的融化传热特性。建立了填充有相变材料的窄方腔两侧流过参数相同但逆向的传热流体的物理模型。通过数值模拟得到了相变材料融化形态变化以及相对应的液体分数、温度、速度矢量分布等瞬态传热特性，从中总结出了腔体中相变融化机制和传热机理。选取雷诺数1×104，3×104，5×104，7×104和瑞利数3×106，4×106，5×106，6×106的7种工况，分析了不同边界条件对传热过程的影响。结果表明：腔内自然对流的产生大大增加了传热强度，导致顶部相变材料率先完全融化；融化阶段的传热方式依次为导热、导热与对流混合、对流主导传热；在两侧流体的共同传热作用下腔内外换热效果明显增强；雷诺数和瑞利数都对融化过程有积极的影响，但融化前期雷诺数影响较大，后期瑞利数逐渐起主导作用。

21 基于IfThenElse规则的热电联产系统能量调度方法

张昊，李大华，田禾，高强

2022, 37(6):152.

[摘要](11) [HTML](0) [PDF 1.72 M](157)

摘要:
为了降低热电联产系统能量调度算法计算的复杂度，减少计算时间，提出了一种基于IfThenElse规则的热电联产系统能量调度方法。通过引入逻辑变量来描述设备的启停状态和工作模式，建立混合逻辑动态模型，在模型预测控制的框架下，根据实时电价以及本地能源、电力负荷和热力负荷的预测结果，为模型中的二元决策变量赋值，从而将模型中的混合整数线性规划问题转化为线性规划问题。最后，通过仿真将本文提出的方法和混合整数线性规划方法进行比较，结果表明，本文所采用的方法在性能上几乎没有损失，平均计算时间降低65%。

22 基于深度学习与支持向量机的滚动轴承故障诊断研究

金江涛，许子非，李春，缪维跑

2022, 37(6):156.

[摘要](19) [HTML](0) [PDF 7.61 M](138)

摘要:
针对滚动轴承运行环境复杂，传统故障诊断方法难以从强非线性信号中提取有效故障特征，且无法充分利用信号自身特征的问题，提出CNNLSTMSVM故障诊断方法。以滚动轴承加速度寿命实验数据为研究对象，基于卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)与长短期记忆网络(Long Short Term Memory,LSTM)技术提取信号特征并结合支持向量机(Support Vector Machine,SVM)完成故障分类。结果显示：该方法具有良好外推性能，在变演变阶段下的平均准确率达到95.92%，与现有方法相比，至少高出11.34%，且在噪声环境下的诊断准确率均高于现有方法，稳定性更佳，体现良好的鲁棒性与泛化性。

23 反射式高倍聚光系统光路优化

方雅聪，王子龙，张华，周翔

2022, 37(6):163.

[摘要](10) [HTML](0) [PDF 8.33 M](148)

摘要:
为探究反射式高倍聚光系统中电池位置和角度对电池表面能量密度均匀性和光接收率的影响。设计并搭建了一套反射式高倍聚光系统，通过实验研究和光线追迹相结合的方法，对反射式高倍聚光系统进行了光路优化。并通过TracePro软件对电池表面能量密度进行了数值计算。研究结果表明:电池在（0，-2，52）处，与焦平面成45°角时，电池表面光接收率为56.63%，电池表面光斑的均匀度为72.85%，表面能量密度的分布和能量接收率综合比较最优，光电转换效率最高。

24 1 000 MW超超临界机组凝结水泵变频优化试验及应用

曾海波，李铭，陈节涛

2022, 37(6):169.

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 3.72 M](130)

摘要:
为了进一步降低凝结水泵运行的厂用电率占比，解决超超临界机组参与电网深度调峰工况下凝结水泵变频控制节能效果受限的问题，通过在1 000 MW超超临界机组上开展现场试验并获取特性数据，针对当前运行现状提出一种适合深度调峰且机组热力系统安全的凝结水泵变频控制策略，并加以实施和变工况验证。优化运行结果表明：该控制策略在保证机组安全稳定运行的前提下，能有效降低凝结水泵的功耗，凝结水泵耗电率由0.218%下降至0.152%；在低负荷阶段节能效果更为显著，在500 MW工况下，凝结水泵功耗由1 057 kW下降至633 kW，下降了40.1%；在400 MW工况下，凝结水泵功耗由1 035 kW下降至512 kW，下降了50.5%。

25 主余震序列作用下近海风力机动力特性研究

牛凯伦，闫阳天，李春，李志昊

2022, 37(6):185.

[摘要](11) [HTML](0) [PDF 13.56 M](158)

摘要:
为研究主余震序列作用下近海单桩式风力机动力响应特性，以DTU 10 MW风力机为研究对象，构建地震-湍流风-波浪多物理场计算模型，并通过重复法及衰减法构造主余震序列，研究主余震序列对风力机动力特性的影响。结果表明：当地震正向冲击时，环境载荷主要影响塔顶前后向振动，地震载荷为塔顶侧向振动的决定载荷，可在一定程度上缓解环境载荷所造成的塔顶振动。主余震序列作用时相较仅主震或余震序列作用，风力机塔顶振动明显增强，塔架最大等效应力变大，应变能集聚现象更为明显。余震较强时，风力机余震阶段塔顶振动、最大等效应力及应变能集聚现象强于主震阶段。

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