2018年第33卷第8期文章目次

余廷芳

2018, 33(8):1-7.

[摘要](274) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](48)

摘要:
摘要：以低温烟气为热源，以R245fa、R152a及不同比例R245fa/R152a混合物为工质，提出新型的再热-抽汽-内回热联合有机朗肯循环（C-ORC）系统，基于美国NIST提供的制冷剂物性参数查询软件（REFPROP）及数学处理软件（MATLAB）混合编程，以净输出功和热效率为主要目标参数，分析系统性能随抽汽回热器出口温度、再热温度、不同比例混合工质的变化关系。结果表明，相同蒸发温度下纯工质R245fa的热力性能优于R152a，其最佳的抽汽回热器出口温度分别为70 和55 ℃，抽汽回热器出口温度对系统的影响要大于再热温度的影响；混合工质分析中，在70 ℃抽汽回热器出口温度、105 ℃再热温度下，存在R245fa/R152a最佳质量分数比0.85/0.15，对应的净输出功为37.18 kW、热效率为18.52%、火用损为30.08 kW，其中蒸发器、冷凝器所占的火用损最大。

2 使用电子膨胀阀的空气源热泵热水器的实验研究与优化

袁朝阳

2018, 33(8):8-14.

[摘要](229) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](44)

摘要:
摘要：为充分利用电子膨胀阀调节灵活的特性，对空气源热泵热水器在定阀开度和定过热度下的系统性能进行对比实验，并提出了电子膨胀阀的排气温度控制法。实验结果表明：定阀开度下运行易发生吸气带液现象，吸气带液量的大小对系统性能的影响较大，但可由排气温度加以判断，适当增大阀开度可提升平均制热效率（COPa）并降低排气温度；与定阀开度相比，定过热度下运行时COPa普遍较高，排气温度高，但改变定过热度对COPa的影响较小，这为过热度的简单控制提供了依据；提出的排气温度控制法以排气温度判断吸气带液量大小，对过热度进行简单控制，满足了大制冷剂流量和小过热度的制热要求，试验测试中COPa提升8.24%，排气温度降低7.16%，系统性能达到了预期的优化效果。

3 有压气体做功能力热力学分析

吴腾马

2018, 33(8):15-19.

[摘要](303) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](51)

摘要:
摘要：针对工质选择对热力循环系统效率有着重要影响等卡诺定理不能做出合理解释的问题，将工质吸热后的热力学能火用进一步划分为等熵膨胀〖HT5”，7〗火〖KG-*3〗用与等压换热火用，指出可被动力设备直接利用的火用只有工质的等熵膨胀火用。理论推导表明：在等熵膨胀过程中，压缩气体的膨胀功并不能全部转化为有用功（火用），气体膨胀功转化为有用功的效率取决于气体工质的内部压强和气体所处外部环境的压强。气体的内部压强越大、外部环境压强越小，气体膨胀功转化为有用功（火用）的效率越高。

4 轮毂封严对涡轮端区流动影响的数值研究

贾惟

2018, 33(8):20-29.

[摘要](223) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](52)

摘要:
摘要：为了研究轮毂封严对涡轮端区流动的影响，对转/静叶片之间带有封严腔的某单级涡轮进行三维定常数值模拟。结果表明，封严流量对涡轮效率影响较大，2.0%的封严流量使涡轮级效率降低约1.6%；封严气流受到转子前缘位势场的影响，与主流在径向上存在着动量差，两股气流在转子进口处相互剪切形成剪切诱导涡。剪切诱导涡对轮毂通道涡的贡献较大，是端区二次流损失的主要来源。采用与转子旋转方向相同的喷射方向并增大喷射角度对减小攻角损失以及封严气流与主流的掺混损失是非常有利的。

5 当量比对环管型燃烧室内NOx生成特性影响的研究

宋家胜

2018, 33(8):30-37.

[摘要](223) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](46)

摘要:
摘要：采用数值模拟方法研究了当量比对环管型燃烧室内燃烧及NOx 生成特性的影响，分析了不同当量比时燃烧室内流场、温度场、热力型NOx 生成速率分布、出口温度分布系数（OTDF）及出口NOx 浓度的变化。模拟过程中，保持空气量不变，通过调整入口甲烷量来改变当量比。研究表明：增大当量比，燃烧室内燃烧反应速率加快，轴向速度升高，高温区域沿径向扩张，其范围明显扩大，热力型NOx 生成速率加快，其高速率范围与高温区域重合，出口NOx 浓度上升，而OTDF始终处于合理范围内。因此，在当量比为0.48～0.54范围内，适当降低当量比有利于控制出口NOx 浓度。

6 基于EEMD及分形方法的轴承振动信号分析

李洋

2018, 33(8):38-44.

[摘要](213) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](50)

摘要:
摘要：为对具有强烈非线性特征的轴承振动信号做出准确的故障识别，基于分形理论，采用辅助经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition，EEMD）对信号进行降噪预处理，采用G-P算法分析轴承不同状态下振动信号关联维数。研究表明：基于EEMD的降噪方法可有效对振动信号进行降噪；轴承工作状态不同，其振动信号关联维数具有明显的可区分性，当轴承处于外环故障时，其关联维数最大为4.7，当轴承处于滚珠故障时，其关联维数最小仅为3.0，当轴承处于正常/内环故障时，其关联维数分别为4.0/3.2。因此，利用关联维数能定量识别轴承的不同故障状态及位置。

7 V6O15团簇钾、钠、钙中毒机理研究

高正阳

2018, 33(8):45-49.

[摘要](255) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](62)

摘要:
摘要：为分析碱金属及碱土金属对催化剂主要活性组分V6O15分子团簇的影响，应用Gaussian软件结合密度泛函理论的B3LYP方法对V6O15分子团簇模型进行结构优化，并计算加入金属原子K、Na、Ca后钒基的分子结构参数、吸附能、LUMO轨道能量和加氢反应放热量，得出金属原子对钒基催化剂的作用机理和影响规律。结果表明：催化剂在吸附K、Na、Ca金属原子后催化活性下降；吸附碱金属后，V6O15团簇氧化性强弱顺序为：未中毒>Ca中毒>Na中毒>K中毒；V6O15团簇中毒程度的影响顺序为：K中毒>Na中毒>Ca中毒>未中毒。

8 基于浸入实体法的矩形双螺杆泵流动特性数值模拟

袁帅

2018, 33(8):50-55.

[摘要](650) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](44)

摘要:
摘要：为获得矩形双螺杆泵内部全流道的瞬态流动特性，基于浸入实体方法，采用CFD模拟平台，运用N-S方程和标准 k-ɛ湍流模型对给定基本参数的螺杆泵典型设计工况进行瞬态数值模拟，得到了螺杆泵各过流部件在运转过程中的流动信息。计算表明:压力从进口到出口烟螺旋槽逐渐升高，增压效果明显，泵体各断面最大压差约280 kPa；进口区域流场较为紊乱，互相啮合的转子螺旋槽内由于压差较大、速度较高，最大速度约11 m/s，在转子与泵壳壁面接触区域存在少量负轴向速度，为主要泄漏区域，泄露量较小，密封性能较好。

9 海水改性分子筛吸附剂脱除燃煤烟气中Hg0的实验研究

廖志强

2018, 33(8):56-60.

[摘要](253) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](50)

摘要:
摘要：由于在吸附剂中引入卤族元素可以极大地促进其对燃煤烟气中Hg0的脱除，考虑到海水中含有丰富的氯元素，因此采用海水改性来提高吸附剂脱除Hg0的效率。在氧气体积分数为6%的氮氧（94%N2+6%O2）基本气氛下进行了改性吸附剂脱除Hg0的活性测试。研究表明：经海水改性后提高了吸附剂的脱汞效率且改性吸附剂对Hg0主要以化学吸附的方式脱除；改性吸附剂的最高脱汞效率达到90%，相比于Na(13X)分子筛原样的脱汞效率提升了约40%，表明通过海水改性来提高吸附剂脱汞效率是可行的。

10 木质素基活性炭对Pb（II）离子的吸附性能研究

李明

2018, 33(8):61-68.

[摘要](177) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](45)

摘要:
摘要：以造纸黒液中提取的木质素为原料，磷酸作活化剂，使用管式炉制备活性炭，研究其对水中Pb（II）离子的吸附特性。通过单因素实验得到制备活性炭的最佳工况为：活化温度600 ℃，活化时间90 min，浸渍比（磷酸：木质素）1.5∶1。最佳工况下活性炭的总比表面积达到1 593.7 m2/g，总孔容达到0.91 cm 3/g，具有较低的等电位点（3.5），含有丰富的羟基、羧基等含氧官能团。分析吸附时间、溶液pH值、活性炭投加量及Pb（II）离子初始浓度对木质素基活性炭吸附重金属Pb（II）离子的影响,结果表明：木质素基活性炭对Pb（II）离子的吸附平衡时间为90 min；pH值对吸附效果影响较大，随pH值增大Pb（II）离子的吸附量和去除率都增大，pH在5.0~6.0范围时，木质素基活性炭对Pb（II）离子具有良好的吸附性能；随着活性炭投加量的升高对Pb（II）离子的吸附量降低，但去除率增加；随着初始浓度的增加，Pb（II）离子吸附量增加，但去除率降低。

11 高温下吸热型碳氢燃料定压比热容在线测量

贺宇锋

2018, 33(8):69-73.

[摘要](247) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](41)

摘要:
摘要：为提高吸热型碳氢燃料高温高压条件下比热容的测量精度，基于能量守恒的量热计理论，设计一套适用于高温高压的碳氢燃料定压比热在线测量系统。系统温度测量范围为450~900 K，测量压力可达10 MPa。选取环己烷和质量比1∶1正己烷-正庚烷二元混合物对测量系统进行标定，实验结果与文献的相对误差在±1%以内，相对误差绝对平均值小于0.32%。在此基础上对两种不同成分的吸热型碳氢燃料的定压比热进行了测量，温度为450~900 K，压力为2.0~5.0 MPa。实验结果表明：在低温区域范围内，碳氢燃料的比定压热容随温度的升高呈现近线性增长；在拟临界、临界温度时达到一个峰值，且峰值随压力的增加逐渐减小，且所对应温度点不断后移；大比热区后，燃料的比热容值随温度的升高急速增大。该测量系统的应用可为进一步提高碳氢燃料比热的测量温度范围创造条件。

12 水电机组推力轴承搅拌损耗计算方法

郑辉

2018, 33(8):74-79.

[摘要](651) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](58)

摘要:
摘要：为较为准确地计算高转速水电机组高油位浸泡式润滑推力轴承的搅拌损耗，根据该类轴承的几何结构特点进行简化，推导出搅拌损耗计算的近似计算公式，分别通过近似公式和基于推力轴承高油位浸泡式油箱运行过程中的流场三维数值模拟方法来计算搅拌损耗。针对大型抽水蓄能机组推力轴承，计算了机组转速为120、210、270、350和500 r/min 5个工况下推力轴承的搅拌损耗，将数值模拟结果与近似计算值进行了对比分析。结果表明：搅拌损耗的大小与轴承转速正相关，转速越高，损耗越大；油系统循环管路进出口流量对搅拌损耗计算值的影响可忽略不计。数值模拟与近似公式计算的搅拌损耗在低转速工况偏差较大，二者的计算偏差随着转速的增高而降低。近似公式计算方法可用于推力轴承方案设计预估搅拌损耗，数值模拟方法可进一步用于轴承结构及几何参数的优化设计。

13 不同流量下高速离心泵压力脉动特性分析

罗旭

2018, 33(8):80-85.

[摘要](230) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](52)

摘要:
摘要：为掌握高速离心泵内压力脉动变化规律及其脉动源，采用CFX软件对其内部流场进行数值模拟，分析其不同监测点在0.4Qd~1.2 Qd（设计流量）的压力脉动特性。研究表明：蜗壳与隔舌的动静干扰是主要的压力脉动源，且在叶轮出口处压力波动幅值最大，其主要频率为叶片通过频率；吸力面的压力要比压力面小，压力面在叶频附近的波动变化区域较大；流量在0.6 Qd及以下时，整体压力幅值变化较其他流量时更为剧烈；压力脉动沿流道方向向下游扩散段传递，在蜗壳出口处压力值最小；大流量下的流线较为平滑，而小流量下流线变得紊乱，流量越小流线的扭曲就越严重。

14 基于短反馈PIλDμ的核电站稳压器压力优化控制

黄伟

2018, 33(8):86-90.

[摘要](347) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](46)

摘要:
摘要：针对核电站稳压器压力控制系统的非线性、时变性等特点，利用分数阶PID （PIλDμ）控制器实现对系统由点到面的控制，利用最优Oustaloup算法实现PIλDμ控制器的参数整定，采用改进的人工鱼群算法（artificial fish awahm,AFSA）对PIλDμ 控制器的参数进行寻尤，并在分数阶控制的基础上引入短反馈算法，使控制更加精确。仿真结果表明：与传统控制方法相比，基于改进人工鱼群算法优化的分数阶PID控制器能够减小超调量、缩短调节时间、降低稳态误差和提高控制精度，不仅具有较好的动态响应性能还有较强的扰动抑制能力。

15 钢铁企业日际煤气最优混合配比的算法研究

闫雷

2018, 33(8):91-98.

[摘要](241) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](50)

摘要:
摘要：钢铁企业根据日际生产计划，可以确定日际生产的副产煤气总体积、各煤气消耗设备的热量需求。为进一步确定各设备消耗的混合煤气中的煤气配比，使煤气产耗平衡，提出混合煤气逆向分解方法，将各设备消耗的混合煤气中所包含的单一煤气成分体积，表示为各设备获得热量与混合煤气热值的函数，在此基础上建立日际煤气最优混合配比算法模型。该模型以各设备的混合煤气热值及热量作为决策变量，以各煤气消耗设备的热量偏差最小为目标，综合考虑各煤气设备的热值要求、自备电厂的热值、热量要求及煤气体积守恒等约束条件。采用遗传算法求解，并利用遗传算法基因初始化的范围区间控制混合煤气的热值范围。算例结果表明：建立的日际煤气最优混合配比算法模型，在优化煤气分配的同时，显著减少了约束方程及决策变量的数量，为钢铁企业日际煤气平衡调度提供了理论支撑。

16 基于线圈缓变失效的电磁阀故障诊断

李剑峰

2018, 33(8):99-107.

[摘要](893) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](59)

摘要:
摘要：为建立有效的电磁阀线圈故障诊断方法，设计了电磁阀线圈疲劳寿命试验，提出一种多物理场耦合作用下的线圈渐进性失效诊断方法：首先，基于有限元仿真平台（ANSYS Workbench）建立直动电磁阀三维有限元分析模型，计算电磁阀温度场；然后，在机械应力场的模型求解中引入温度载荷，得到由机械应力和热应力耦合作用下的应力场；最后，搭建线圈疲劳寿命试验平台，采集不同驱动电压载荷下温度、电流、电阻等线圈重要特征参量的全寿命周期数据，通过对比分析试验数据和数值仿真结果，得出线圈缓变失效机制。研究表明：线圈通电产生的高温易破坏包裹线圈的绝缘橡胶，同时应力的耦合效应会在橡胶间产生一定的挤压作用，当在高温条件下破损的绝缘橡胶相互挤压时，线圈将会发生短路，造成线圈阻值的3次突降和温度的3次突增，这种叠加效应会加剧橡胶的破损和线圈的短路，直至电磁阀失效。该方法可适用于其它类型电磁阀线圈的故障诊断，对提高电磁阀的可靠性具有一定意义。

17 气液两相条件下离心泵叶轮受力分析

李佳楠

2018, 33(8):108-112.

[摘要](202) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](58)

摘要:
摘要：为了研究气液两相混输条件下离心泵叶轮做功原理及能量转换机理，基于欧拉双流体模型，以水和空气为工作介质，在不同初始含气率工况下，利用数值模拟软件CFX对离心泵内流场进行数值计算。结果表明：叶轮流道内气相主要分布在叶片背面及出口边附近；随着初始含气率的增加，气相将在叶片背面形成较为稳定的气泡团，出现严重的相态分离，造成叶轮内出现严重的漩涡、二次流和气塞现象，使离心泵水力损失增加，扬程急剧下降；叶片受到的动反力也逐渐降低，引起叶轮轴向力的加大；同时，含气率的升高加剧了叶轮周向上的不均匀流动，破坏了叶轮径向力的周期性变化。

18 漂浮式风力机Spar平台受迫振荡数值研究

张楠

2018, 33(8):113-120.

[摘要](155) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](51)

摘要:
摘要：为分析螺旋侧板在漂浮式风力机Spar平台运动时的抑涡效果，采用动网格技术，对低雷诺数下原型平台及附有螺旋侧板平台在均匀来流中横向受迫振荡进行数值模拟，分析其在不同振幅比、不同振荡频率比下的锁定范围、受力情况及尾涡结构的变化特性。研究表明：振幅比L=0.2时，附有螺旋侧板平台的锁定范围相比原型平台有所减小，振幅比增大到L=0.4时，原型平台锁定范围随之增加，附有螺旋侧板平台主要受自身强迫振荡控制，不再出现卡门涡街现象；振幅比L=0.2、0.4时，2种平台尾涡均为“2S”结构，相同频率比下，附有螺旋侧板平台尾涡发放更为缓慢，说明螺旋侧板有一定抑涡效果；随频率比增大，2种平台升力系数的相位差减小，其与平台位移曲线之间的相位也发生改变，同时，振幅比也对平台升力系数曲线与位移曲线之间的相位产生影响。

19 海冰载荷作用下风力机抗冰锥体减载研究

许子非

2018, 33(8):121-128.

[摘要](252) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](53)

摘要:
摘要：提出了锥体抗冰结构来降低海冰对风力机结构的影响。以NREL 5 MW近海三叶片水平轴风力机为研究对象，基于Ralston算法建立冰载荷模型，采用开源多体动力学软件FAST计算塔架结构动力学响应，研究了不同锥角抗冰结构下塔顶位移和塔架载荷特性。结果表明：锥体结构能有效地缓解由海冰造成的危害，塔架剪切力、海冰载荷及塔顶位移随锥角的降低而减小，锥角由70°降至40°，海冰载荷降低55%~98%；安装锥体前后，塔架剪切力减小28.7%~58.9%，塔顶位移最多减小46%。

20 基于仿生学的风力机塔架结构设计及其力学性能分析

刘宇航

2018, 33(8):129-134.

[摘要](251) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](61)

摘要:
摘要：风力机塔架力学结构属典型的柔性细长弹性体，考虑到沿海一带棕榈树与近海风力机结构（同为细长柱体）所处环境的相似性，以传统筒型和仿生风力机塔架为研究对象，通过棕榈树样本参数拟合出树干外形函数，并考虑棕榈树内部维管束结构及其材料特性，分别建立了刚性、柔性和布置类维管束结构的仿生塔架3种塔架模型，进一步采用有限元方法对3种塔架进行静力学分析、模态分析与谐响应分析，并对比3种塔架的力学性能，分析仿生结构对塔架力学性能的影响。结果表明：风载荷作用下，原始塔架的最大应力主要集中在塔架底部，仿生塔架则集中在塔架底部以上；与柔性塔架相比，仿生塔架顶端位移增加了282.0%，而最大应力仅增加了18.0%，在满足塔架应力允许范围内，仿生塔架柔性更好；仿生塔架达到共振时塔顶位移响应幅值降低了22.2%，且共振频率点均偏大；与刚性塔架相比，柔性与仿生塔架的固有频率均较低，而仿生塔架的固有频率略高于柔性塔架。

21 风速时间序列非线性特征分析

袁全勇

2018, 33(8):135-143.

[摘要](197) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](68)

摘要:
摘要：针对时间序列风速确定性与随机性相结合的复杂非线性特征，基于相空间重构理论和最大Lyapunov指数对其进行混沌与分形特征分析。首先，以经典Lorenz混沌系统及非混沌完全随机白噪声时间序列为验证算例，通过相空间重构和最大Lyapunov指数法判断以上2种非线性时间序列的混沌特征，分别从定性和定量的角度验证了所提方法的可行性；其次，对美国风能研究中心实测风速数据进行相空间重构，计算其最大Lyapunov指数并估算其可预测时间，最后采用G-P算法分析了实测风速时间序列的饱和关联维数。结果表明：相空间重构理论及最大Lyapunov指数法均可作为判断混沌特征的重要方法，时间序列风速具有明显的混沌分形特征及短期可预测性。

22 350 MW超临界机组锅炉氧化皮防治技术研究

刘贵锋

2018, 33(8):144-148.

[摘要](221) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](52)

摘要:
摘要：为减少350 MW超临界机组因锅炉氧化皮脱落而引起的堵塞爆管问题,针对某电力公司8台超临界煤粉锅炉的结构型式及运行工况展开调查研究，分析结构设计对锅炉高温受热面蒸汽侧氧化皮的影响，发现烟温偏差的叠加效应是引起高温再热器汽温偏差大和局部氧化皮生成过快的主要原因，针对锅炉高温受热面的SA-213TP347H不锈钢管材的金属壁温适用范围进行对比，确定其最佳金属壁温报警值为600 ℃；通过对锅炉给水加氧设备进行改造，控制给水含氧量在10～20 靏/L范围内,确保高温受热面蒸汽侧含氧量为零。实践证明，采取上述氧化皮防治措施后，锅炉氧化皮堆积数量同比减少85%以上。

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