2021年第36卷第7期文章目次

2021, 36(7):1.

[摘要](625) [HTML](0) [PDF 2.31 M](389)

摘要:
随着太阳能热利用需求的日益增长，真空管太阳能集热器的相关研究得到广泛关注。本文针对空气式真空管太阳能集热器，概述了集热器结构和相变材料对系统热效率的影响，及相变材料与集热器的组合方式，总结了真空管集热器应用中存在的问题，提出了通过改进组合结构以及增加换热面粗糙度提高相变蓄热性能将是重点研究方向。

2 抽汽供热机组增设背压机节能效果评价

程东涛，王生鹏，谢天，邹洋

2021, 36(7):7.

[摘要](68) [HTML](0) [PDF 1.88 M](376)

摘要:
为了对增设背压机的抽汽供热机组能耗指标进行评价和对机组改造的可行性进行评估，根据能量梯级利用原理，利用EBISLON软件建模，进行了增加背压机后供热机组的变工况计算，明确了该种供热模式下的供热负荷、发电负荷和供电负荷等边界条件变化关系和节能量。结果表明：某300 MW纯凝改供热机组增设一台10 MW背压发电机组后，机组供电煤耗降低5.671~7.725 g/（kW•h），增设背压机后节能效果明显。

3 端壁射流对高压涡轮二次流损失影响研究

陈永强，黄典贵

2021, 36(7):12.

[摘要](33) [HTML](0) [PDF 2.50 M](402)

摘要:
为了研究端壁射流对端区二次流动的控制效果及作用机理，以GE-E3高压涡轮为研究对象，采用数值模拟的方法，在涡轮进口总温为711 K、总压为345 951 Pa、出口静压为89 177 Pa和动叶转速为8 279 r/min的条件下，分析射流位置、角度及射流比等参数对控制效果的影响。结果表明：端壁射流能够有效组织涡轮内部三维流场，阻断二次流之间的相互掺混，削弱二次流强度；射流位置对控制效果的影响最大，在30%轴向弦长位置处，射流比为1.06%的情况下，可提高涡轮级效率约1.24%；当射流比大于0.057%时，效率随着射流比的增大而线性增加；射流角度影响射流流向分量的大小，因此随着射流角的增大，控制效果递减。

4 进口参数变化对高压压气机性能影响研究

吴思宇，汪作心，李沛泽，刘言明

2021, 36(7):19.

[摘要](767) [HTML](0) [PDF 2.86 M](369)

摘要:
以某型高压九级轴流压气机为研究对象，利用NUMECA软件在不同进口条件下进行变工况性能模拟计算。研究了变转速下由于进口总温、总压的改变引起的雷诺数变化对压气机性能影响。结果表明：试验条件与设计条件下的试验结果相比，进口雷诺数由1.348×106下降到4.318×105，压气机设计点折合流量比减小0.008，效率下降0.72%，喘振裕度降低了8.11%，压气机性能曲线整体向左下方移动；在一定范围内升高进口总压或降低进口总温，将改善压气机的压比、效率以及折合流量比；当雷诺数高于一定临界值后，同一转速下的压气机的效率以及折合流量比基本保持不变；当转速降低至设计转速以下时，临界雷诺数将进一步增大，雷诺数效应影响增强；雷诺数降低会导致泄漏流损失增大，径向涡损失增强，加剧叶尖区域的流动分离，此时叶尖区域的流动阻塞成为引起流动失稳与整机性能恶化的主要原因。

5 某燃气涡轮多级空气透平试验研究

刘网扣，范雪飞，蒋俊，王秀瑾

2021, 36(7):27.

[摘要](37) [HTML](0) [PDF 1.76 M](299)

摘要:
为验证燃气涡轮的总体性能，将某重型燃气轮机涡轮末两级按0.5模化比模化后进行空气透平试验，建立了多级空气透平的试验系统，分析两级试验透平轮周效率、流量系数等特性参数随速比的变化。试验结果表明：空气透平设计工况效率达到了0.895，流量系数0.78，接近原燃气涡轮的设计值。试验结果验证了涡轮的总体性能，对燃气轮机涡轮的开发设计具有重要指导意义。

6 非轴对称端壁抑制叶栅二次流分离的实验研究

沈鹏，刘洋，戴韧

2021, 36(7):32.

[摘要](587) [HTML](0) [PDF 2.79 M](356)

摘要:
应用热线测量和颗粒图像测速(PIV)技术，测量平端壁叶栅(FEW)和非轴对称端壁叶栅(CEW)的二次流动。基于叶栅内的涡结构和剪切应力，分析非轴对称端壁降低二次流损失的流动机理。实验结果表明：二次流在叶片吸力面的边界层分离导致壁面涡与主流流体的剪切掺混，这是叶栅二次流损失的主要来源；非轴对称端壁通过降低端壁横向压力梯度推迟二次流分离的发生，使壁面涡与主流区产生剪切掺混的范围缩小，并使端壁二次流的流向速度提高、壁面涡的强度降低，在上述两方面作用下叶栅内的剪切应力减小，叶栅二次流损失降低。

7 基于NARX神经网络的汽轮机转子温度变化趋势实时预测

罗淇元，韩彦冬，蔡振威，王炜哲

2021, 36(7):39.

[摘要](169) [HTML](0) [PDF 2.51 M](330)

摘要:
利用退役转子及其对应的实际历史运行工况，开展了基于NARX神经网络的汽轮机转子关键位置温度发展趋势实时预测的研究。利用有限元方法，计算了历史运行工况下转子的高保真温度场，获取了关键位置的温度变化趋势。采用NARX神经网络，构建了转子进口蒸汽温度和功率与转子关键位置温度之间的数学关系，通过将输出参数闭环到输入参数集，形成了闭环神经网络结构，实现实时多步预测。预测结果表明，该模型对温度变化趋势的实时预测效果较好，且可以快速校正误差较大的预测结果。

8 转速对导叶式液力回收透平性能的影响

毕智高，梁颖，仪云云，张玉鹤

2021, 36(7):46.

[摘要](58) [HTML](0) [PDF 2.91 M](368)

摘要:
为了研究转速对导叶式液力回收透平性能影响的特征和规律，采用CFD方法对960~2 960 r/min(间隔500 r/min共5组)转速下运行的含导叶部件的离心泵反转作液力透平进行了数值计算。结果表明：不同转速下透平的外特性曲线变化趋势基本一致，最佳工况的效率及比转速较为接近，改变转速对提高透平在偏工况下的运行效率效果显著；降低转速在外部流量和压差均降低的条件下较为适宜，提高转速在外部流量和压差均升高的条件下较为适宜，当调节转速不能完全适应外部条件的变化时，需采取其他调节方式配合实施；提高转速后透平的工作流量范围变宽，该范围内扬程和功率曲线变陡；降低转速工作流量范围缩小，该范围内的扬程与功率曲线相对平坦；随着转速的提高，流量换算系数KQ、扬程换算系数KH及功率换算系数KP均呈先增大后减小的趋势，各换算系数均接近于1，表明比例定律能够较好地预测导叶式液力透平的最佳工况性能。

9 变频声波团聚超细液滴气溶胶的实验研究

姚辉辉，张光学，吴林陶，庞颖钢

2021, 36(7):54.

[摘要](83) [HTML](0) [PDF 2.28 M](346)

摘要:
声波团聚技术是细颗粒物排放控制领域极具潜力的预处理方法。为提高团聚效率，提出了变频声波团聚的新方法。以热雾机产生的超细液滴气溶胶为研究对象，进行了定频与变频声波的团聚实验并比较两种条件下的团聚效率。此外，还实验研究了变频声波各种参数对团聚效率的影响。结果表明：在实验条件为10 W声功率、30 s团聚时间的情况下，6 kHz向1 kHz线性降低的变频声波处理30 s后，相对液滴含量较6 kHz定频声波条件下低8.12%，这表明变频声波符合液滴生长规律，对粒径不断变化的液滴团聚效率更高；当声功率较小时，提高声功率将使得团聚效率成比例地增加，直到相应的非线性声效应变得明显为止；较高的初始质量浓度意味着液滴间距更短，可显著提高声波引起的液滴间碰撞概率和团聚概率。

10 基于BP和RBF神经网络的乙烷脉动热管对比研究

纪煜哲，陈曦，林毅，王利峰

2021, 36(7):60.

[摘要](626) [HTML](0) [PDF 2.24 M](337)

摘要:
为研究BP和RBF神经网络对脉动热管热阻的预测及改善脉动热管性能，将加热功率、倾角及工作温区作为输入参数，热阻作为输出参数，建立BP和RBF神经网络模型。利用大量实验数据对BP及RBF神经网络进行训练并预测，将预测值与实验值比较，以验证BP和RBF神经网络预测性能。结果表明：BP和RBF神经网络均能较好地预测热阻；采用RBF神经网络，训练数据及测试数据线性回归决定系数R2分别为0.999 44和0.969 76，预测结果相对误差分别为0.89%和2.97%，均方误差分别为1.43×10-7和3.13×10-6；与BP神经网络相比，线性回归决定系数R2更接近1，相对误差和均方误差更小，能更精确地预测热阻。

11 水热氧化处理对褐煤结构演化影响的研究

林春雨，张守玉，李昊，胡南

2021, 36(7):66.

[摘要](360) [HTML](0) [PDF 2.60 M](358)

摘要:
为提高低阶煤利用率，以H2O2为氧化剂对褐煤进行水热氧化实验。利用傅里叶红外光谱(FTIR)仪和拉曼光谱(Raman)仪分析水热氧化温度在100~300 ℃时H2O2对褐煤理化结构的影响。结果表明：100 ℃水热氧化过程中，羧基、芳香醚和酚羟基被脱除，形成脂肪族醚和羟基，芳香族和脂肪族结构被破坏，芳香烃四、五取代被氧化，无定型碳和芳香烃二、三取代质量分数上升，煤样成熟度提高；水热氧化温度升高至150 ℃，褐煤中脂肪族继续被破坏，小分子芳香结构发生沉积，羧基和共轭C=O结构增加，交联结构大量生成，煤质提高；水热氧化温度提高至300 ℃，褐煤中羧基、酯和共轭C=O结构减少，脂肪族大量生成，小分子芳香烃被氧化，煤质降低。

12 单点法、两点法和多点法确定机组煤耗特性曲线研究

刘福国，张利孟，刘颖

2021, 36(7):73.

[摘要](49) [HTML](0) [PDF 3.19 M](330)

摘要:
为了利用少量试验数据快速确定燃煤电厂部分负荷运行的经济性，给出一种快速确定机组供电煤耗率-负荷变化曲线的方法：将机组煤耗特性曲线影响参数分为非运行参数和运行参数两种，非运行参数决定煤耗特性曲线的形状，运行参数决定煤耗特性曲线的位置；非运行参数所决定的煤耗特性曲线形状采用通用比煤耗特性曲线表示，通过平移通用比煤耗特性曲线，使之最大限度地概括比煤耗率数据，从而得到机组比煤耗特性曲线。通用比煤耗曲线在负荷-煤耗率二维坐标中的位置是真正需要确定的变量。这种方法能够根据单点、两点或多点的供电煤耗率数据快速确定机组煤耗特性曲线，并且预测精度较高。

13 基于实测的循环流化床锅炉空气预热器及烟气处理设施对SO3脱除作用的研究

朱愉洁，韩元，张文平，沈建军

2021, 36(7):81.

[摘要](231) [HTML](0) [PDF 2.25 M](350)

摘要:
为了研究循环流化床锅炉(circulating fluidized bed boiler,CFB)的空气预热器和烟气处理设施对SO3的脱除作用，利用控制冷凝法分别对装机容量在150~330 MW之间的10台循环流化床锅炉进行了实测。结果表明：空气预热器对SO3的脱除率受空气预热器烟气出口温度的影响，在6.7%~36.5%之间，回转式空气预热器的SO3脱除率高于管式空气预热器；布袋除尘器和电袋除尘器对SO3的脱除率在40%以上；静电除尘器的SO3脱除率在6.1%~10.8%之间；湿法脱硫的SO3脱除率在41.7%~73.4%之间，其中双塔双循环的SO3脱除率最高；炉外CFB半干法脱硫的SO3脱除率达89.7%~97.9%，测试条件下炉内干法+炉外CFB半干法的工艺能使脱硫出口SO3降至0.3 mg/m3以下。

14 一种新型平焰烧嘴在空气和氧气助燃条件下燃烧特性对比研究

韩一庆，陈伟鹏，张天睿，古旭龙

2021, 36(7):87.

[摘要](438) [HTML](0) [PDF 2.17 M](327)

摘要:
为了研究新型平焰烧嘴的纯氧燃烧特性，通过空气与纯氧助燃对比实验，对新型平焰烧嘴在不同工况下的火焰分布、火焰面上方50 mm处温度分布及CO体积分数分布进行分析。助燃管至烧嘴中心轴线距离变化范围为0~60 mm，燃气流量为0.5 m3/h，空气(氧气)过量系数为1.06。研究表明：空气(氧气)旋流造成的负压区使回流的阻力减小，高温炉气回流到焰心挤压在旋流的中心，促进气流附壁，使燃烧稳定；在相同的助燃管距离下，纯氧助燃旋流强度总低于空气助燃，燃烧区域较小，燃烧温度提高，CO排放量低于空气助燃；燃气和助燃气混合流股的旋流强度与CO峰值体积分数成反比，随着助燃管至烧嘴中心轴线距离增大，两种助燃条件的旋流强度随之增加，燃烧范围扩大，火焰峰值温度和CO体积分数总体降低；当助燃管距离为60 mm时，纯氧助燃旋流强度和燃烧面积达到最大，火焰峰值温度和CO体积分数降至最低，混合程度最好，燃烧效果最佳。

15 基于核主元分析和GRU神经网络的电站辅机故障预警研究

姜兴华，韩万里，茅大钧

2021, 36(7):93.

[摘要](28) [HTML](0) [PDF 2.06 M](312)

摘要:
为解决电站辅机运行工况多变、结构复杂以及故障频发等问题，提出了一种基于核主元分析（KPCA）和门控循环单元（GRU）神经网络的电站辅机故障预警方法。通过核主元分析法提取电站辅机设备故障征兆参数，进行原始数据的约简。采用GRU神经网络进行电站辅机设备故障预警模型的建立。以神华福建某电厂HP843/Dyn中速磨煤机为例进行故障预警模型的训练、测试以及验证，该方法可以有效且提前发现中速磨煤机故障征兆。

16 复合相变材料调控机理与强化换热的实验研究

刘志强，张冠华，崔国民，豆斌林

2021, 36(7):99.

[摘要](112) [HTML](0) [PDF 1.99 M](292)

摘要:
为获取相变温度、潜热和导热性都比较合适的相变材料，本文使用高熔点的固态石蜡（熔点为70 ℃）和低熔点的液态石蜡（熔点为5 ℃）按照不同比例进行配比实验，来获得不同相变范围的相变材料，以适应实际应用的要求。制备了五种复合相变材料样品，使用差式扫描量热仪（DSC）测试其参数。并选用孔隙率均为95%，孔隙密度（pores per inch,ppi）分别为15，30和50 ppi的三种泡沫铜，采用熔融浸渍法将石蜡填充其中制备复合相变材料，进而探究泡沫铜对石蜡强化换热的效果。实验结果显示比例为A1(20%5 ℃+80%70 ℃)、A2（35%5 ℃+60%70 ℃）和A5（80%5 ℃+20%35 ℃）时只有一个熔化峰，其起始点分别为56.6 ℃，53.2 ℃和3.7 ℃，表明通过物理方法将两种石蜡混合可以调控复合相变材料的熔点与潜热。热导率测试结果表明当孔隙率为95%孔隙密度分别为15，30和50 ppi时泡沫铜可以提高石蜡导热率3-7倍。

17 填充床内对流换热的数值研究

李楠，史俊瑞，宫宇航，邱正霖

2021, 36(7):104.

[摘要](40) [HTML](0) [PDF 2.16 M](344)

摘要:
为研究空气流入高温填充床时小球直径和空气流速变化对填充床内对流换热和压力损失等的影响，利用孔隙尺度介观方法对顺序排列多孔介质小球的三维填充床进行数值计算，数值计算与实验结果吻合较好。结果表明：填充床内固相和气相间存在热的非平衡性；当小球直径从2.8增大到5.6 mm时，在最高温度上游对流换热强度减小，在最高温度下游对流换热强度增大，同时，压力损失和最大无量纲速度减小；气体流速增大时，填充床内产生湍流运动。

18 气波引射装置真空度实验研究

魏蓓，于洋，刘凤霞，胡大鹏

2021, 36(7):110.

[摘要](21) [HTML](0) [PDF 2.10 M](320)

摘要:
为了研究转速及高、中压喷嘴间偏转距离对气波引射装置性能的影响，分析两个参数与低压端口真空度间的变化规律。设定高压进气压力为1.5 MPa，低压、中压和高压端口宽度分别为63，37和44 mm，高压与低压端口间固壁段宽度为14 mm。实验研究了当转速分别为2 500，3 000，3 500以及4 000 r/min，偏转距离分别为10，18和26 mm时，中压出口压力与低压端口真空度之间的关系。结果表明：在恒定转速条件下，低压端口处真空度与中压出口压力呈负相关关系；当中压出口压力恒定时，随着设备转速的增加，真空度先增大后减小。在中压压力一定的情况下，当转速较低时真空度随偏转距离增大而减小，当转速较高时真空度随着偏转距离的增大呈现先减小后增大的趋势，偏转距离对真空度具有显著影响，且存在最优值，最优值与设备转速相关。此外，真空度与设备引射率近似呈正比例关系，即引射率和增压比呈负相关关系。

19 火力发电厂四角切圆锅炉燃烧优化调整研究

索新良，张刚，盖志杰，丛锡龙

2021, 36(7):116.

[摘要](55) [HTML](0) [PDF 2.10 M](357)

摘要:
某电厂300 MW四角切圆锅炉热效率偏低，炉膛出口烟温偏差较大。为解决此锅炉燃烧问题，进行一次风调平、煤粉细度调整、燃尽风运行及配风调整、二次风配风调整和运行体积浓度的调整试验。调整后磨煤机各粉管风速偏差小于5%，各台磨煤粉细度R90在24%左右，基本接近推荐值，锅炉炉膛出口烟温偏差减少22 ℃，排烟温度降低3 ℃，炉渣可燃物含量降低1.8%，锅炉热效率较调整前提高0.6%。

20 扩散层孔隙率对PEMFC性能影响的模拟研究

刘舜，徐洪涛，张拴羊，屈治国

2021, 36(7):122.

[摘要](661) [HTML](0) [PDF 2.35 M](376)

摘要:
为了研究扩散层孔隙率对质子交换膜燃料电池（PEMFC）性能的影响，采用COMSOL软件，通过数值模拟得出气体扩散层不同孔隙率（0.2，0.4，0.6和0.8）时，单直通道和具有楔形肋片(长1 mm，高1.5 mm，宽2 mm)的PEMFC性能曲线、阴极氧气质量分数分布和水质量分数分布。结果表明：扩散层孔隙率对燃料电池性能具有较大影响，随着扩散层孔隙率从0.2增大到0.8，PEMFC的电流密度逐渐增加，最大可达847 mA/cm2；相对于单直通道，增加孔隙率比添加楔形肋片更利于提升电池性能；在孔隙率为0.6和0.8时，氧气更易扩散到反应区，排水效果更好。

21 导流式翼缝对直线翼垂直轴风力机气动性能的影响

倪露露，朱海天，李春，缪维跑

2021, 36(7):129.

[摘要](34) [HTML](0) [PDF 2.95 M](328)

摘要:
为减小流体从吸力面流至压力面的速度损失，基于小间距翼缝有助于减小气动损失的设计原理，针对NACA0021翼型，提出双侧导流式、内导流式和外导流式3种新型翼缝形式。通过数值模拟方法，分析不同翼缝对垂直轴风力机气动性能和流场结构的影响，并将其性能参数与原始翼型和非圆弧翼缝翼型进行对比。结果表明：内导流式翼缝风力机气动性能优于原始风力机，最佳尖速比减小8.06%，改善了叶片周围和整机流场结构，增强了风力机运行稳定性；在低尖速比下，双侧导流式翼缝风力机气动性能较高，而高尖速比时气动性能低于原始风力机；下游区叶片迎风速度较低，外导流式翼缝对流动分离现象改善效果不明显，导致气动性能较差；非圆弧翼缝的间距过大使最大风能利用系数降低了15.5%，不适用于直线翼垂直轴风力机。

22 某新型大功率船用汽轮机抗冲击特性研究

齐雅薇，刘统章，常倩倩

2021, 36(7):137.

[摘要](81) [HTML](0) [PDF 2.75 M](319)

摘要:
以某新型大功率船用汽轮机结构为基础，建立有限元分析模型，利用ABAQUS/Standard求解器计算主汽轮机在平稳运行工况下的应力以及变形情况。以平稳运行工况的刚度矩阵为基础，进行模态分析计算，确保总模态质量不小于分析系统总质量的80%。运用动态设计分析法（DDAM），使用ABAQUS自带的冲击谱响应分析模块对主汽轮机设备进行校核。结果表明：汽轮机抗冲击能力满足GJB1060.1-1991的抗冲击要求，在横向冲击下响应最剧烈，在纵向和垂向载荷作用下的响应相对较小；主汽轮机抗冲击薄弱环节在高压汽轮机挠性板部位，建议采取Q690这种中高强度的材料，保证安全冗余。

23 660 MW超超临界机组不同炉型高温再热器管壁温度分布规律研究

王小华，刘瑞鹏，丁奕文，陈敏

2021, 36(7):145.

[摘要](532) [HTML](0) [PDF 2.15 M](367)

摘要:
为了解塔式锅炉高温再热器分布规律，并与型锅炉做比较，以国内已投运的几大锅炉厂生产的设计再热蒸汽温度为623 ℃的Π型锅炉和ALSTOM公司生产的塔式锅炉为研究对象，比较了两种炉型下的高温再热器管壁温度的分布规律。研究表明：Π型锅炉高温再热器管壁温度呈现“M”型分布，塔式锅炉的管壁温度呈现出“Π”型分布；同等蒸汽温度水平下，塔式锅炉高温再热器最高点温度比Π型锅炉要低，660 MW负荷下塔式锅炉A、B侧的再热蒸汽温度分别为620.3和619.3 ℃，同时再热器管壁温度最高点温度值为626.3 ℃，比Π型锅炉低12.7~18.1 ℃，提高了再热器管材的安全裕量。

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