2024年第39卷第4期文章目次

2024, 39(4):1.

[摘要](302) [HTML](0) [PDF 3.11 M](20067)

摘要:
窄通道具有结构紧凑、传热效率高等优点。随着科技发展，窄通道已经成为强化换热的常用结构形式之一，被广泛应用于各种换热设备。由于窄通道内间隙内气泡的尺寸受限，气泡在发展过程中会受到挤压而发生变形，带走大量的潜热，引起汽液界面的扰动，换热性能较常规通道有很大区别。本文综述了窄通道内的主要流型及转变准则；介绍了几何与工况参数变化对窄通道内换热效果影响的传热实验研究；分析了窄通道中传热机理以及两相摩擦压降机理，并对关联式进行了总结与评述；对窄通道内强化换热的机理与进一步强化换热的方法进行归纳总结；结合目前实验与理论研究总结了现存问题，为窄通道内流动沸腾强化换热的进一步研究提供了参考。

2 准定常假设条件下基于升转速率的起动过程仿真方法研究

周磊

2024, 39(4):12.

[摘要](235) [HTML](0) [PDF 1.56 M](19858)

摘要:
为对高度非线性化的燃气轮机起动过程进行精确模拟，在准定常假设条件下通过给定升转速率，对起动方程右侧进行线性化处理，实现起动过程的类稳态仿真。给出了采用该方法进行起动仿真的设计流程，并进行了不同压气机角度调节规律、不同起动机功率的仿真优化分析。仿真结果与试验数据对比分析表明：升转速率、转速、工作线及起动时间等主要参数与试验数据具有较好的一致性，燃气轮机性能及各截面参数变化趋势符合工程实际。

3 油气比变化对燃烧室流场影响试验研究

党新宪，王新桥，杨元模

2024, 39(4):19.

[摘要](281) [HTML](0) [PDF 9.30 M](19873)

摘要:
为解决油气比变化时航空发动机燃烧稳定性问题，针对某型航空发动机短环形燃烧室在不同油气比下进行试验研究，利用PIV测速仪对不同油气比下燃烧室内液雾燃烧流场进行测量；利用温度传感器对燃烧室出口温度分布进行测量，分析了油气比对燃烧室内燃烧流场和出口温度分布影响规律。研究结果表明：随着油气比的增加，燃烧室回流区长度缩短，回流区涡心分别向火焰筒上下壁面靠拢，涡心距离增大；燃烧室内气流紊流度增大，速度轴向分量U rms增大；燃烧室出口各点的温度T相应升高。油气比靠近熄火边界时，燃烧流场稳定性减弱。

4 蒸汽双螺杆膨胀机工作过程模拟及实验研究

朱水兴，周岳，汪书华，戴林祥

2024, 39(4):25.

[摘要](256) [HTML](0) [PDF 6.28 M](19833)

摘要:
双螺杆膨胀机作为一种能够适应气液两相余热回收的设备具有非常大的应用市场。但是目前仍缺乏其在部分工况下的理论研究，从而导致工程设计容易产生偏差。为解决该问题，本文建立了变负荷工况下双螺杆膨胀机工作过程的数学模型，完成了转子型线设计、型线间隙计算、几何过程量计算，引入了泄漏及换热模型，提出了部分负荷下吸气过程的吸气压力修正模型，同时整理了可用于简化计算的修正参数。利用实际应用进行实验。验证结果表明：双螺杆膨胀机可以在工况波动较大的情况下稳定运行，并具有优良的变负荷工作性能；当负荷降低时，吸气压损有利于膨胀机压差降低，泄漏量降低，效率升高；从100%到65%负荷工况下，容积效率从78.87%升高到84.76%，绝热效率从66.81%升高到74.25%；与实验数据对比表明，本文提出的吸气压力修正模型中流量计算的误差可控制到3%以内；模型解决了部分负荷下的性能计算问题，使得理论模型能够更好地贴合实际应用，保证了双螺杆膨胀机主机选型计算的准确性。

5 高速高载荷变转速汽轮机扭叶片优化设计及可靠性分析

宋选利，周志明，李玮琪，付学伟

2024, 39(4):34.

[摘要](273) [HTML](0) [PDF 3.28 M](19820)

摘要:
为了完成高速高载荷系列工业汽轮机的低压级扭叶片的设计和应用，以常规驱动汽轮机叶片为原型，对其末三级扭叶片组进行了全三维气动性能分析；利用自适应差分进化算法对末三级叶片的型线和积叠规律进行了优化设计；然后根据常规强度计算结果，选择合适的材料并选择松拉筋配枞树型叶根的结构；最后采用有限元仿真软件对其进行了强度振动和动应力及疲劳分析。结果表明：优化后末三级叶片的气动效率提升约1.61%且强度满足要求；设计末两级动叶片时，优先考虑可靠性，其余级因其强度振动问题相对容易解决，优先考虑气动效率；末级叶片材料可能需要选择钛合金，而枞树型叶根是更可靠的叶根形式；选择抗弯模量大、厚度小的叶型搭配松拉筋有利于增加叶片刚度、减小叶片重量，从而为不调频叶片的设计提供参考。

6 康达喷气叶栅喷气内腔体拓扑优化设计及试验研究

黄伟亮，张健，张敏，杜娟

2024, 39(4):41.

[摘要](205) [HTML](0) [PDF 12.30 M](19814)

摘要:
为了减小从康达喷气叶栅内部流出的喷气方向与叶栅主流方向的偏差，进一步提升康达喷气对流动分离的抑制效果，本文基于流体拓扑优化技术及布置导流肋的方法对康达喷气叶片原始喷气内腔结构进行优化设计。采用数值计算和高速风洞试验评估优化的喷气内腔结构对康达喷气叶栅气动性能的改善效果。结果表明：优化设计的带肋喷气内腔结构可以减小康达喷气与主流掺混的偏差角，叶片吸力面尾缘的流动分离区域进一步减小；在来流Ma为0.5、攻角为0°、1.25%喷气量下，采用带肋喷气内腔的康达喷气叶栅总压损失系数较采用原始喷气内腔结构降低了7.15%；采用带肋喷气内腔结构能够使叶栅在不同工况条件下的总压损失小于原始内腔结构，且在最佳喷气量下获得最小的总压损失系数。

7 轴流涡轮与排气壳扩压段一维耦合设计研究

肖定坤，屈彬，陶春德，高杰

2024, 39(4):51.

[摘要](183) [HTML](0) [PDF 10.61 M](19746)

摘要:
为探究轴流涡轮耦合排气壳扩压段的一维设计变量选取规律，提高排气壳扩压段的性能，参考现有NRCC叶栅导叶模型，采用自编程序，结合理论分析构建轴流涡轮与排气扩压段耦合的一维设计模型。详细分析耦合设计中影响扩压段的静压恢复系数以及总体性能的因素。研究结果表明：扩压段面积比、平均倾角、扩张角以及壁面摩擦系数等设计参数不仅影响扩压段的静压恢复系数，也影响涡轮的气动效率；本研究模型在面积比为3.5、平均倾角为30°、扩张角δ为5°时整体性能最优；涡轮出口气流的马赫数、叶顶泄漏流以及出口旋流对扩压段的性能有很大影响，出口半径比的增大会使得静压恢复系数降低，因此在耦合设计时应充分考虑涡轮以上参数的选择。

8 入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响

宫传瑶，何瑞，卢昌燊，丁玉栋

2024, 39(4):61.

[摘要](211) [HTML](0) [PDF 9.21 M](19804)

摘要:
为了研究冷却水入口压力和空气流速对喷嘴成膜特性的影响，以喷射式凝汽器喷嘴为研究对象，采用可视化实验方法对凝汽器喷嘴出口液膜的流动形态进行了拍摄，采用数字图像处理手段提取了液膜面积与喷射长度，并与数值模拟中不同的湍流模型的计算结果进行了对比，最终选取了Realizable k-ε湍流模型。基于Fluent求解器，耦合Realizable k-ε湍流模型与VOF方法，数值计算了凝汽器内部的流场。结果表明：当喷嘴入口压力从3 kPa升高到25 kPa时，布液板近壁面的速度随入口压力的升高逐渐增加，且液膜厚度也呈逐渐减小的趋势。对于DN15和DN13喷嘴，空气从静止状态变化到30 m/s流速时液膜面积略微减小，空气流速从30 m/s提高到150 m/s时液膜面积迅速减小。

9 燃气轮机过渡段气动优化设计

李翔宇，朱晓明，郭刚，任永磊

2024, 39(4):69.

[摘要](235) [HTML](0) [PDF 9.39 M](19823)

摘要:
为研究燃气轮机过渡段高效气动设计方法，以某型燃气轮机过渡段为研究对象，在给定的气动边界和几何限制条件下，按照过渡段坡角设计、上下端壁型线优化设计、支柱型式选取的思路，采用CFD数值仿真方法，对过渡段气动设计方法进行研究。首先，对比过渡段坡角为14°，19°，24°条件下的过渡段性能及下游动力涡轮比功；然后，对过渡段上、下端壁型线进行优化；最后，对比支柱对过渡段气动性能的影响，采用截面面积由下至上减小和截面面积不变两种型式，根部截面面积保持一致，完成过渡段气动优化设计。结果表明：坡角为19°条件下过渡段气动性能最优；在1.0工况下，相比原型型线优化后的过渡段总压恢复系数由0.994 8提高到0.995 1，静压升系数由2450 4提高到2.595 2，过渡段出口马赫数由0.217 6降低到0.199 5，出口静压分布更为均匀；截面面积由下至上递减的支柱型式过渡段气动性能更优。

10 考虑碳捕集利用与可再生能源的低碳综合能源系统配置优化研究

秦宁，郑诚，吴啸

2024, 39(4):76.

[摘要](206) [HTML](0) [PDF 18.22 M](19703)

摘要:
为实现传统工业部门的低碳转型，构建了集成可再生能源、电锅炉、储热以及碳捕集利用与封存（CCUS）装备的低碳综合能源系统，并提出了经济和低碳双重导向下的系统配置优化方法。应用粒子群优化算法求解获得各设备的最优配置容量及典型场景下的最优调度方案，并选取乙烯工业进行案例分析。结果表明：通过引入CCUS和可再生能源装备，系统碳排放减少了57.50%，年总成本增加15.92%；当碳价高于109.61元/t时，低碳综合能源系统具有经济和低碳双重优势。

11 基于压缩空气储能的新型冷热电联供系统性能研究

黄兆云，张德怀，罗向龙，蒋润花

2024, 39(4):86.

[摘要](196) [HTML](0) [PDF 7.82 M](19829)

摘要:
为了解决用户负荷需求在时间上的变动和传统冷热电联供（Combine Cooling， Heating & Power， CCHP）系统大部分时间处于非设计工况下运行导致系统的能源利用效率较低的问题，提出了一种耦合压缩空气储能系统（Compressed Air Energy Storage system， CAES）和蓄热装置的新型CCHP系统（CAES based CCHP system，CAES CCHP），建立系统的热力学模型，在给定的充、放电工作条件下对CAESCCHP系统的热力学性能进行分析，并对影响该系统性能的CAES压气机压缩比、透平进气口压力、流经CAES的烟气质量流量3个关键参数进行敏感性分析。研究结果表明：CAESCCHP系统能实现冷热电灵活调控，且系统的CAES功转换效率为57.41%，一次能源利用率、一次节能率及火用效率分别为76.22%，24.84%和31.97%，比传统的CCHP系统分别提高10.97%，18.15%和7.58%。

12 侧风对机械通风高位收水冷却塔群三维热力特性的影响研究

龙国庆，张国罡，陈学宏，孙奉仲

2024, 39(4):96.

[摘要](220) [HTML](0) [PDF 10.66 M](19774)

摘要:
为探究环境侧风对机械通风高位收水冷却塔群热力性能的影响，建立了由10座冷却塔组成的背靠背塔群的三维数值计算模型，并分析了不同环境风速及风向下冷却塔群通风特性、热风回流特性及换热特性的变化规律。研究结果表明：环境侧风诱导产生的塔内外横向旋涡对冷却塔群整体热力特性产生了恶化效应；在10 m/s风速下，侧风会使塔群平均通风量最大下降23.0%；45°侧风引起的塔群热风回流现象最严重，使得进风口气流温度和含湿量最大分别增加2.3%和6.3%；在横向旋涡及热风回流等因素的作用下，环境侧风会对冷却塔群换热特性产生不利影响，其中45°风向为最不利风向，使得出塔水温最大升高1.1 ℃。

13 折弯弓形折流板换热器流动换热性能研究

贾梦帆，陈孙艺，罗小平，刘恒

2024, 39(4):104.

[摘要](254) [HTML](0) [PDF 19.25 M](19726)

摘要:
为了提高折流板换热器的换热性能，改变了折流板换热器的折弯夹角和折流板间距，利用ANSYS Fluent对换热器壳程流体流动与换热过程进行模拟，分析了不同折流板折弯夹角α (110°,135°,170°和180°)、折流板间距（250,300和350 mm)和雷诺数（10 000，20 000和50 000）对换热器壳程压力、速度和温度的影响。结果表明：增大雷诺数对改善流动死区有很大的作用，雷诺数为50 000时的流动死区相对于雷诺数为10 000时面积减小较大；随着夹角α的减小，折流板背流侧的流动死区面积逐渐减小、换热器的表面传热系数和进出口压降力越大，夹角α为110°时出口温度最小、进出口压降最大，夹角α为135°时PEC最大且换热器综合性能最优；折流板间距增大，压力变化梯度减小，压差变化幅度减小，壳程出口温度变化不成正比关系，间距为300 mm时出口温度最低。

14 过量空气系数及旋流数对天然气燃烧特性的影响研究

谢俊，李俊楠，李润东

2024, 39(4):114.

[摘要](228) [HTML](0) [PDF 6.87 M](19889)

摘要:
针对天然气在O2/N2氛围下扩散燃烧时，过量空气系数和旋流数对WNS型燃气锅炉燃烧室内的温度分布、速度分布及NOx生成的影响，利用CFD软件，采用标准k-ε湍流模型、P-1辐射模型和涡耗散模型进行数值模拟。基于旋流对流动特性的影响，采用旋流数S来表示入口空气的旋流强度。结果表明：在过量空气系数α从1.0增大到1.3的过程中，火焰直径逐渐变小，排烟温度降低，燃烧室出口处NOx的质量分数逐渐减小；在空气旋流数从0提高到0.8的过程中，燃烧室内形成了中心回流区，火焰的径向流动分布逐渐改善，燃烧室内的温度分布更加均匀；旋流燃烧的火焰中心轴线温度分布高于直流射流燃烧，提高空气旋流数可以有效降低NOx的质量分数。

15 基于流-热-固单向耦合计算的LNG船用蝶阀流动及结构改进设计

朱兰馨，蔡振威，王炜哲

2024, 39(4):122.

[摘要](196) [HTML](0) [PDF 8.80 M](19770)

摘要:
以超低温蝶阀为研究对象、LNG液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）为流体工质，利用Solidworks软件对蝶板的结构尺寸进行参数化处理。基于计算流体力学数值模拟技术，利用Ansys软件对蝶阀开展流-热-固单向耦合计算分析，计算90°~10°不同蝶阀开度下蝶板的流量系数，及蝶阀开度10°下不同蝶板结构参数对蝶阀流通性能、蝶板位移及应力行为的影响。计算结果表明：减小蝶板厚度可以显著增强蝶阀的流通性能，降低蝶板所受最大应力；降低轴颈厚度对蝶阀流通性能提升效果较弱，但可以有效降低蝶板所受最大应力。

16 超临界二氧化碳太阳能腔式吸热器光热特性研究

熊烈，杨凯，张燕平，李黎

2024, 39(4):131.

[摘要](216) [HTML](0) [PDF 8.86 M](19748)

摘要:
针对太阳能碟式聚光器，设计了一种工质为超临界二氧化碳(sCO2)的圆台形腔式吸热器，建立了吸热器的光热模型。采用蒙特卡洛光线追踪法分析了腔式吸热器的光学特性，并基于腔式吸热器的相关理论将热边界条件导入Ansys Fluent软件中，对吸热器的流动传热特性进行了计算流体力学（CFD）仿真模拟。研究了工质进口温度为150 ℃、太阳光辐射强度为800 W/m2时，吸热器不同采光口直径、倾斜角和辐射发射率对其光热特性影响的规律。研究结果表明：吸热器采光口直径对其光热效率的影响较大，采光口直径增加会降低吸热器光学效率，采光口直径过大或过小都会降低吸热器的热效率；随着吸热器倾斜角的增大，采光口内部热空气和外部冷空气之间的自然对流传热明显增加；辐射发射率对吸热器热效率的影响较小。

17 基于STLFormer的中短期光伏功率预测

李灯熬，白晓东，夏鸿伟，冯丁

2024, 39(4):140.

[摘要](237) [HTML](0) [PDF 4.97 M](19732)

摘要:
由于光伏发电具有间歇性和波动性，给电网运行的安全性和稳定性造成危害，对光伏功率进行准确预测可以有效解决这一问题。本文提出一种基于STLFormer的中短期光伏功率预测模型，该模型结合了季节趋势局部加权回归分解（STL分解）与神经网络模型。首先，STLFormer模型将光伏功率数据通过STL分解进行特征扩充，用于提取基于历史序列的周期项、趋势项特征。然后，拼接周期项、趋势项特征和原特征，进行数据预处理和特征编码并使用基于Informer模型的神经网络进行功率预测。最后，在真实数据集上进行大量实验。实验结果表明：STLFormer在中短期光伏功率预测任务中精度较高，其中在2 h光伏功率预测任务时，平均绝对值误差为0.176、均方误差为0.180；在28 h光伏功率预测任务时，平均绝对值误差为0.170、均方误差为0.154。

18 基于时程数据的翼型尾流特征识别模型分析

赵凯程，李春，缪维跑，岳敏楠

2024, 39(4):147.

[摘要](177) [HTML](0) [PDF 5.64 M](19734)

摘要:
针对传统流场分析方法难以提取非线性与高维度数据特征的问题，结合自适应噪声完全集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise， CEEMDAN)与分形盒维数对速度、压力和涡量等时程数据进行分解、筛选及重构，并结合深度学习建立尾流特征识别模型，以实现翼型特征和流动攻角的反向预测。结果表明：当训练集和测试集数据来自同一翼型时，所提模型对流动攻角的识别率最高可达98.8%，当数据来自不同翼型时，准确率仍可达95.6%，验证了所提模型的准确性、可行性及泛化性。

19 多输入、输出耦合系统的改进线性自抗扰控制及参数整定方法

任国辉，杨超杰

2024, 39(4):154.

[摘要](181) [HTML](0) [PDF 2.11 M](19752)

摘要:
针对火电机组燃烧系统耦合性强、工况复杂、强扰动和参数调节困难的问题，在现有线性自抗扰控制(LADRC)基础上，提出一种改进线性自抗扰控制(ILADRC)。首先，根据热工系统大时滞、大惯性的特点，在LADRC线性扩张状态观测器(LESO)控制输入端串联惯性时滞前馈补偿器，实现LESO前馈和反馈信号同步，提升信号跟随和扰动抑制性能；然后，通过开环频域稳定性分析得出系统稳定性指标和控制器参数关系，进而推导出基于系统稳定性指标的定量化参数整定规则，简化参数调节过程。将所设计的ILADRC应用于火电机组床温和主蒸汽压力耦合控制仿真系统，并与比例积分微分(PID)控制、LADRC、模型辅助线性自抗扰控制(MLADRC)进行对比。结果表明：提出的ILADRC在定值跟随、扰动抑制方面具有明显优势，蒙特卡洛试验进一步证明了所提出ILADRC的鲁棒性优势。

20 600 MW燃用褐煤墙式切圆锅炉运行中存在的问题分析及优化措施

束继伟，于博帅，金宏达，王欣

2024, 39(4):162.

[摘要](220) [HTML](0) [PDF 3.88 M](19730)

摘要:
对某台采用四墙布置燃烧器切圆燃烧的600 MW超临界锅炉进行了优化调整试验和数值模拟，对锅炉存在的水冷壁严重结焦、超温爆管、炉膛出口速度及烟温偏差问题的原因进行了研究。结果表明：锅炉炉膛出口左、右侧存在速度与烟温偏差，燃尽风的投切对炉膛出口气流速度分布影响很大；提高一次风率对提高制粉系统出力有利，但过高的一次风率（40%以上）是导致锅炉发生水冷壁结焦和局部超温爆管的主要原因；一次风率控制在设计值36%左右，锅炉的运行状态明显改善。

21 某型航改燃气轮机机匣安装边结构参数优化设计

高万彬，张轲

2024, 39(4):171.

[摘要](221) [HTML](0) [PDF 4.66 M](5443)

摘要:
航改燃气轮机机匣安装边的性能受多个结构参数和载荷参数的影响，为了在给定的结构参数和载荷参数范围内设计性能最优的安装边结构，提出一种机匣安装边结构参数优化设计方法。首先，采用拉丁超立方抽样方法进行实验设计，构建仿真算例样本空间；其次，采用有限元分析方法分析了螺栓孔中心距、螺栓孔直径、安装边厚度等结构参数和机匣内介质压力、介质温度、单个螺栓预紧力等载荷参数对安装边最大等效弹性应力、接触面平均间隙和接触面最大接触压强等特性的影响规律；然后，构建了机匣安装边密封性能计算的代理模型，并对给定工况下燃气轮机机匣安装边结构进行了参数优化设计；最后，针对安装边结构优化设计结果，试验验证了其密封性能以及代理模型的计算精度。结果表明：基于代理模型计算得到的机匣安装边结构密封性能与试验结果误差在10%以内，该方法可用于航改燃气轮机机匣安装边结构的工程优化设计与性能评估。

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