2023年第38卷第9期文章目次

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  • 1  生物燃料液滴蒸发和燃烧试验研究进展
    韦兰星,王继刚,沈钰焜,乔信起
    2023, 38(9):1.
    [摘要](369) [HTML](0) [PDF 7.66 M](382)
    摘要:
    液体燃料液滴的蒸发和燃烧过程是发动机实现高效清洁燃烧的重要环节。本文通过对比飞滴法、悬浮法、依附法和悬挂法4种常用液滴蒸发和燃烧试验研究方法,阐述和分析了每种方法的优缺点。从液滴蒸发和燃烧特性两个方面展开综述,详细介绍了发动机替代燃料液滴的蒸发和燃烧研究进展及存在的主要问题。最后对液滴蒸发和燃烧试验研究的未来发展方向进行了展望,期望为发动机清洁高效燃烧的研究提供借鉴和参考
    2  旋流预混燃烧室燃烧特性及排放特性的数值模拟研究
    杨亚晶,刘志鹏,魏衍举
    2023, 38(9):12.
    [摘要](378) [HTML](0) [PDF 16.58 M](281)
    摘要:
    为了综合考察燃气轮机燃烧室在高稳定性、低排放以及燃料适应性等方面的新要求,基于旋流预混燃烧技术,通过三维数值模拟方法开展了甲烷/空气、丙烷/空气预混燃烧特性及排放特性研究。结果表明:在一定的预混气进气质量流量条件下,当量比增大易引发回火,燃烧温度更高,同时NOx排放指数增大,增加预混气质量流量,可在一定程度上提高回/熄火极限;当量比固定,增加预混气进气质量流量可避免潜在的回火现象,且NOx排放指数线性降低;旋流器的旋流数增大能形成强旋流,稳定火焰,降低NOx排放指数,但过大的旋流强度会引发回火现象;相比于甲烷/空气预混燃烧,丙烷/空气预混燃烧温度偏高,NOx排放指数较大,但回熄火边界更宽,对应更广阔的稳定燃烧区间。
    3  深度调峰运行时汽轮机低压叶片的安全性分析
    宫啸宇,蒋 楠,戴义平
    2023, 38(9):21.
    [摘要](224) [HTML](0) [PDF 9.66 M](330)
    摘要:
    为了满足电网深度调峰和供热的要求,低压缸需要长期在低负荷甚至零出力工况下运行。本文以某660 MW汽轮机为对象,对其深度调峰和供热工况下低压叶片的通流特性和运行安全性问题进行了研究,得到了不同排汽压力时低压末级叶片的流场分布以及相关参数随背压变化的规律,分析计算了叶片所受汽流弯应力,确定了汽流弯应力随背压的变化。结果表明:该机组在深度调峰和供热的小容积流量工况下,叶片所受汽流弯应力很小,满足不调频叶片的设计要求,能够保证机组安全稳定运行;小容积流量工况下,汽轮机的排汽压力降低,真空度提高,其低压部分摩擦鼓风损失大幅度降低,鼓风发热问题减少,汽流弯应力降低,汽轮机可以安全稳定运行。
    4  基于连接权值算法的燃烧调整参数敏感性研究
    王文阳
    2023, 38(9):30.
    [摘要](336) [HTML](0) [PDF 1.60 M](320)
    摘要:
    为确认燃烧调整过程中影响燃气轮机运行状态的主导因素,首先将影响运行状态的天然气压力、天然气温度、压气机排气温度、压气机进口温度等14个参数作为输入变量,将表征燃气轮机运行状态的功率、燃烧室、加速度、NOx质量浓度作为输出变量,建立粒子群算法优化的Elman神经网络模型,得到隐含层与输入层、输出层之间的连接权值;然后利用Olden方法处理神经网络的连接权值,获得各因素对燃气轮机运行状态影响显著性的量化值表达式,建立了燃烧调整过程中燃气轮机运行状态影响因素显著性分析的方法;最后结合燃气轮机运行数据进行计算分析。结果表明:燃气轮机的运行状态主要受排气温度、预混气压力及流量、值班气流量、压气机进口差压以及进气导流叶片开度5个因素的影响,并且燃烧调整过程中需要统筹调整输入参数,以保证燃气轮机燃烧始终处于稳定、低NOx排放区域。
    5  MLX系列减速机用扇形可倾瓦滑动推力轴承润滑性能分析
    韦军伟,申 强,艾红旭,田 昊
    2023, 38(9):38.
    [摘要](333) [HTML](0) [PDF 6.64 M](320)
    摘要:
    以MLX系列减速机用扇形可倾瓦滑动推力轴承为研究对象,建立基于计算流体动力学(CFD)的有限元仿真分析模型和基于数值分析方法的数值分析模型分析流体润滑性能,利用有限元分析模型研究分析了轴承中润滑油膜压力场和温度场的分布及其随轴承转速、润滑油粘度的变化情况。利用数值分析方法建立轴承油膜厚度模型,分析了轴承扇形瓦块倾角的变化对轴承润滑性能的影响。结果表明:随着轴承转速和润滑油粘度的增加,油膜最高压力和最高温度持续线性增大;扇形瓦块的周向、径向倾角对轴承油膜压力和厚度会造成影响,且径向倾角的影响更大。
    6  基于可靠性评估的冷热电三联产系统运行优化研究
    马文静,苏国萍,于 涛,王 旭
    2023, 38(9):47.
    [摘要](284) [HTML](0) [PDF 2.54 M](300)
    摘要:
    在传统能源紧缺的背景下,发展冷热电三联产(CCHP)系统并提出兼顾可靠性的系统运行优化方案可在规避供需失衡风险的同时有效提高经济效益。本文提出基于可靠性评估的CCHP系统运行优化模型,在传统优化模型中引入可靠性约束,并以华东地区某宾馆为例,分析和评估了各可靠性水平下该宾馆不同季节典型日的供能设备逐时出力情况和运行费用。结果表明:随着可靠性水平的增加,用户的用能需求和CCHP系统的运行费用随之增加;系统可靠性水平的提高需要以成本支出为代价。
    7  基于BP神经网络ORC系统仿真及变工况运行预测
    陈锴煌,卢 沛,罗向龙,陈 颖
    2023, 38(9):56.
    [摘要](236) [HTML](0) [PDF 4.85 M](262)
    摘要:
    有机朗肯循环(ORC)系统实验是验证或获得系统性能的有效手段,为了在实验工况有限的前提下获得ORC系统最优运行工况,本文在ORC系统变工况实验研究的基础上,提出了基于BP神经网络的ORC系统性能预测方法并建立了仿真模型。预测结果表明:该模型验证最大误差为3.30%,能够预测出ORC热力性能更优的运行工况,其系统净输出功最大值1.47 kW时的运行质量流量为0.15 kg/s,热效率最大值3.71%时的运行质量流量为0.134 kg/s。
    8  丙醇-生物柴油斯特林发动机喷雾特性试验研究
    王继刚,李佳奇,乔信起,王林涛
    2023, 38(9):63.
    [摘要](123) [HTML](0) [PDF 18.03 M](279)
    摘要:
    斯特林发动机的喷射压力和背压均低于柴油机,一般采用压力涡流和引射耦合的喷雾方式。为研究丙醇-生物柴油混合燃料的在斯特林发动机上的喷雾特性,本文建立了基于斯特林发动机的喷雾可视化试验系统,研究了喷射压差、丙醇含量及喷孔直径对丙醇-生物柴油混合燃料斯特林发动机的喷雾特性的影响。结果表明:与柴油相比,丙醇-生物柴油混合燃料对喷射压差的敏感性较小;在不同喷雾阶段,丙醇含量对喷雾的影响呈现不同规律,在喷雾趋于稳定后,P50BD50、P75BD25和纯生物柴油的喷雾贯穿距明显大于P25BD75和柴油;喷孔直径越大,喷雾锥角越大、喷雾贯穿距越小;引射作用对喷雾形态有质的影响,在可观测范围内,已无明显的雾束结构,引射是低压差下斯特林发动机实现良好雾化的关键。
    9  高温温差发电装置集热器结构数值仿真研究
    高怀斌,刘晓江,马 逾,张传伟
    2023, 38(9):72.
    [摘要](366) [HTML](0) [PDF 5.74 M](353)
    摘要:
    设计了一种针对高温烟气的圆筒式温差发电装置,在装置中设置分流桶增强烟气侧的换热效果。利用Ansys Fluent软件对装置的温度场、速度场及排气压降进行仿真模拟,分析了不同分流桶的桶直径、端盖孔直径和分流孔直径对热电模块冷热端温度分布的影响。仿真结果表明:温差发电系统集热器通道中设置分流桶可以实现高效温差发电,分流桶端盖未开孔时装置的换热效果优于端盖开孔结构;适当减小分流孔直径或增大分流桶直径会提升热电模块的冷热端温差,分流孔直径为2 mm时的换热效果最优,分流桶直径过大会使热电模块温度分布及温差的均匀性降低;系统烟气压降会随着分流孔直径的增大或分流桶直径的减小而降低。
    10  基于聚类算法的锅炉烟气侧参数能耗诊断分析
    刘宏卫,樊永岳,王研凯,陈伟雄
    2023, 38(9):80.
    [摘要](104) [HTML](0) [PDF 1.41 M](304)
    摘要:
    为实现机组的节能减排,辅导电厂针对锅炉侧运行参数优化,本文采用聚类算法分析了锅炉历史运行数据,得出排烟温度、排烟氧量等锅炉参数基准值,并得到了多负荷变化下的基准值曲线。在此基础上,给出了锅炉烟气侧各参数的能耗诊断计算公式,分析了各运行参数的节能潜力。计算结果表明:在本文选取的几个负荷下的工况点中,排烟温度与飞灰含碳量运行水平不达标时,会使煤耗损失进一步提高1.634和1.319 g/(kW〖DK〗•h)。
    11  富氧燃烧烟气加压脱硝的实验与模拟研究
    王 振,覃 祺,刘 可,刘敦禹
    2023, 38(9):87.
    [摘要](330) [HTML](0) [PDF 2.82 M](297)
    摘要:
    为了解决富氧燃烧烟气中NOx对CO2资源化利用的影响问题,实验研究了加压条件下鼓泡与液膜反应器中液体对NOx的吸收作用。建立了高压下NOx吸收的传质及动力学耦合模型,利用该模型对鼓泡吸收和液膜吸收进行了模拟,获得了不同压力下气液相产物的浓度,并与实验结果进行了对比。结果表明:气液相产物的实验结果与模拟结果吻合,且模型的氮元素守恒率高于90%;最佳吸收压力为1.5 MPa;吸附在反应器壁面的液膜对于NOx有较强的吸收作用,液膜的成分主要是HNO3。
    12  大管径下R152a冷凝流动与传热特性研究
    夏扬凯,罗向龙,何嘉诚,陈 颖
    2023, 38(9):96.
    [摘要](331) [HTML](0) [PDF 2.83 M](302)
    摘要:
    工质在大管径通道内的流动与传热特性对于有机朗肯循环系统冷凝器设计至关重要。本文实验研究了内径为9 mm的水平光滑管内R152a在质量流速131~306 kg/(m2•s)、饱和温度303~323 K下的冷凝流动与传热特性,在实验数据与传统传热流动关联式对比基础上,对关联式进行了修正。结果表明:R152a冷凝传热系数和摩擦压降梯度在干度、质量流速和饱和温度的影响下呈现相同的变化趋势和变化幅度;质量流速增大对传热的强化作用在高干度区域更加明显;修正后的传热和摩擦压降梯度关联式对实验数据的平均预测偏差分别为5.3%和6.3%,预测精度显著提高。
    13  基于非线性高斯混合回归的燃煤锅炉NOx排放浓度预测模型
    李延臣,孙智慧,赵建华,丁学东
    2023, 38(9):103.
    [摘要](155) [HTML](0) [PDF 7.92 M](332)
    摘要:
    为了准确测量锅炉出口的NOx排放浓度,针对燃煤锅炉的复杂非线性,提出了一种基于非线性高斯混合回归(Nonlinear Gaussian Mixture Regression, NGMR)的NOx排放浓度预测方法。采用滑动时间窗方法,结合奇异值分解实现稳态判定;进一步采用互信息(Mutual Information, MI)判断不同变量与NOx排放浓度的相关性,确定模型输入变量;利用选定的输入变量,基于NGMR建立NOx排放浓度预测模型;基于某660 MW燃煤机组运行数据,将提出的NGMR模型分别与人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)模型、支持向量回归(Support Vector Machine, SVR)模型以及极限学习机(Extreme Learning Machine, ELM)模型进行对比分析。结果表明:NGMR模型预测均方根误差(Root Mean Square Error, RMSE)为4.66 mg/m3,平均绝对误差(Mean Absolute Error, MAE)为398 mg/m3;绝对误差系数(R2)为0.9;十折交叉验证结果也表明NGMR模型具有良好的预测精度和泛化能力。
    14  圆柱表面沟槽减阻的大涡模拟研究
    戎 荣,罗大海,牛志罡
    2023, 38(9):113.
    [摘要](231) [HTML](0) [PDF 32.14 M](223)
    摘要:
    为了降低钝体绕流的阻力,以圆柱为研究对象,考虑在圆柱表面布置沟槽来实现减阻。研究采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法对雷诺数Re为3 900的圆柱绕流进行数值模拟,通过表面沟槽影响近壁区流动来达到流动控制的效果。分析了V型和L型两种沟槽分别以横向和纵向形式布置时对圆柱阻力系数的影响,通过对比粗糙圆柱与光滑圆柱的壁面摩擦力系数〖JP2〗、流动分离点及近壁区流场结构,研究了表面沟槽对于钝体流动的减阻机理。数值模拟结果表明:表面布置特定深度与间距的沟槽后,粗糙圆柱的阻力系数与光滑圆柱相比最多可降低12.5%,边界层分离点也更延后;流体在流经沟槽表面时,会在沟槽底部形成稳定的旋转小涡,减少了壁面摩擦阻力。
    15  三塔合一系统内机械通风布置方式对烟气扩散影响的数值研究
    蔡宁宁,马 欢,门 冉,司风琪
    2023, 38(9):123.
    [摘要](365) [HTML](0) [PDF 7.45 M](314)
    摘要:
    借助计算流体力学方法建立三塔合一系统间接空冷塔模型,分析在空冷塔散热器内侧和外侧分别布置风机后对机组烟气抬升和扩散的影响。结果表明:空冷塔散热器内侧布置风机会增大塔内气流扰动,使塔内烟气扩散区域增大,同时使烟气扩散后的下落点位置前移,低风速下导致机组经济性下降;散热器外侧布置风机能够减小塔内烟气扩散面积,增大烟气下落点与塔中心的距离,机组供电煤耗降幅与环境风速成正比,最高达到3.1 g/(kW〖DK〗•h)。
    16  基于ICEEMDAN-DTW和ISMA-WLSSVM的光伏发电功率预测
    王 瑞,王英洲,逯 静
    2023, 38(9):131.
    [摘要](187) [HTML](0) [PDF 2.43 M](342)
    摘要:
    为了提高光伏发电功率预测精度,建立了基于ICEEMDANDTW和ISMAWLSSVM的光伏发电功率超短期组合预测模型。首先,根据Pearson相关性分析,确定光辐照度、环境温度以及湿度为光伏发电功率的关键气象影响因素,继而使用改进的自适应白噪声完备集成经验模态分解(Improved Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,ICEEMDAN)对历史光伏功率和气象因素进行分解,降低其复杂度和随机波动性,并利用动态时间弯曲(Dynamic Time Warping,DTW)算法确定每个光伏功率子序列的输入特征向量。其次,对最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)在建模过程中的误差进行权重分配,得到加权最小二乘支持向量机(Weighted Least Squares Support Vector Machine,WLSSVM),其解决了LSSVM模型鲁棒性低的缺陷。最后,通过改进黏菌算法(Improve Slime Mould Algorithm,ISMA)对WLSSVM进行参数优化,搭建ISMAWLSSVM预测模型,并在多种不同天气类型下进行光伏发电功率预测仿真实验。实验证明:相比EOSSAELM预测模型,该模型的RMSE在晴天、多云和雨天分别降低了57.4%、57.5%和52.5%。
    17  燃料重整固体氧化物燃料电池发电系统性能分析及多变量参数优化
    王金平,毕小龙,陆玉正
    2023, 38(9):141.
    [摘要](332) [HTML](0) [PDF 2.39 M](311)
    摘要:
    以燃料重整的固体氧化物燃料电池发电系统为研究对象,通过数值模拟方法对固体氧化物燃料电池发电系统的性能、火用损、火用效率以及多变量运行参数优化进行了分析。研究结果表明:重整反应中燃料利用系数、电池工作温度、水碳比、电堆电流密度等参数对系统性能影响显著;电堆工作在不同电流密度下都有其对应的最佳工作温度、最佳燃料利用系数工况点;水碳比会改变重整反应产氢量,从而影响电化学反应速率,空气加热器的火用损所占份额最大;优化后的系统效率及火用效率为0.480 9和0.462 6,效率提升约4%。
    18  基于时空图卷积神经网络的光伏发电功率超短期预测方法
    李立刚,孙立群,戴永寿,李 林
    2023, 38(9):152.
    [摘要](413) [HTML](0) [PDF 4.36 M](323)
    摘要:
    为了解决传统光伏电站超短期功率预测方法不能同时准确提取发电功率的时间和空间特征的问题,提出一种基于时空图卷积神经网络的光伏发电功率超短期预测方法。针对同一区域内的多个光伏电站,首先对电站进行图建模,利用图卷积网络(GCN)与门控线性单元(GLU)提取发电功率的时空特征。利用提取到的时空特征信息以及区域内光伏电站的历史发电功率数据训练预测模型,最终实现对多个光伏电站发电功率超短期预测。实验结果表明,该方法能够将超短期功率预测均方根误差减小至1.122%,对工作人员根据实际情况进行电网的调度管理具有重要意义。
    19  集成太阳能辅助供热的600 MW高背压热电联产机组的运行及优化
    高佳圣,徐浩东,王万权,周 艳
    2023, 38(9):158.
    [摘要](345) [HTML](0) [PDF 2.00 M](355)
    摘要:
    为了解决太阳能辅助燃煤发电系统与太阳能辅助抽汽供热系统的余热损失增多问题,提出一种太阳能辅助高背压热电联产系统的优化改造方案。利用EBSILON软件采用数值模拟的方法,对改造前后机组的整体性能和改造后机组在不同发电功率、背压、热网供回水温度工况下的收益变化进行了分析,对比了改造前后机组的火用效率与经济性差异。结果表明:改造后的太阳能辅助高背压热电联产系统节煤更多,机组回收了集成太阳能产生的余热后供热能力增强;改造后的机组在低发电功率、较高背压和较低热网供回水温度时节煤更多;在低发电功率、较低背压及较高热网供回水温度时机组的供热能力更强;改造后的太阳能辅助高背压热电联产系统火用效率更高、系统的经济效益更佳。
    20  基于性能仿真模型和Bootstrap的燃气轮机气路故障预警算法
    罗振宇,冯 坤,刘保侠,闫斌斌
    2023, 38(9):166.
    [摘要](236) [HTML](0) [PDF 3.19 M](335)
    摘要:
    针对传统均值标准差阈值法不能用于变工况故障预警这一问题,以三轴燃气轮机的性能仿真模型为基础,提出了基于Bootstrap方法的气路参数波动比阈值计算模型,对三轴燃气轮机0.8以及1.0工况下的低压涡轮出口温度T6进行故障预警研究,并与传统均值标准差阈值法进行预警结果对比。结果表明:该计算模型用于预警阈值计算的样本量更丰富、具有更高的可信度;其得到的预警阈值单值图,在燃气轮机与样本数据运行情况较为一致时可作为燃气轮机的固有属性,对于变工况故障预警及运行情况较为相近的燃气轮机故障预警同样适用;预警阈值偏差仅为-0.015%,相较于传统的动态阈值法减少了计算量。
    21  某火电机组汽电双驱引风机系统辅机故障控制仿真及试验分析
    李 展,成振松,尤 默,金英爱
    2023, 38(9):174.
    [摘要](332) [HTML](0) [PDF 2.47 M](309)
    摘要:
    为了研究某火电机组风烟系统采用汽电双驱型引风机系统,不同设备故障条件下机组相应的控制策略,依据热力学原理及设备固有属性,并搭建了相应的动力学模型,对发电机跳闸、小汽轮机跳闸、引风机与小汽轮机同时跳闸3种故障〖JP2〗下的控制策略进行分析。最后,通过3次实际试验验证了控制策略及模型仿真结论的正确性。研究表明:在发电机跳闸时,可以通过调门快速动作到一定开度来保证机组的安全运行;在小汽轮机跳闸或引风机与小汽轮机同时跳闸时,可以通过保证机组的水煤比、风煤比等参数实现机组的减负荷运行。

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