2023年第38卷第6期文章目次

  • 显示方式:
  • 简洁模式
  • 摘要模式
  • 1  用于发电系统的局部进气跨声速涡轮气动设计和优化
    屈 彬,房书豪,罗 磊,宋友富
    2023, 38(6):1.
    [摘要](479) [HTML](0) [PDF 12.79 M](438)
    摘要:
    为了解决高速机载涡轮发电系统效率较低的问题,通过一维计算和三维数值模拟相结合的方法,对以拉法尔喷管作为静叶、三维叶片作为动叶的局部进气跨声速涡轮级进行了研究。在对原型涡轮级流场分析后,通过ISIGHT优化软件集成NX,NUMECA和ANSYS等模块,采用多岛遗传算法,以喷管扩张角、扩张部分长度、周向排布角度以及动叶叶片进口几何角、出口几何角和轴向弦长作为优化变量对涡轮级进行了优化设计。最终得到给定设计工况下的最优几何参数。优化结果表明:优化得到的涡轮级功率达到了74 530 W,效率达到了79.60%,较原型提升了5.1%。
    2  基于串列静子的高负荷风扇气动性能改善研究
    周安宇,杨 帅,孙 鹏,任 鹏
    2023, 38(6):11.
    [摘要](377) [HTML](0) [PDF 16.08 M](359)
    摘要:
    为了提高某高负荷风扇的性能,针对其末级静子开展改型设计研究。采用串列静子方案改善原型单列静子分离严重、损失大、裕度低的问题,并采用仿真与叶栅试验的方法分析了串列静子前后两排叶片间周向相对位置和轴向相对位置变化对设计状态与非设计状态下叶栅气动特性的影响。结果表明:当串列静子两排叶片周向相对位置为0.7、轴向相对位置为0.065时,风扇具有较高的综合性能;串列静子可有效提高风扇末级性能、拓宽稳定边界,在1.0倍和0.8倍换算转速下,喘振裕度分别提高4.7%和8.6%,设计点效率分别提高1.4%与3.2%。
    3  封严篦齿对轴流压气机涡系结构与流动损失的影响
    曹传军,敖天翔,庄皓琬,王进春
    2023, 38(6):20.
    [摘要](374) [HTML](0) [PDF 21.23 M](316)
    摘要:
    为了解决压气机级间泄漏与二次流流动问题,航空发动机轴流压气机静叶根部与转子之间通常采用篦齿进行封严。为研究封严篦齿泄漏流对压气机性能的影响,基于某轴流压气机建立了带封严篦齿真实结构的几何模型,采用三维数值模拟的方法,研究了篦齿泄漏流对某轴流压气机主流涡系结构和流动损失的影响,并探究了其影响机理。结果表明:封严篦齿泄漏流使压气机的压比和效率都有不同程度的下降;篦齿泄漏会增强上游转子叶根吸力面的尾缘角区涡和静子叶根吸力面的马蹄涡,并使设计工况的上游转子和静子的流动损失分别增大3.1%和13.1%;静子叶根后附面层低能流体被抽吸,改善了下游流场,使下游转子流动损失减小2.4%;在近喘振点,由于压气机内流场恶化严重,篦齿泄漏带来的流场变化并不显著,泄漏流对主流影响小。
    4  柱肋对缩放层板冷却结构流动和传热的影响
    栾一刚,李 锋,初曙光,王艳华
    2023, 38(6):31.
    [摘要](450) [HTML](0) [PDF 16.17 M](331)
    摘要:
    柱肋作为一种冷却通道内的强化换热技术,对提高层板结构的冷却效率有着重要意义。为了研究柱肋对双层板结构冷却性能和流场的影响,数值模拟研究了柱肋高径比分别为1,0.6,0.2,吹风比分别为0.3,0.6,1.0,15的原模型和等比例放大5倍模型两种尺度层板冷却结构的冷却效率。结果表明:高径比的变化对原模型冷却效率的影响更加明显,对放大模型的冷却效率影响非常小;吹风比越大,高径比对冷却效率的影响越明显,吹风比从0.3增大到1.5,高径比为0.6的柱肋比高径比为1柱肋的综合冷却效率提高了2%~3%;高径比为0.6的柱肋具有最大的相对压力损失,高径比为0.2和1柱肋的相对应力损失比高径比为0.6时低0.01%~0.07%。
    5  导叶时序对多级液力透平压力脉动的影响
    王晓晖,蒋虎忠,白小榜,苗森春
    2023, 38(6):40.
    [摘要](442) [HTML](0) [PDF 10.54 M](403)
    摘要:
    为研究导叶时序对多级液力透平性能的影响,以两级径流式液力透平为研究对象,建立以首级导叶周向位置为基准,依次将次级导叶周向旋转10°的5种时序方案。基于RNG k-ε湍流模型对不同导叶时序位置引起的内流瞬态特性进行了研究。结果表明:导叶时序对液力透平外特性曲线有一定影响,但对各过流部件压力脉动影响更为显著;各监测点处压力脉动主频幅值随着导叶交错角度的增大呈现出不同的规律,当交错角度为40°时液力透平内压力脉动降幅最大,首、次级叶轮出口和次级导叶过渡段主频幅值相比0°方案分别降低了11%,51%和16%;导叶时序对首、次级导叶出口压力脉动几乎无影响。
    6  储能-火电联合一次调频的双层控制策略
    于会群,戚明鑫,彭道刚,孙浩益
    2023, 38(6):48.
    [摘要](364) [HTML](0) [PDF 9.42 M](282)
    摘要:
    针对储能系统参与一次调频造成储能电池寿命损耗的问题,提出一种储能-火电联合一次调频的双层控制策略,通过改进鲸鱼算法对单位调节功率和分配系数进行寻优,在减少储能寿命损耗的同时提高调频效果,最后搭建储能火电一次调频仿真模型。仿真结果表明:在连续负荷扰动工况下,本文提出策略的储能寿命损耗比固定下垂控制和变系数下垂控制分别减少61.1%和32.8%,频率偏差均方根分别比固定下垂控制、变系数下垂控制和无储能减少40%,100%和150%。
    7  660 MW超临界火电机组汽轮机及其调速系统精细化模型研究和应用
    谢昌亚,朱龙飞,胡娱欧,崔福博
    2023, 38(6):58.
    [摘要](488) [HTML](0) [PDF 7.65 M](360)
    摘要:
    为了解决典型模型适用性差的问题,针对某660 MW超临界火电机组,通过优化调速系统模型,并考虑机组流量特性和主蒸汽压力变化对一次调频特性的影响,搭建了汽轮机及其调速系统的精细化数学模型。采用典型模型和精细化模型对机组20%,40%,50%额定负荷下的一次调频响应过程进行仿真,将仿真结果与实测数据进行对比。结果表明:在不同工况下,精细化模型能更准确地反映机组一次调频功率的响应特性、机组流量指令响应特性和主蒸汽压力响应特性,并提出判断模型是否能正确反映机组一次调频特性的原则,对汽轮机及其调速系统模型的优化和改进具有一定的指导意义。
    8  考虑碳排放的热电解耦机组多目标负荷优化
    郭喜燕,刘嘉康,杨志平,王宁玲
    2023, 38(6):68.
    [摘要](534) [HTML](0) [PDF 21.17 M](5045)
    摘要:
    在“双碳”目标下,热电联产机组为实现低碳灵活运行进行热电解耦改造。以某350 MW热电联产电厂的热电解耦改造为例,建立加装电锅炉机组模型、抽汽供热机组模型、低压缸切除机组模型,研究了改造前后机组的碳排放特性以及不同解耦方式组合后机组边界,选取了其中两种方案,分别进行以碳排放最低的单目标热电负荷优化和考虑碳排放以及收益的多目标热电负荷优化。研究表明:低压缸切除机组的供热、供电碳排放强度相比抽汽供热机组更低;抽汽供热机组耦合低压缸切除机组与加装电锅炉机组在热负荷为400~800 MW时有相近的电热特性;依据外界热负荷需求选择不同解耦方式有利于机组灵活运行;双机运行时1台机组承担主要热电负荷有助于减少机组碳排放;在文中背景下调峰收益高、碳交易收益低;机组碳排放量与机组总收益呈正比;热电解耦使机组收益随碳排放量增加更稳定。
    9  基于QPSO-LSTM网络的火电机组一次调频能力建模
    金 飞,郝晓光,王 斌,吴 创
    2023, 38(6):80.
    [摘要](424) [HTML](0) [PDF 10.97 M](328)
    摘要:
    为了提升火电机组一次调频能力,提出一种基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Network, LSTM)与量子粒子群算法(Quantumbehaved Particle Swarm Optimization, QPSO)的一次调频能力计算方法。将负荷指令、机组实发功率、主蒸汽压力、汽轮机总阀位开度和发电机转速作为特征变量,基于某600 MW燃煤火电机组调峰运行工况下的实际数据,构建一次调频能力计算模型。利用QPSO算法优化模型隐含层节点数、训练次数和学习率,解决了因网络结构及模型参数的不确定性产生的精度问题,并将该模型与传统的神经网络模型进行了对比。结果表明:本文所提出的方法具有更高的模型精度,从而能够为机组一次调频能力的限制因素分析和调频性能的优化提升提供模型基础。
    10  热电联产机组供热能耗影响因素研究
    祁海波,邹 洋,李 钊,刘 明
    2023, 38(6):88.
    [摘要](268) [HTML](0) [PDF 9.56 M](324)
    摘要:
    为了研究不同因素对热电联产机组真实供热能耗影响的差异,采用参比机组法计算几种不同容量和类型的热电联产机组的供热煤耗率,进而研究了热网循环水泵、给水泵、供热蝶阀对供热煤耗率的影响。研究表明:与采用小汽轮机驱动相比,热网循环水泵采用电机驱动时,机组供热煤耗率将上升,最大值为1.21 kg/GJ;给水泵采用电机驱动时,机组供热煤耗率可能上升或下降,上升值最大为0.77 kg/GJ,下降值最大为0.99 kg/GJ;与采用供热蝶阀相比,不采用蝶阀时,机组供热煤耗率会下降,下降值最大为12.29 kg/GJ。
    11  内螺纹管中超临界水的传热数值模拟
    祝 超,牛胜利,王 俊
    2023, 38(6):96.
    [摘要](408) [HTML](0) [PDF 17.54 M](295)
    摘要:
    通过数值模拟研究了超临界水在半周加热内螺纹管中的流动传热过程。采用SST k-ω湍流模型求解流固耦合换热,在压力25 MPa、质量流速600 kg/(m2•s)、热流密度分别为280 kW/m2和470 kW/m2条件下研究了螺纹高度、螺距和螺纹形状等结构参数对超临界水传热的影响,比较了全周加热和半周加热条件下螺纹结构参数对传热的影响差异,揭示了螺纹结构参数变化引起的传热强化机理。结果表明:与全周加热相比,半周加热条件下螺纹结构参数增强了对加热侧换热性能的影响,削弱了对整体平均换热性能的影响,冷侧壁面温度主要受周向导热的影响,仅与热流密度有关,不同螺纹结构参数下冷侧温度分布几乎没有变化;当浮升力准则数Bo>10-5时,优化螺纹结构对改善超临界水换热性能的效果更突出,增大螺纹高度、减小螺距能够强化换热,矩形内螺纹管的换热性能优于梯形内螺纹管;旋流是内螺纹管中超临界水传热强化的主要因素,结构参数主要通过强化边界层30
    12  冷水相变换热器水温变化时的结冰特性
    刘长清,吴荣华,于 灏,杨玉娟
    2023, 38(6):107.
    [摘要](287) [HTML](0) [PDF 8.29 M](276)
    摘要:
    冷水相变能热泵系统中相变换热器两侧水温变化时的结冰特性是换热器结构及系统设计的重要依据。为明确不同水温属于何种结冰工况,本文给出了冷水相变换热器的物理模型,并建立了其传热的数学模型,模拟了中介及冷水侧进水温度变化时的传热过程,依次分析了水温变化对换热量、冰层厚度及除冰能耗的影响,并给出了结冰工况的水温分区图。结果表明:在结冰工况水温分区图中,主动与被动结冰工况的分界线大致为斜率等于0.2的直线;被动与零结冰工况的分界线大致为斜率等于0.4的直线。待冰层生长稳定后,对于主动结冰工况,换热量较无冰层时降低8.07%~11.81%,相变换热器需采用除冰装置定期除冰;对于被动结冰工况,换热量较无冰层时降低0.56%~4.08%,无需进行除冰,但换热管间需预留12 mm的间距以防冰堵。
    13  基于数据驱动算法的再热蒸汽温度动态预测
    孙 悦,姜文娟,曹玉波
    2023, 38(6):116.
    [摘要](281) [HTML](0) [PDF 5.53 M](274)
    摘要:
    锅炉再热蒸汽温度具有强非线性和大滞后特性,为解决其软测量中常规单一模型预测精度不足的问题,提出一种基于自适应提升算法(Adaptive Boosting,Adaboost)和极限梯度提升(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)的数据驱动建模方法。利用变分模态分解对数据进行深度解析,通过XGBoost建立预测模型,将其作为弱学习器,经过Adaboost算法的不断迭代,配合误差动态修正(Error Dynamic Correction,EDC)构造出一种再热蒸汽温度动态数据驱动模型。结果表明:模型最终的精度评价指标均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)和平均绝对误差(Mean Absolute Error,MAE)分别为1.733和1.387,与常规的支持向量回归、随机森林及XGBoost模型相比表现更为优异,可以实现再热蒸汽温度的快速准确预测,为后续再热汽温优化控制问题提供有效的参考。
    14  基于CEEMDAN-KELM的锅炉对流受热面状态预测研究
    董利斌,杨 程,赵海晓,刘传奇
    2023, 38(6):122.
    [摘要](414) [HTML](0) [PDF 9.72 M](273)
    摘要:
    为了解决表征锅炉受热面表面健康状态的清洁因子在未来时间段内预测时呈现非平稳问题,以省煤器受热面为例,提出一种结合核极限学习机(Kernel Extreme Learning Machine,KELM)和自适应噪声完备集成经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)的清洁因子预测方法。首先,通过CEEMDAN分解算法对省煤器表面清洁因子序列进行分解和降低复杂程度,获得各固有模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF);其次,利用皮尔逊相关性分析确定主蒸汽流量、进出口烟温等9个参数为输入,建立核极限学习机模型对清洁因子的各IMF进行预测;最后,将各IMF预测结果相加获得最终预测结果。结果表明:与基本核极限学习机、支持向量机等预测模型相比,本文模型具有较高的预测精度和较优预测时间,可为基于受热面状态开展的锅炉智慧吹灰应用提供参考。
    15  基于多元回归模型的燃气热泵系统制热性能分析
    田佳垚,冯自平,胡亚飞,宋文吉
    2023, 38(6):129.
    [摘要](445) [HTML](0) [PDF 13.65 M](328)
    摘要:
    基于实测数据构建燃气热泵系统中天然气发动机的多元回归模型和开式涡旋压缩机的计算模型,采用EES软件对燃气热泵系统进行性能计算,分析出口水温(tout)、发动机转速(Neng)、环境温度(tamb)及余热回收量对系统制热性能系数COP与一次能源利用率PER的影响。模拟研究表明:在同等条件下,不开启余热回收系统时,COP与PER随tout增加线性降低,模拟值与实测值的最大误差分别为1.62%与3.06%;同时,tamb对COP的影响较大,当Neng为1 500 r/min时,随着tamb从-15 ℃变化到24 ℃时,COP上升了225.87%,PER上升了217.26%;开启余热回收系统后,同等条件下的COP与PER分别提升了2465%和24.67%,且COP,PER变化的趋势发生了明显变化。
    16  基于深度学习模型的新能源电站一体化短期功率预测
    尹兆磊,刘嗣萃,于立强,毕圆圆
    2023, 38(6):137.
    [摘要](368) [HTML](0) [PDF 17.68 M](339)
    摘要:
    为了解决风力发电和光伏发电随机性、波动性、间歇性造成的新能源功率预测建模和精度不高问题,基于深度学习模型变分自动编码器(Variational AutoEncoder,VAE)在时间序列建模和非线性逼近特征提取方面的优异性能,开展新能源电站VAE模型功率短期预测研究,并与循环神经网络(RNN)、长短期记忆(LSTM)深度学习方法和支持向量回归(SVR)机器学习方法的预测结果进行了对比。光伏电站和风电场独立功率预测结果表明,深度学习模型较基线机器学习模型预测性能更好,基于VAE的预测方法能够学习更高级别的特征,其预测性能表现更佳,光伏功率预测模型的RMSE、MAE和R2值分别为1.593、1.098和0.973;风光一体化功率预测结果表明,VAE和RNN模型能够提高功率预测准确性,其一体化功率预测模型的R2值分别为0.96和0.97
    17  碟式聚光斯特林系统地面混凝土桩储热研究
    张燕楠,杨晓宏,曹泽宇,张欣宇
    2023, 38(6):147.
    [摘要](133) [HTML](0) [PDF 14.06 M](277)
    摘要:
    为了解决碟式太阳能斯特林发电系统的储能问题,建立1 kW β型碟式斯特林发动机储能的地上混凝土储热单元,采用计算流体力学方法,针对熔融盐流速v、储热时间t、换热管管径D、熔融盐初始温度T对混凝土桩蓄热量Q和对流换热系数h的影响进行双因素分析。结果表明:v与Q呈线性关系,但v的增大导致接触时间减少而不能充分换热,最佳流速为3 m/s;D越大达到相同Q所需时间就越短,但大管径会导致混凝土体积降低、蓄热量减少,管径为25 mm最佳;随着v的增加达到相同h所需温度越低;h随D的增大而减小,D越大达到相同h所需温度越高。通过优化管型,采用S型换热管,使得对流换热系数、蓄热量、蓄热效率都较直型换热管有所提高
    18  太阳光热填料床放热过程动态特性分析
    岳 晨,汪 硕,徐 阳
    2023, 38(6):156.
    [摘要](347) [HTML](0) [PDF 17.72 M](271)
    摘要:
    为了改善太阳能不能连续稳定输出的问题,针对填料床放热过程,采用数值模拟方法研究了传热流体流速,温度以及填料床的高径比对填料床动态放热特性的影响规律。结果表明:在计算条件下,提高传热流体流速和温度是改善放热速率的关键参数,而提高填料床高径比有利于降低放热速率。当传热流体的进口流速由0.000 5 m/s 增加至0.001 3 m/s,填料床的平均放热速率提高了150%,放热时间缩短了54%,对放热密度无影响;传热流体进口温度为473 K上升至513 K,填料床的平均放热速率下降了32%,放热时间延长了34%,放热密度下降了6%;填料床高径比由2.32增加至8.33,填料床的放热量无变化,放热完成时间增加了113%,填料床的放热速率下降了129%。
    19  风浪异向下大型风力机动力学响应及非线性特征研究
    王海生,李志昊,缪维跑,李 春
    2023, 38(6):166.
    [摘要](454) [HTML](0) [PDF 17.29 M](293)
    摘要:
    为探究风、浪不同入射角对风力机塔架动力学响应及其混沌特性影响,以DTU 10 MW近海单桩式风力机为研究对象,采用相图法及最大Lyapunov指数对风、浪异向下风力机塔架振动信号展开混沌特征分析。结果表明:塔顶前后向位移几乎不随波浪入射角改变而变化,塔顶侧向位移受波浪入射角影响较大;塔架弯矩随塔架高度增加而逐渐减小,且受波浪入射角影响较大;随着风速增大,塔顶侧向加速度波动剧烈程度逐渐降低,不同海况塔架前后向加速度波动差异较小;随着波浪入射角变化,各海况加速度最大Lyapunov指数均大于零,混沌特征明显。尤以湍流风速11.4 m/s、有义波高3.5 m时,在风波夹角为60°与210°时塔顶前后向及侧向加速度的最大Lyapunov指数最大,此时风力机塔顶稳定性较差。
    20  燃料电池发电与电解镁结合的探索研究
    侯秦龙,葛 鹏,卢广轩,张 欢
    2023, 38(6):174.
    [摘要](149) [HTML](0) [PDF 9.80 M](268)
    摘要:
    文提出了一种新型的用于电解镁生产的燃料电池发电系统,研究了燃料流量和燃料利用率对系统性能的影响,同时在设计工况下对系统的能量平衡和火用平衡进行了分析。研究表明:在设计工况下,系统的热效率为6924%,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)电堆的发电效率和系统发电效率分别为39.34%和33.42%;当燃料流量从1.0 mol/s提高到13 mol/s时,电堆的发电功率从95.14 kW增加到119.95 kW,电堆的发电效率从39.34%提高到43.05%。当燃料利用率从0.65提高到0.95时,电堆发电功率从67.93 kW增加到95.14 kW;电堆发电效率从28.09%提高到39.34%。
    21  670 MW对冲旋流燃烧锅炉防高温腐蚀试验研究
    崔 强,张振鲁,李洪瑞
    2023, 38(6):182.
    [摘要](456) [HTML](0) [PDF 5.95 M](300)
    摘要:
    针对锅炉低氮燃烧改造后水冷壁近壁区发生高温腐蚀的问题,以某电厂670 MW超临界对冲旋流燃烧锅炉为研究对象,通过贴壁风系统改造结合燃烧优化调整试验,分析了贴壁风门开度、运行氧量、煤质变化等参数对水冷壁近壁区还原性气氛和炉内燃烧及运行参数的影响。结果表明:增加贴壁风系统后,水冷壁近壁区O2体积分数明显提高,CO体积分数平均值下降65.4%,H2S体积分数平均值下降53.2%,H2S平均值可控制在0.1×10-3以下,缓解高温腐蚀效果显著;高温腐蚀主要发生在高负荷工况,提高运行氧量有助于缓解高温腐蚀风险;增设贴壁风系统对锅炉氮氧化物排放量影响较小。

    当期目录


    年第卷第

    文章目录

    过刊浏览

    年份

    刊期

    浏览排行

    引用排行

    下载排行