高速水力负载是大功率燃气轮机、蒸汽动力性能测试的关键设备,其内部非定常流动是影响高速水力负载稳定运行和使用寿命的主要因素。本文基于CFD数值计算技术,对一多孔式转子高速水力负载非定常内流及空化流动特性进行研究。转子内部非稳定流动主要取决于最外层孔内流动,明显的高速区和低速区同时存在于尺寸较小的过流孔中,造成激烈的涡流运动,诱发明显的涡激作用。转子和定子间动静干涉区的脉动压力是流激振动的激励源,其时域峰、谷幅值受到转子外侧多孔结构的影响,脉动最大幅值的频域与轴频相关。空化现象发生在末端转子和中间转子最外层的过流孔中。空泡的发展和破灭会造成孔内流动的不稳定性,诱发剧烈的激励作用,影响机组的稳定运行。

柴燃联合传动系统结构复杂，负载工况多变，在工况切换过程中存在明显的瞬态冲击情况，容易影响传动系统的长期稳定运行。为此，本文基于AMEsim平台对同步自动离合器、摩擦离合器进行了零件级的动力学建模，并连接齿轮啮合模型形成柴燃联合传动系统模型，考虑摩擦、碰撞等非线性因素仿真分析在离合器接合瞬态过程中齿轮系统转速、扭矩等参数的波动情况，并通过优化离合器的相关参数以减小齿轮系统在这种接合瞬态过程中的响应波动。系统仿真结果表明，自动同步离合器接合时由于棘轮棘爪机构碰撞以及螺旋同步机构扭矩瞬态变化导致传动系统出现扭矩波动，燃机工况下传动系统最大扭矩波动达到56040Nm；摩擦离合器接合时，在同步瞬间离合器后端加速度迅速到零，在转动惯量作用下产生扭矩波动，最大扭矩波动达到74500Nm。为控制扭矩波动，通过优化同步自动离合器螺旋同步机构导程角以及摩擦离合器液压缸油压，同步自动离合器和摩擦离合器的扭矩波动分别减小12.4%与24.4%，有效提高了柴-燃联合传动系统运行平稳性。

尾缘劈缝是高温涡轮叶片冷却结构的重要组成部分，准确修正缩放模型试验与实际尺寸部件工况的差异，是评估冷却效果的关键技术。基于共轭传热模型和C3X冷却模型，在叶栅马赫数M1=0.9的条件下，数值模拟研究了缩尺效应在尾缘劈缝模化试验中对冷却效率的影响。基于一维传热分析，建立一种针对几何缩尺效应的综合冷却效率修正方法,在不同缩放比和毕渥数下均表现出良好修正能力，对实际尺寸叶片冷却性能的预测相对误差为1.33% – 6.3%。在缩放模型与基准模型间相似准则失配时，本方法可有效预估并修正冷却效率差异，使缩放模型结果逼近真实性能,提升模型试验的实用价值。

为探究高温蠕变对涡轮盘疲劳寿命的影响，以某型燃气轮机高温涡轮盘为研究对象，根据涡轮服役载荷谱，采用有限元仿真技术构建三维数值模型进行多场耦合仿真，确定涡轮盘寿命考核点。基于仿真结果，使用SWT参数修正模型预测涡轮盘疲劳寿命，通过拉森-米勒持久方程以及Miner线性损伤理论预测涡轮盘蠕变寿命，确定了涡轮盘的限寿部位，根据线性损伤累积法得到涡轮盘疲劳/蠕变寿命。研究结果表明：现行载荷谱下，高温涡轮盘引气孔边缘处为限寿部位，涡轮盘的纯疲劳寿命为9720.6小时，纯蠕变寿命为24656.8小时，疲劳/蠕变共同作用下的寿命为6972.2小时，高温蠕变会对涡轮盘的疲劳寿命造成显著影响，相比于涡轮盘的纯疲劳寿命降低幅度达到28.27％。

为确保大型火电机组在深度调峰条件下安全、经济地运行，以某1000MW机组深度调峰运行为例，采用ANSYS软件对深度调峰运行时高、中压转子的温度场、应力场和寿命损耗进行数值模拟计算，并对比分析降低变负荷率和提高主、再热蒸汽最低温度两种方案的应力幅值变化。结果表明：在转子结构不变的情况下降低变负荷率和提高主、再热蒸汽最低温度均可降低转子应力幅值。其中，降低变负荷率的效果相对较弱，并且会限制机组的灵活性；而在保持负荷变化率不变的前提下，提高主、再热蒸汽最低温度效果明显，提高主、再热蒸汽的最低温度20℃可使转子峰值应力降低64.72MPa。

新能源大规模接入电网，要求发电型燃气轮机频繁切换工作状态，更容易发生故障，异常检测对燃气轮机安全运行更加重要。针对燃气轮机异常检测问题，提出了一种基于NARX的基线建模方法。利用NARX模型对燃气轮机声压特征信号建立基线模型，利用CatBoost算法增强NARX拟合效果，利用贝叶斯优化对模型超参数优化，增强模型泛化能力，使用燃气轮机实机数据进行测试。结果表明：NARX-CatBoost方法明显优于NARX-FROLS和edRVFL方法。该方法对正常声压均方根的拟合RMSE值0.00850，拟合准确度明显优于其他方法；该方法对异常声压均方根的异常检测准确率为96.94％，说明通过正常声压特征数据建立基线模型进行异常检测的可行性与准确性。

气膜冷却是提升涡轮叶片热防护能力的关键技术，其冷却效率受结构参数与工况条件影响。针对锯齿状槽道气膜冷却结构多参数优化面临建模复杂、计算成本高的挑战，在锯齿夹角(22.5–60°)、槽道高度(0.0127–9.525 mm)和吹风比(0.5–2.0)的取值范围内生成660组CFD工况样本，获取冷却效率数据。利用条件生成对抗网络（CGAN）建立输入参数与冷却效率分布之间的映射关系，实现快速预测，预测相对误差在各工况下均小于5.5%。结合麻雀搜索算法(SSA)进行结构优化，得到最优设计参数组合为锯齿夹角(42.562°)、槽道高度(4.118 mm)、吹风比(2.0)，面积平均冷却效率达到65.6%，较原始工况提高20.3%。实验结果表明，CGAN-SSA框架在复杂气膜冷却结构的快速建模与智能优化中表现出高精度与高效率，为气膜冷却结构设计提供了一种可行的技术路径。

漂浮式垂直轴风力机在风浪载荷作用下动态响应复杂多变，为揭示其气-水动力学响应机制，以单柱式漂浮式垂直轴风力机为研究对象，通过计算流体力学方法并结合重叠网格技术，对其在运行和停机两种工况下的动力学响应特性开展分析。结果表明：漂浮式垂直轴风力机风轮功率系数波动剧烈，但平均功率系数相较于固定式提高28%；在运行工况下，漂浮式垂直轴风力机尾迹速度衰减较快，涡相互作用显著增强，而停机工况下尾迹特征主要表现为由绕流产生的少量速度亏损和涡；水动力学响应特征表明，运行工况下风轮推力有所增大，使其向下游产生更大的纵荡距离以及更大的纵摇平衡角度；受风轮旋转力矩影响，运行工况下平台的艏摇响应幅值显著增加。

以航空发动机篦齿-橡胶涂层机匣转静碰摩故障为研究对象，开展了转静碰摩实验，采集了碰摩所产生的辐射声信号，基于趋势分析和三维谱图提取了声信号的时频域特征，获得了转静碰摩过程中声压的变化规律及特征频谱。研究结果表明，转静未碰摩时，声压随着转子转速升高基本保持稳定，此时声压级不超过105dB。转静碰摩时，声压急剧升高，声压级最大可达157dB，随着碰摩减弱，声压逐渐降低。转静碰摩声信号的特征频率成分包括转静子耦合共振引起的机匣及鼓筒行波共振频率，还可捕捉到机匣及鼓筒行波共振频率的组合频率。与机匣振动加速度信号相比，声信号包含更丰富的碰摩特征频率。

气流物性参数的选取与简化对提升涡轮叶片冷却性能预测的准确性具有重要意义。通过使用SSTk–ω 湍流模型结合γ-θ输运方程进行求解的方式研究了气流物性参数对叶片不同位置气膜冷却效率的影响。结果表明:物性参数对冷却效率的影响程度从高到低排序为密度、黏性系数、比热容、导热系数，按此优先级依次考虑各物性参数变化，可使叶片表面高温区域的分布特征接近真实工况；如果仅匹配密度参数，相对质量流量比MFRr≤1.0时，与气流工质的冷却效率偏差小于5%，相对质量流量比MFRr=1.6时，压力面和吸力面的偏差分别扩大至6.46%和12.23%；密度变化对气膜冷却性能的作用因气膜孔位置而异:压力面上密度提高仅在气膜贴壁良好时提升效率，而气膜脱离壁面时则降低效率；吸力面高密度冷气始终有利于增强贴附性并提高冷却效率。

为揭示设计工况下低压涡轮级非定常流动特征和气动噪声产生机理，并量化各类现象的湍动能和声能占比，提出了一种基于本征正交分解的低压涡轮气动声源能量评价方法。对低压涡轮级进行了大涡模拟，并对由流场快照组成的时空矩阵进行了本征正交分解。分解出的速度和压力模态对应于导致湍流脉动和气动噪声的相干结构，湍流脉动源和气动噪声源的能量正比于相关模态特征值的总和。结果表明：转静干涉效应引发的势场影响和尾迹周期性迁移是最大的气流脉动源和气动噪声源，其湍动能占比为23.0%且声能占比为39.0%。静叶尾缘涡脱落过程引发的卡门涡街和波包干涉是涡轮级内第二大气流脉动源和气动噪声源，其湍动能占比为3.9%且声能占比为20.9%。动叶叶尖涡脱落过程产生的能量较低，其湍动能占比为3.7%，声能占比为5.6%。

配备碳捕集是实现燃煤机组低碳化改造的重要途径。燃煤电站-碳捕集系统存在复杂的电、热、碳耦合关系，需通过优化调度合理分配系统出力，以保障其经济、低碳、灵活运行。然而，电、碳负荷强随机波动、机组宽工况运行的非线性特征，使得常规基于模型的优化调度方法难以取得满意效果。为此，本文提出一种基于不确定负荷指令分解策略的双延迟深度确定性策略梯度（TD3）算法的数据驱动燃煤电站-碳捕集系统智能调度方法。首先构建了计及机组煤耗成本、维护成本和负荷偏差惩罚的优化调度目标，以及包含设备运行、能量平衡和日均碳捕集率在内的调度约束，并将其转化为马尔科夫决策过程。随后，通过智能体与仿真模型的离线交互训练，自适应学习不确定环境下的最优调度策略。在1000MW超临界热电联产机组耦合单乙醇胺吸收碳捕集系统中的仿真结果表明，所提方法相比基于线性模型的确定性数学规划算法和常规不确定TD3算法，可分别降低0.66%和0.52%的运行总成本。本文研究为煤电碳捕集系统的智能低碳运行优化提供了有效方法。

燃煤电站耦合储热系统实现机炉解耦提升运行灵活性，是实现大规模可再生能源消纳的有效技术路径。以典型1000 MW超超临界燃煤机组为对象，以中低温烟气为热源，提出了常压水和加压水两种储热方案；采用EBSILON软件建立了燃煤电站耦合中低温储热系统仿真模型，研究了其热经济性和技术经济性。结果表明：储存常压水可使机组最低负荷降低40.32 MW，等效循环效率为64.59 %，度电成本为700.37元/MWh，不是单一储热的最佳选择；储存125-165℃加压水，可降低负荷7.93-16.56 MW，等效循环效率为67.15-73.14 %，当储存温度为145℃时，度电成本为662.42元/MWh，热力性能与技术经济性均优于常压水储存，是高效经济的辅助储热方式。

针对汽轮机叶顶密封泄漏流引发的掺混损失与转子稳定性问题，提出导流叶栅调控流场结构提升叶顶密封性能方法。建立叶顶密封及导流叶栅三维计算流体力学模型，开展导流叶栅调控下叶顶密封间隙流场特性研究，分析叶栅安装位置、数量对密封动静特性影响。结果表明：导流叶栅调控可减小泄漏流与主流周向速度差、降低掺混损失，其中入口段布置效果优于出口段。此外，导流叶栅型线设计会产生额外动能耗散、提升泄漏流阻，泄漏量降低可达约4%。动力特性分析表明，入口段布置导流叶栅可增加叶顶密封有效阻尼，提升系统稳定性，且提升效果与叶栅数量成正比；出口段布置，有效阻尼为负值，不利于系统稳定。综合气动与稳定性要求，在叶顶入口每个节距内布置4-5个导流叶栅可实现最优性能。

以经典PW-E3跨音速涡轮叶片为研究对象，围绕高负荷跨音速涡轮叶尖区域,通过求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes（RANS）方程和SST湍流模型,系统分析了不同叶尖间隙下的气动与换热特性及其影响机制，揭示了叶尖区域复杂流动结构、激波及膨胀波的形成、分布与演化规律。结果表明，叶尖区域亚音速-超音速的转换显著影响局部压力、速度和换热分布，膨胀波和激波的相互作用导致壁面出现高低不均的换热带。叶尖间隙高度增大使超音速区范围扩大，激波与分离泡结构增强，换热系数面平均值相应升高，叶尖间隙由0.23增加至1.38时，面积平均换热系数增加了9.851%，低换热区分布受激波强度与范围主导。

为降低多孔介质吸热器辐射散热损失，设计了一种石英玻璃套管与多孔介质吸收系数阶梯增加双层吸热器，该吸热器通过石英玻璃套管回收部分红外热辐射损失，同时均化非均匀聚集太阳能热流密度降低吸热峰值温度，提高吸热效率和吸热安全。采用耦合传热数值计算与实验验证相结合手段，对双层吸热器聚集太阳光热转换特性进行研究。结果表明：与单层多孔介质吸收器相比，在流体质量流量3~10g/s范围内双层吸热器热效率较单层提高约5.8%~11.2%；非均匀等比型速度入口与高斯聚集太阳光匹配性更好，热效率较均匀速度入口增加约3.1%。此外，增加玻璃套管长度、减小其壁厚，和减小孔隙直径等结构调整，均有益于吸热器热效率的提高。

为了研究碳氮共渗温度对17CrNiMo6船用高速重载齿轮钢共渗层组织和摩擦磨损性能的影响，对低碳合金钢17CrNiMo6在不同温度（860℃、880℃、900 ℃）下进行碳氮共渗处理，随后利用扫描电镜和维氏硬度计分析其显微组织与硬度，并通过摩擦磨损试验机表征其摩擦磨损性能。结果表明：相较于860℃-6 h试样，当共渗温度提高至880 ℃和900 ℃时，试样表面显微硬度分别提升28.0%和46.0%，渗层厚度分别增加33.1%和63.6%。碳氮共渗温度为880 ℃时，试样表面渗层组织以马氏体为主，磨损失重为0.6 mg；在此温度下，材料强韧性匹配最佳且磨损率最低，磨损机制以粘着磨损为主，并伴随轻微的磨粒磨损，试样表现出最优耐磨性能。

氮气压缩需要离心式压缩机在相对较高的环境压力下运行。采用商业软件CFX-SOLVER，基于SST k-ω 湍流模型,对某型离心压气机进行了全通道稳态和瞬态数值模拟，建立基于时间动态变化的压缩机进出口流动模型，耦合全通道数值方法捕捉扩压器内旋转失速的动态发展过程。结果表明，随着节流过程的进行，扩压器入口表现出明显的非定常现象。在入口处监测出强烈的压力脉动，受流动分离和强逆压梯度的影响在扩压器前缘卷起龙卷涡触发扩压器失速，且第二级扩压器中失稳特征的出现早于第一级扩压器，每一级扩压器失速区的传播方向均与叶片旋转方向相同，传播速度分别为4.348%、5.26%叶轮旋转转速。

针对T60重型燃气轮机存在的动态特性强非线性、多变量耦合及工况大范围变化等特点，提出一种基于长短期记忆网络（LSTM）的非线性广义预测控制器设计方法。构建了燃气轮机多输入多输出LSTM动态模型，通过互信息法确定时间窗口，采用四分位距剔除异常值，并对数据进行Z-score标准化处理。进一步设计重型燃气轮机的非线性广义预测控制器，利用LSTM模型在线预测自由响应并采用数值逼近强制响应以构建动态矩阵，提出基于局部线性化的实时梯度优化策略，将非凸优化问题转化为可实时求解的二次规划子问题，并利用投影梯度下降法实时求解控制率。在MATLAB平台开展仿真实验，选取大范围阶跃负荷为扰动输入、控制周期100ms。通过与现场运行数据对比，实验结果表明：相比T60燃机在用的Min-Max控制器，NGPC控制器在负荷突变时超调量降低35%，响应曲线平滑度提高42%，控制误差显著降低，转速与温度约束违规率为零，单步计算耗时7-9ms（占控制周期9%以内），满足重型燃气轮机实时控制要求。

为实现复杂汽轮机叶片流域的快速计算,本文针对汽轮机高温段变反动度叶片流域,提出一种非侵入式POD-ROM(Proper Orthogonal Decomposition–Reduced Order Model)方法。首先,利用ANSYS CFX对叶片流场进行高保真全阶仿真,获取全阶快照数据；随后,采用POD对全阶数据进行分解,根据各阶模态的能量占比选取适当数量的模态,将全阶数据正交投影至模态空间以获得模态系数；进一步,基于符号回归方法构建边界参数与模态系数之间的映射关系,从而实现叶片流场的快速预测。预测结果表明,该方法的L2相对误差低于1%,并在计算效率上实现了约5.18×106倍的加速,所构建的快速计算模型在准确性与效率方面表现出一定优势。

针对超临界机组低压末级带冠叶片在运行过程中轴向振动位移与径向叶顶间隙变化难以精确同步测量的技术难题,本文提出一种基于双电涡流差分测量方案。通过在叶片顶部机匣布置两支轴向位置不同的传感器同步采集动态电涡流信号,对信号间所包含的差模与共模特征进行分离,有效解耦叶片的轴向振动位移量与径向叶顶间隙变化量。该方法能实现对带冠叶片轴向振动与径向间隙的同时监测,克服传统单电涡流测试的局限性,为汽轮机末级带冠叶片运行状态评估与健康监测提供了更加可靠、精准的技术手段。