船舶面对波浪冲击问题时,蒸汽管路的结构有可能出现裂纹,进而威胁船舶生命力和可靠性。本文根据某型船舶典型蒸汽管段的结构特点进行物理建模。研究了在45°、90°和180°航向角的海浪冲下的蒸汽管段的应力响应和位移响应。基于有限元数值模拟结果,确定了波浪冲击载荷下船舶蒸汽管段 结构的薄弱环节,即应力集中区域,最终基于Paris公式计算出蒸汽管段运行期内裂纹尺寸的变化情况。结果表明：在45°、90°和180°航向角的海浪冲下蒸汽管段的响应分布规律相似,其中90°航向角y向冲击时管路有最大等效应力和位移分别为为174.84MPa,和15.19mm。且危险点位置几乎均出现在管段弯头处,所有区域的Von-Mises应力值均未出现大于材料屈服极限值的情况。90°航向角的y向冲击,会导致管路的初始裂纹发生扩展,且运行20年时,管道裂纹的长度值为1.85mm。

为改善垂直轴风力机效率较低及自启动困难问题,提出一种在迎风区内开启,背风区内闭合的主动式偏转襟翼结构。以NACA0021为基础翼型,采用计算流体力学方法对偏转襟翼垂直轴风力机叶片瞬时转矩、风能利用系数、平均切向力及压力场进行数值分析。结果表明：偏转襟翼结构可使叶片表面压差增大,叶片转矩升高,垂直轴风力机在低叶尖速比范围内的风能利用系数得到不同程度的提升；当叶尖速比为2.5,襟翼水平长度为0.4c时,主动式偏转襟翼垂直轴风力机较原始垂直轴风力机最高风能利用系数可提升13.9%。

针对热力系统参数运行数据预测困难，准确率低的问题。基于灰狼算法(Grey Wolf Optimizer，GWO)、变分模态分解(Variational Mode Decomposition ,VMD)、长短期记忆模型(Long Short Term Memory ,LSTM)提出一种单参数时序预测方法。首先使用改进适应度函数的GWO对VMD的分解层数和惩罚系数进行寻优，其次以最优参数对运行数据进行VMD并筛选出本征模态函数(intrinsic mode function ,IMF)分量作为原始数据趋势项，最后以此运行参数趋势项作为LSTM的训练集输入特征向量构建LSTM，LSTM超参数由北方苍鹰算法(Northern Goshawk Optimization，NGO)得到。经实际案例验证，该方法与原始数据直接作为训练集的LSTM相比，有效提高了LSTM对热力参数运行趋势预测的时间尺度与精度。

本文针对某深度调峰联合循环汽轮机组低压末级叶片断裂故障问题,通过叶片材料和裂纹断口理化检验及试验分析、结合机组深度调峰运行特点,深入分析了叶片断裂故障发生的原因,并给出了相关改进建议。该联合循环汽轮机组低压末级叶片断裂的原因,是由于深度调峰燃气机组长期处于盘车运行的特殊工况,以及盘车转速设置偏高造成低压末级松装叶片叶根部位产生磨损,叶片松动,在高速盘车过程中叶片相互猛烈撞击,造成了叶片叶顶围带及叶片的损伤。在机组启动过程中离心力作用下产生断裂,断裂残骸落入末级动叶和静叶之间,进而对整圈末级叶片造成严重损伤。

为提高火电机组的热经济性,令凝汽器在最佳真空下运行,通过对某1000MW机组进行汽轮机微增出力试验和循环水泵耗功试验,得到机组微增出力和背压的拟合公式及循环水泵耗功和变频泵频率的拟合公式,并建立循环水泵优化运行的数学模型,经过分析可知循环水泵共有五种运行趋势,利用该机组某段时间的运行数据,模拟了三种典型情况下的循环水泵的运行变化。模拟试验结果表明：增大变频泵频率,机组净收益功率为正,继续增大频率,机组净收益功率不断增大,直至变频泵频率达到50Hz；增大变频泵频率,机组净输出功率为负,减小频率,机组净收益功率为正,继续减小频率,机组净收益功率不断增大,在频率减小至44Hz时,机组净收益功率达到最大值；增大或减小变频泵频率,机组净收益功率均为负,此时原变频泵运行频率即为最佳运行频率,利用该数学模型能够有效寻找变频泵最佳运行频率,实现机组的优化运行。

为了降低人字齿轮传动系统的风阻功率损失，基于动网格技术，建立人字齿轮传动系统内部空气流体动力学模型，仿真分析了齿轮箱内部气流特性，探究齿轮转速、减阻结构挡风罩和隔板到齿顶不同距离、挡风罩覆盖齿轮范围和隔油板对齿面风阻功率损失的影响规律。结果表明：轮齿从啮入到啮出过程中受到交变风压载荷导致齿面出现压差力矩为风阻损失的主要原因，齿轮风阻功率与转速的3次方成正相关；挡风罩和隔板到齿顶距离的改变对齿轮副周围流域改变量影响较小，不同距离对齿轮副总风阻功率影响不大；增大挡风罩覆盖齿轮的范围和增加底部隔油板均能有效减小齿轮副周围流域使得总风阻功率有所降低。

纳米流体作为一种新型的高导热材料引起了持续关注，本文针对不同的纳米流体材料在振荡热管、重力热管、平板热管中的传热效果，概述了近年来纳米流体的制备、热特性以及在热管中应用的传热研究，总结了目前纳米流体应用于热管中存在的颗粒滞纳性、不均匀分散等问题并进行了分析。大量研究表明，使用金属纳米颗粒、合适的纳米流体配比等可有效强化热管传热，在体积分数为0.25%~1.50%或质量分数为0.01%~3.00%范围下，传热效率存在峰值。此外，对若干最新的纳米流体热管相变传热模型开展了传热模型新实验工况的适用性分析，发现Mohseni模型在新条件下的平均计算偏差约为±13.8%，并基于该模型提出更适用于新工况的模型，其平均误差为±3.4%。提出寻找颗粒聚合纳米流体的二次非接触反聚合手段是未来纳米流体在热管中可靠应用的重点研究方向。

压缩机转子受进气室结构所限,在进气侧具有较长外伸段长度,加之与其连接的弹性联轴器具有较大附加质量,易发生由莫顿效应引起的转子外伸段效应。本文采用数值分析方法研究了压缩机转子外伸段长度、莫顿效应以及联轴器质量对转子动力学特性的影响,并与试验结果进行了对比分析；同时提出了降低转子外伸段效应的措施,并进行了试验验证。研究表明考虑联轴器和增加转子外伸段长度会降低转子临界转速,增加转子振动水平。通过提高进口侧轴承间隙,可以有效地抑制莫顿效应,从而降低了外伸端侧转子振动。

以船舶燃气轮机完整排气引射系统为研究对象,采用标准k-?模型模拟计算,分析了基准工况流场特性和温度分布特性,在此基础上探索了恶劣工况下,开启冷却风机后不同风机压头对排气引射系统流场特性的影响。研究表明:与基准工况对比,冷却进气质量流量随压力阶跃的增加而增加,冷却进气量增加使混合管道内温度更加频繁与均匀,局部高温区更小,出口温度更低,基准工况时无量纲出口温度为0.5150,而200Pa压头时为0.5099；随着风机压头的提升,排气引射系统的总引射量和总引射系数也随之提高,在1500Pa工况下达到最大值,相较于基准工况,总引射系数提高了17%；喷管进口的总静压均会随着压头增加而增大,排气引射系统出口温度也持续降低,阶跃压力从200Pa增加到1500Pa的过程中,无量纲温度从0.5099下降到0.4771。

针对膜片联轴器工作时受转矩、离心力等多种载荷耦合影响问题,建立了复合载荷下非线性膜片联轴器整体仿真模型,分析了复合载荷作用下膜片联轴器的变形和应力特征,获得了膜片间摩擦系数以及膜片与垫片间摩擦系数对膜片应力特征的影响规律。结果表明：复合载荷作用下外侧膜片最易发生破坏；增大膜片与垫片间摩擦系数可降低综合不对中情况下外侧膜片最大等效应力,膜片间摩擦系数对膜片最大等效应力影响较小。

现代燃气轮机燃烧室多采用多喷嘴贫预混燃烧技术来降低排放。几何模化试验在降低多喷嘴燃烧室设计阶段成本的同时，可以对流场和火焰进行精细化测量。如何选择合适的模化方法使得几何模化后的燃烧室保持和原燃烧室相似的试验结果是亟待解决的关键性问题。本文研究了基准型和0.71缩比的多喷嘴燃烧室在等达姆科勒数DaI、等速度和等雷诺数准则（EDa、EV和ERe）下的非反应流场和火焰结构。试验和数值计算结果表明:在反应态和非反应态流场的模化方面，ERe准则的相似度最高；并且ERe对外侧喷嘴回流区的模化结果和中心喷嘴回流区和内外射流干涉区相比，相似度更高。随着流场向下游发展，非反应态模化结果与基准型更加相似。但反应态则正相反，上游的流场相似度更高。在火焰结构模化方面，EDa准则对内外射流干涉区的火焰长度的模化最准确。而EV准则对火焰热释放率核心位置的模化最准确。

民用航空发动机过渡段的流动情况对压缩系统整体性能有着重要影响。探究过渡段内部流场的流动机理和损失机制有利于高性能压气机的研制。本文使用数值模拟的方法对某航空发动机增压级过渡段进行了流场分析，并与实验结果进行对比验证。结果表明:过渡段出口流场在20%-90%径向位置处分布较为均匀，气流的总压损失主要集中在支板尾缘和上下壁面附近，主要损失机理包括下壁面曲率引起的附面层分离和支板表面附面层分离，角区的二次流扰动沿流向始于下壁面曲率最大处，总压损失会随流速的增加而增大，流速越大的总压损失增量也会越大。

针对自动同步啮合装置(SSS离合器)啮合引发的不稳定振动现象,以某重燃联合循环机组的振动故障为对象,总结振动规律,分析了啮合角度差对振动的影响和振动突变的原因。建立不平衡力与径向瞬态冲击耦合作用下的轴承-转子动力学模型。研究表明：SSS离合器啮合瞬间，轴颈中心位置会出现突变，说明转轴上受到力的冲击作用。不同啮合状态下冲击力不等。冲击力引发振动突变,振动突变主要表现为低频分量,冲击力越大,突变低频分量越大。转轴系统的稳定性受轴承载荷影响,轴承载荷越大,稳定性越高。减小啮合冲击力与提高轴承载荷是解决啮合冲击引发不稳定振动问题的两个主要措施。

为了准确掌握生物质耦合发电机组能耗及碳排放水平，在某660 MW燃煤机组上开展了生物质炉内掺烧性能试验研究。提出了生物质耦合发电机组燃料耗率和燃煤耗率的计算方法，以表征其能耗特征。试验期间，生物质掺烧量设定为5、8、10 t/h，机组负荷设定为350、600 MW。机组掺烧生物质时，由于锅炉效率下降和厂用电率上升，机组燃料耗率有一定程度的恶化趋势，而机组燃煤耗率却有一定程度的改善趋势。其中，排烟热损失和机械未完全燃烧热损失的增加导致锅炉效率下降，生物质粉碎机及输送风机电耗的增加造成厂用电率上升。生物质掺烧比例越大，锅炉效率下降量越大，机组厂用电率上升量越大，机组燃料耗率上升量越大，机组燃煤耗率下降量越大。在机组负荷350 MW、生物质掺烧量10 t/h时，机组供电燃料耗率上升1.966 g/kWh，机组供电燃煤耗率下降11.858 g/kWh，机组碳减排量12.40 t/h。本研究对于生物质耦合发电机组的节能减排具有一定的参考作用。

为了解决某型1 000 MW汽轮机高压转子振动不稳定问题,试验研究了转子振动规律,采用有限元方法建立高压转子-轴承系统动力学模型,计算分析了振动影响因素。结果表明,受振动受高压缸两侧主汽温偏差的影响较大。检修初期振动比较稳定,运行一段时间后波动幅度增大。主汽温偏差会改变转子和汽缸的同心度,产生不均衡汽流力作用到转子上,改变轴承载荷,进而影响振动。减小轴承两侧安装间隙容易导致乌金磨损。轴承磨损后,轴承刚度减小,不均衡汽流力对振动的影响增大,不平衡响应最大振动部位向#1轴承侧移动,振动突出表现在#1轴承。采取减小主汽温偏差、防止轴承乌金偏磨,减小轴承间隙等措施,取得了较好的减振效果。

气泡的生成和运动是影响工业设备安全运行及其能源传递效率的重要因素。基于界面追踪法(Front-tracking Method)研究气泡在受限通道内的运移特性,通过改变障碍物数量、尺寸及布置方式,获得通道结构对流场及气泡运动的影响规律。研究表明:减少障碍物数量,对称式布置时气泡峰值速度降低5%,交错式布置时气泡峰值速度增大193%。增大障碍物尺寸,流场所受扰动逐渐增强,气泡轨迹摆动幅度增大；障碍物对称式布置时,中等尺寸下气泡轨迹摆动最明显。双气泡前后布置时,上游气泡对流场的扰动会阻碍下游气泡前进；双气泡前后布置时,气泡的峰值速度比并排布置时增大22.6%。研究结论仅针对所计算的物理模型而言，并非通用结论。研究结果可为矩形微通道中气液两相流动特性的研究提供参考。

为考察导叶径向长度对混流泵水力性能的影响,对某混流泵模型泵导叶叶片沿径向进行一定程度切削,设计出导叶径向长度不同的两种模型泵。基于NUMECA软件平台, 针对改型的两种模型泵以及导叶径向长度未被切削的原型泵,在不同工况下对其内部流动进行数值模拟, 通过分析泵内部流场和静压分布,揭示了导叶径向长度对该型混流泵过流部件内部流动及外特性的影响。研究表明:采用90%径向长度导叶可以有效提升导叶与蜗壳的匹配性；90%径向长度导叶模型在设计工况及大流量工况下,导叶内的流动损失大大减小,高效工作区间明显拓宽,扬程及效率均为相对最优,显著提高设计流量与大流量工况下的运行效率。

针对波节换热管内纳米流体的传热与流动特性进行实验研究，使用“两步法”制备了均匀稳定的SiO2纳米流体，并分析了强化换热的机理。结果表明，在相同工况下随着管内纳米流体质量流量qm的增大，换热器总传热系数K和管程进出口压力损失Δp逐渐增大；由于壁面结构的扰动作用，波节高度H的增大增强了流体的换热能力与流动阻力，波节间距S的增大削弱了流体换热能力与流动阻力。尺寸为H=3.5 mm、S=25 mm、管程内径Dtube,in=25mm的波节换热管内纳米流体综合换热因子η达到最大，是相同工况下光滑换热管内纳米流体的1.4-2.2倍。

填充床储热系统作为一种重要的储热方式,填充材料的物性以及储热温度对其性能有显著影响。为了获得详细的影响规律,本文使用局部非热平衡模型对高温固体颗粒填充床内的气固两相对流换热过程开展了数值模拟,研究了不同颗粒材料(岩石、氧化铝、碳化硅)、储热温度(600 K、900 K、1200 K)对蓄放热过程中床层内温度分布、压力损失、蓄热效率、放热功率、循环?效率的影响。模拟结果表明,碳化硅体积比热容最高,对应的填充床储热系统的蓄热量、蓄热效率、循环?效率也最高。当储热温度从600 K分别提升到900 K和1200 K时,蓄热效率分别提升了约2%和3%,放热功率提升一倍和两倍,?效率提升38% - 70%和55% - 100%。该研究结果将为高温固体颗粒填充床储热系统的设计提供重要参考。

为以氨替代部分煤在锅炉中混合燃烧，既可实现燃煤电站大比例减煤，还能解决可再生能源大规模消纳问题。热解作为燃烧的重要阶段，深刻影响着煤/氨混燃着火特性。本文采用反应分子动力学（ReaxFF MD）方法研究了3000 K、3250 K和3500 K温度下煤热解、氨热解和煤/氨共热解特性，揭示煤/氨共热解协同作用机制。结果表明：煤显著降低了氨气热解的活化能，促进了氨气热解。煤热解生成自由基促进了NH3+M → NH2+H+M反应，进而促进了氨气分解生成H2。煤/氨共热解过程中氨气促进了煤热解挥发分的析出：氨气略微促进了煤热解焦油的生成，但显著促进了煤热解气体产物的生成。氨气主要促进了H2O、HCN和C2H2气体产物的生成，但对CO的生成基本没有影响，氨气还促进了煤热解有机气体产物的生成。本文研究结果表明煤/氨热解协同效应有利于煤/氨混燃稳定着火。

为解决数据贫乏下斜齿轮磨损可靠性优化设计问题。本文采用非概率区间模型描述不确定性参数，基于Hertz接触理论和Archard磨损理论，提出一种基于非概率模型的斜齿轮磨损可靠性优化设计方法。首先建立了斜齿轮齿面磨损有限元分析模型，分析了齿轮啮合传动过程主动轮齿面接触应力及磨损基本规律。然后考虑齿轮几何尺寸、材料性能、载荷工况的不确定性,最终建立了具有接触强度、磨损量非概率可靠性指标约束的可靠性优化模型并进行求解。结果表明,在满足非概率可靠性指标约束条件下，齿轮副体积减少25.11%，验证了本文所提方法的有效性。

为有效预测高压条件下矩形窄缝通道内的过冷沸腾传热系数，基于试验数据，对现有传热模型进行了评估，分析影响其预测效果的原因，并提出了新的预测关联式。所选数据是在截面尺寸60×2 mm的矩形窄缝通道内进行的，工况参数覆盖了板状燃料堆芯的实际运行工况，包括：压力p = 10–16 MPa，质量流速G = 500–1500 kg?m-2?s-1，热流密度q = 100–300 kW?m-2，流体过冷度ΔTsub = 0–37 °C。结果表明：充分发展沸腾的壁面过热度模型与本文的传热系数吻合较好，但大部分预测关联式会低估高压时的传热系数，同时在接近饱和点的低过冷区域，预测偏差也较大；强化类型传热关联式的预测效果不佳，影响预测偏差的主要因素为应用工况和通道条件。通过对实验数据进行线性回归分析，提出一个区分高低过冷度区间的壁面过热度模型，该模型的预测性能较为理想，平均绝对误差为3.54%，可为高压矩形窄缝通道的传热设计提供技术指导。

为研究上游压气机和燃烧室对高压涡轮性能的影响，本文采用RANS方法对燃气轮机核心机进行整机联合仿真，对带气膜冷却的高压涡轮气动性能及温度分布进行了分析，并与单一部件计算结果进行了对比。计算结果表明：涡轮部件计算参数分布均匀，核心机计算展示了非均匀的参数特征，且特征主要体现在温度上，随主流往后的发展变化也更加明显；在流动状况下相似的情况下，IGV的温度分布主要由入口温度边界条件决定。改变涡轮和冷气的物性，流动状况几乎不改变，对于马赫数影响在2%以内，温度差别集中于前缘及通道内近压力侧区域，差别可以达到6%以上，分布趋势不变。

贫油预混预蒸发燃烧室是当前最具代表性的先进燃气轮机燃烧室，在实现超低排放中具有巨大的潜力。结合贫油预混预蒸发燃烧室工作原理内容，介绍了国内外燃烧室流场组织方法的研究现状，分析了不同燃烧室中油气匹配方法的差异。从旋流器主要参数、燃油雾化掺混方法和燃油分级方法三个方面梳理了燃烧室燃烧与排放特性的研究进展，通过分析燃烧室流场结构、油气掺混过程、火焰形态和排放特性等参数，指出了现有研究中的不足。基于现有研究内容和技术发展趋势，认为贫油预混预蒸发燃烧室应向低阻损失、超低排放、高燃烧稳定性的方向发展。