2023年第38卷第10期文章目次

2023, 38(10):1.

[摘要](301) [HTML](0) [PDF 16.17 M](374)

摘要:
本文针对不同管壳式结构对管壳式相变蓄热换热器蓄/放热性能的影响，分别从结构形式、布置方式、肋片设置和运行参数4方面进行了概述，总结了已有结构形式和肋片优化设置存在的问题。提出了未来重点研究方向：无量纲参数下的蓄/放热性能研究；不抑制相变材料自然对流的非均布肋片优化设置；充分利用相变材料自然对流和流体传热面的新型结构形式；能同时蓄热和高效供热的新设备研发。

2 同轴度对引射器性能影响的数值分析

栾一刚，张力敏，殷越，孙涛

2023, 38(10):13.

[摘要](360) [HTML](0) [PDF 21.38 M](246)

摘要:
船用燃气轮机需要安装引射器来降低红外特征，受限于机舱尺寸，引射器的主喷管和混合管往往不能同轴线布置。为了研究主喷管和混合管在非同轴线布置下对引射器的影响，本文以某燃气轮机上带有冷却孔的引射器为研究对象，采用数值模拟的方法研究了主喷管相对混合管轴线偏离±30%，±50%，±70%时引射器的性能，并且对比了冷却孔在开闭状态下的性能。结果表明：当冷却孔关闭时，主喷管向负方向偏移时压力损失系数最大提高4.3%，向正方向偏移时压力损失系数最大提高2.5%；当冷却孔开启时，偏移方向对压力损失系数没有明显影响，且引射器内部的燃气总温降低100~150 K。

3 涡轴发动机非均匀吞雨对粒子分离器性能的影响

杨群杰，张越，林阿强，刘高文

2023, 38(10):22.

[摘要](365) [HTML](0) [PDF 16.99 M](289)

摘要:
针对航行非均匀吞雨条件对航空发动机性能的影响，研究了吞雨条件对涡轴发动机粒子分离器性能的影响规律。考虑雨滴与空气之间气动破碎的物理现象，采用欧拉-拉格朗日多相流颗粒追踪模型，分析了吞雨量、吞雨粒径及非均匀吞雨条件对粒子分离器气动性能的影响。结果表明：吞雨量为0~8%时，粒子分离器扫气比增加11.34%、总压损失系数增加0.36%、总压畸变度减小0.328%、分离效率增加4.2%；吞雨量的增大，在引起较大的总压损失的同时也带来了较大的分离效率和较小的出口流场畸变；吞雨粒径为50~500 μm时，粒子分离器扫气比减小9.78%、总压损失系数减小0.09%、总压畸变度增加0.028%、分离效率增加5.27%；吞雨粒径的增大，在以粒子分离器出口流场畸变增大为代价的条件下，获得了较小的总压损失和较大的分离效率；非均匀吞雨时，粒子分离器扫气比减小0.92%、总压损失系数增加0.004%，总压畸变度增加0.054%，分离效率增加1.61%；非均匀吞雨带来了更大的总压损失和出口流场畸变，以此得到较大的分离效率。

4 透平叶片弯、扭、掠联合造型规律及其气动性能研究

付亚玮，杨欢，李博，黄典贵

2023, 38(10):31.

[摘要](415) [HTML](0) [PDF 10.41 M](305)

摘要:
为研究静叶弯、扭、掠联合造型对流场结构的影响，以某高压透平首级叶片为研究对象，借助计算流体力学与正交优化方法，基于动静叶最佳匹配原则（即对于每种静叶构型，动叶都进行了相应的扭转规律变化，使得动静叶气动性能处于最佳匹配状态），研究了静叶不同复合构型方式对流场结构的影响。结果表明：在合理的静叶弯曲规律下，静叶扭转改型对透平性能有较大影响，掠改型对透平性能影响有限；在一定的扭转规律下，对静叶进行掠改型对轮周效率的影响较小，仅后掠改型会提高透平的轮周效率；对弯扭掠静叶匹配扭动叶进行联合优化，得到的最佳透平的轮周效率为87.12%，与原始透平相比，轮周效率提高了2.09%。

5 离心泵仿生叶片的降噪特性研究

成涛，符杰，金永鑫，朱俊桦

2023, 38(10):41.

[摘要](355) [HTML](0) [PDF 13.14 M](260)

摘要:
采用仿生学思维对离心泵叶片出口进行仿生改造，结合CFD和噪声计算对设计工况下的流场和声场信息进行对比分析，用数值模拟方法验证其结构改进后的降噪效果。计算结果表明：采用仿生结构叶片能够有效的降低隔舌、蜗壳出口和叶轮流道内的湍流脉动强度，同时使流场中的涡结构尺度减小，控制流场中涡结构的分布范围，降低了离心泵内噪声源强度，达到降低噪声的目的。原模型和仿生叶片模型的压力脉动特征频率均为叶频及其低阶倍频，仿生叶片模型在各监测位置的压力脉动均比原模型有明显的降低；仿生叶片使各监测点噪声源强度降低，其出口3倍管径处的降噪效果最佳，总声压级下降3.62 dB，降噪率为3.20%；在隔舌处的总声压级下降115 dB，降噪率为0.67%，总体降噪率在0.67%～3.20%，达到了降噪的目的。

6 某调节阀气动及振动噪声性能研究

李海龙，李国镔，余道刚，赵壮

2023, 38(10):51.

[摘要](365) [HTML](0) [PDF 8.36 M](307)

摘要:
为了降低汽轮机低工况运行时调节阀的振动噪声，设计一种多级节流调节阀，在汽轮机低工况运行时使用。采用吹风试验的方法对所设计调节阀在不同工况下的流量、振动、噪声多种特性进行了分析，得到其随着升程、压比的变化规律。选取某3个常用汽轮机调节阀与所设计调节阀进行对比试验，根据试验系统实际情况，以相同压比约0.5、相同质量流量约0.5 kg/s为基准进行了横向对比分析。结果表明：压比一定条件下调节阀的流量系数随着升程的增大而逐渐增大，升程一定条件下流量系数随着压比的增大呈现逐渐减小的趋势；在升程一定时，随着压比的增大，机脚加速度值呈现先减小后逐渐增大的趋势，调节阀受低频激励的影响较小，受中高频激励的影响较大；在压比为0.5时，随着升程的增大，调节阀的空气噪声值逐渐增大，压比大于0.5时，空气噪声值随着升程的增大而呈现先增大后略有减小的趋势，在升程一定时，随着压比的增大，空气噪声值基本呈现了逐渐减小的趋势；所设计的多级节流调节阀与某3个常用汽轮机调节阀相比在振动噪声抑制方面具有相对优势。

7 多参数耦合的蒸汽动力系统运行稳定性评估方法

倪何，肖鹏飞，郑奕扬

2023, 38(10):56.

[摘要](390) [HTML](0) [PDF 6.54 M](320)

摘要:
为解决多参数耦合情况下蒸汽动力系统整体运行稳定性评估的问题，在基于时间序列分析的单参数运行稳定性评估的基础上，提出了一种蒸汽动力系统整体运行稳定性评估方法。该方法通过分析蒸汽动力系统运行参数的相关性和作用机制，选取相关状态参数建立系统的整体运行稳定性评估指标体系；然后通过引入连接函数（Copula函数）建立稳定性指标计算模型，实现系统在多参数耦合情况下的联合失稳概率和整体运行稳定性指数计算。经实例验证，该方法能够依据监测参数历史数据，相对精确地预测出系统未来一段时间的运行状态，预测精度达到秒级。

8 基于Workbench的固体电蓄热装置换热通道参数优化

陈梦东，章康，马美秀，康伟

2023, 38(10):64.

[摘要](81) [HTML](0) [PDF 10.88 M](311)

摘要:
为了解决固体电蓄热装置储释热过程的温度分布均匀性问题，需要对蓄热体换热通道结构参数开展优化设计。根据对称性建立了表征空气与蓄热材料传热过程的传热单元，以传热单元平均温度最大和压力损失最小为优化目标，基于ANSYS Workbench的响应面优化模块对蓄热砖的几何参数（高度、宽度、厚度）和换热通道宽度开展优化设计。结果表明：恒定入口流速下，换热通道高度和宽度的增加，对传热单元平均温度的提高影响较小，但是换热通道宽度对压力损失的改变有显著影响；蓄热砖宽度或高度对于蓄热过程平均温度的改变影响明显，水平方向蓄热砖宽度由15 mm增加到40 mm平均温度降低约7.5 K，竖直方向蓄热砖高度由15 mm增加到30 mm整体蓄热温度线性降低（降温幅度7.5 K），竖直方向蓄热砖高度为20 mm、入口温度1 023 K时升温速度达到297.5 K/h；通过传热单元结构参数敏感性分析可知，设计换热通道选择的蓄热砖宽度和高度均不宜过大。

9 NH3/DME混合物着火特性试验与数值模拟研究

程前，张尊华，周梦妮，李格升

2023, 38(10):72.

[摘要](358) [HTML](0) [PDF 12.72 M](235)

摘要:
为了探究NH3/DME混合物的着火特性，利用激波管测量了初始温度T=1 250~1 800 K、当量比Φ=0.5~2.0、DME掺混比XDME=0~1.0、压力p=1 MPa条件下NH3/DME混合物的着火延迟时间。基于测量的试验数据，更新了Issayev等人构建的NH3/DME燃烧反应动力学模型的部分基元反应，更新后的模型表现出对NH3/DME着火延迟时间的良好预测。在此基础上，进一步开展了NH3/DME着火特性值模拟研究。结果表明：NH3/DME高温着火延迟时间随二甲醚（DME）掺混比的增加呈指数降低；NH3/DME的着火延迟时间随当量比的增加先降低后升高，且不同温度下达到最低着火延迟时间的当量比不同；中低温下NH3/DME的着火延迟时间随初始温度的变化规律与高温下不同，呈现出明显的负温度系数(NTC)现象。

10 基于GMM-LSSVR模型的脱硫出口SO2浓度预测方法研究

冯齐全，乔宗良，司风琪

2023, 38(10):79.

[摘要](130) [HTML](0) [PDF 12.26 M](320)

摘要:
采用燃煤机组脱硫系统原始非高斯数据建立的单一出口SO2质量浓度预测模型精度较低，泛化能力较差，针对该问题提出一种基于高斯混合模型-支持向量回归（Gaussian Mixture Model-Least Squares Support Vector Regression，GMM-LSSVR）的建模方法。采用高斯混合模型（GMM）将训练集数据聚类为多个高斯数据集，对每个对应的子集建立独立的最小二乘支持向量回归机（LSSVR）训练模型。在此基础上，估计测试集数据属于每个种群的概率并对测试集进行聚类，将每个子集输入到对应的LSSVR模型中完成预测。现场数据实验表明：采用GMM聚类后每个子集的概率密度不规则波动幅度减小，数据高斯性增强；GMM-LSSVR建模方法测试集均方根误差（RMSE）、平均绝对误差（MAE）和可决定系数（R2）较单模型LSSVR方法有较大改善，具有更好的预测精度和泛化性能。

11 船舶低速双燃料发动机甲烷逃逸治理方案分析

胡杨，温华兵，韩连任

2023, 38(10):86.

[摘要](197) [HTML](0) [PDF 11.95 M](293)

摘要:
船舶低速双燃料发动机在工作过程中会发生甲烷逃逸现象，以现有的催化剂催化氧化效率结合发动机排放试验数据，通过设计计算及理论分析，研究了机外后处理技术在解决该问题上的可行性，分析了采取电加热和补燃方案后对催化效果的影响。研究发现：现有的催化剂虽有较高的催化效率，但在低速机正常排气温度下，经过加权计算的甲烷逃逸量为1.35 g/（kW•h），不满足设计限值1 g/(kW•h)；采取电加热或补燃方案使催化剂活性得到提高后，低速机甲烷逃逸量会有所降低，采取电机热方案和燃烧器补燃方案均可使加权甲烷排放量降低至0.94 g/(kW•h)。

12 燃煤电站烟气余热回收系统构型在线调整与运行参数优化

陈珣，宾谊沅，朱光明，封又琳

2023, 38(10):95.

[摘要](322) [HTML](0) [PDF 7.66 M](294)

摘要:
烟气余热回收是提高燃煤电站运行效率的有效手段。本文建立了某600 MW机组烟气余热回收系统的变工况计算模型，获得了环境温度、设计参数和运行参数对系统变工况运行特性的影响规律，提出了运行参数优化与构型在线调整相结合的优化策略：在环境温度较高时采用系统构型自适应策略，在环境温度较低时采用系统构型自适应结合参数调控策略。研究结果表明：优化后，系统在运行范围内的平均节煤率达到了2.72 g/(kW〖DK〗•h)，相比原系统平均节煤率仅降低了0.3 g/(kW〖DK〗•h)，安全运行的环境温度下限由24 ℃扩展至-10 ℃。

13 基于变量优化和IWOA-LSTM的锅炉系统水冷壁温度预测

史俊冰，赵如意，王迎敏，张小勇

2023, 38(10):103.

[摘要](343) [HTML](0) [PDF 9.10 M](279)

摘要:
为进一步提高锅炉系统水冷壁温度的预测精度，提出一种基于变量优化和改进鲸鱼算法优化长短期记忆神经网络的水冷壁温度预测模型。首先，通过互信息算法(MI)进行变量选择，消除初始数据中的冗余变量；其次，使用经验模态分解算法(EMD)对变量选择后的数据进行特征分解，在提取变量有效特征信息的同时降低噪音干扰；最后，使用由非线性递减因子和自适应权值改进后的鲸鱼优化算法(Improved Whale Optimization Algorithm，IWOA)确定长短期记忆神经网络(LSTM)的超参数，得到一种新型锅炉系统水冷壁温度预测模型(MIEMDIWOALSTM)。实验结果表明，相比传统的最小二乘支持向量机(LSSVM)预测模型，MIEMDIWOALSTM模型的均方根误差(RMSE=0.306 8)和平均绝对百分比误差(MAPE=0.054 6)最低，能够实现对锅炉系统水冷壁工质温度的精准预测。

14 塔式炉膛烟气流动特性及非线性现象的数值和实验分析

赵敬帅，王文帅，杨茉

2023, 38(10):113.

[摘要](353) [HTML](0) [PDF 15.85 M](246)

摘要:
为研究不同负荷超(超)临界塔式炉膛内燃烧及烟气流动的非线性特性，以某1 000 MW塔式炉膛为原型设计出几何结构和边界条件完全对称的三维简化锅炉模型，运用FLUENT软件模拟了锅炉在3种不同负荷（100%，75%和50%阀门全开工况（VWO））下炉膛内的速度场、温度场及NOx的分布情况，并分析了非线性特性，最后建立了一个三维冷态切圆射流实验模型并进行验证，提出顺序启动的喷口启动方式。结果表明：不同负荷下，完全对称的炉膛内烟气流动速度、温度和组分分布均存在非线性现象，模拟结果得到关于模型几何竖直中心线不对称的解；喷嘴通过顺序启动方式可使切圆偏斜程度更小，流动形成的切圆能稳定在一个位置，实现流动的精准控制。

15 污泥掺烧方式对燃煤锅炉燃烧影响的模拟研究

陈林峰，朱凌君，李芳芹，朱群志

2023, 38(10):122.

[摘要](318) [HTML](0) [PDF 13.19 M](265)

摘要:
为了确保燃煤锅炉掺烧污泥后炉内燃烧安全稳定并控制NOx的生成，以国内某典型1 000 MW超超临界燃煤锅炉为研究对象，利用CFD软件计算研究了不同的污泥掺烧方式对锅炉温度场和NOx生成的影响。结果表明：在燃煤锅炉不同层的燃烧器掺烧污泥，掺烧污泥的燃烧器对应高度均出现了温度的下降和NOx排放浓度的降低；随着污泥分别由下往上在B，D，F层燃烧器进行掺烧，在炉膛出口处烟温升高，NOx排放浓度降低；在保持F层燃烧器总热值不变的情况下进行掺烧时，能保证锅炉整体温度水平，掺烧污泥比例越高，炉膛出口烟温越低，NOx生成量越少；在F层燃烧器掺烧污泥燃烧效果较好，有利于NOx减排，是最适合污泥掺烧的燃烧器层。

16 静止气氛中单碳粒燃烧非稳态过程的影响因素

王勇，李君

2023, 38(10):130.

[摘要](306) [HTML](0) [PDF 12.06 M](232)

摘要:
针对单个碳颗粒在静止气氛中的燃烧过程，进行了包括详细的物理和化学模型在内的瞬态数值模拟。研究了粒径收缩、初始粒径（50~200μm）、环境氧气的体积分数（9%~21%）和气相温度（1 200~1 600 K）对燃烧过程的影响。结果表明：碳粒燃烧过程中，碳粒表面温度先逐渐升高后迅速下降至环境温度，峰值温度出现在碳粒半径为35~45μ的范围内；碳粒收缩过程符合d2定律，推导得到的碳粒单位面积燃烧速率与粒径rs的反比例关系式可用于对碳粒燃烧速率的预测计算；碳粒燃烧过程的特征值只取决于当前的颗粒直径，与其先前的演变过程无关；碳粒粒径越小，温度越低，化学动力学对燃烧过程的控制能力越强；初始碳粒半径相同时，升高气相温度或环境氧气的体积分数不会改变燃烧过程特征值的基本变化趋势，燃烧速率和碳粒表面温度均随气相温度或环境氧气体积分数的增大而增大，其中气相温度升高会导致碳粒表面温度达到峰值时的粒径减小。

17 不同集热策略下光伏/热一体化系统热电性能研究

胡紫林，郭振，田丽亭

2023, 38(10):138.

[摘要](400) [HTML](0) [PDF 15.28 M](265)

摘要:
为探究光伏/热一体化（PV/T）系统的热电性能受不同集热参数的影响，并解决流体反向加热光伏电池造成系统集热量损耗和发电量减少的问题，建立了PV/T系统三维瞬态数学模型，开发了一种新型集热控制系统，用于实时监控水箱水温和调控流程改变集水量，分析了集热管排数、排布方式、水箱容量、集热目标温度对PV/T系统温度、热电效率、集热量和发电量的影响。结果表明：随管排数增加，系统日集热量和日发电量均增加，但增幅减弱，管排数从8增加到10，发电量仅增加0.07%，集热量仅增加0.42%；集热管交错排布时，光伏电池温度均匀性最好；随着水箱容量增加，系统日发电量和日集热量显著增加，但水箱集热温度和集热品位均降低，与45 L水箱相比，65，85和105 L的日发电量分别提高1.48%，2.55%和3.35%，日集热量分别提高30.72%，53.30%和7038%；与普通系统相比，新型集热控制系统的热效率和电效率分别提高13.14%和0.40%；新系统中集热目标温度设定越高，水箱集水量越少且系统电热性能越差。

18 不等波长行波运动的能量吸收特性研究

李彪，齐明亮，黄典贵

2023, 38(10):148.

[摘要](313) [HTML](0) [PDF 17.37 M](261)

摘要:
为改善做行波运动的行波板的能量吸收特性，基于计算流体力学方法，分析了波长系数（-0.1~0.3）和无量纲振幅(0.1~0.2)对做不等波长行波运动行波板能量吸收特性的影响。结果表明：相比于做等波长行波运动，做不等波长行波运动行波板的能量吸收效果更好；在较小的无量纲振幅下，沿流向线性增大波长，可以提高能量吸收效率；随着波长系数增大，能量吸收效率先升高再降低，存在最佳波长系数使得能量吸收效率最高达到69%；在较大的无量纲振幅下，随着波长系数的增大，能量吸收效率先降低再升高。

19 基于逐步聚类分析的短期光伏发电预测方法

宋煜，郭军红，袁荔，李薇

2023, 38(10):158.

[摘要](308) [HTML](0) [PDF 7.08 M](270)

摘要:
光伏发电功率与气象因素密切相关，可靠的功率预测对光伏入网和电网安全运行具有重要意义。为提高光伏短期发电功率预测的准确率，基于某40 MW光伏电站历史功率和气象数据，在不同季节和天气类型下利用逐步聚类分析方法（SCA）搭建光伏短期预测模型，实现分季节和天气类型的光伏功率预测。模型对比结果表明：逐步聚类分析方法具有较高的预测精度，在四季、单一天气类型和复合天气类型3方面预测精度分别提高了1113%，9.51%和8.26%。

20 基于混合深度学习的风电功率预测及一次调频应用

侯倩，郝晓光，金飞，李剑锋

2023, 38(10):167.

[摘要](175) [HTML](0) [PDF 8.15 M](298)

摘要:
为了解决高比例不确定性风电接入电力系统带来强烈调频需求的问题，提出了基于混合深度学习模型的风电功率预测及其一次调频应用方法。首先，采用孤立森林（Isolated Forest，IF）对历史数据进行异常值处理，提高数据质量，其次，构建卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）、双向长短期记忆（Bidirectional Long Short Term Memory，BiLSTM）和注意力机制（Attention Mechanism，AM）的混合深度学习模型对风电功率进行预测。最后，依据功率预测精度配置超级电容器储能，设计储能调频控制原则，弥补风电机组自身预测误差，并协同风电机组参与电力系统一次调频。基于预测结果为4台风电发电机组2个负荷区域仿真系统配置超级电容器储能系统，利用digsilent平台进行了风预测误差和负荷波动下的一次调频仿真。结果表明：所提IFCNNBiLSTMAM模型比BP和LSTM基准模型预测误差(MSE)降低了81.53%和51.44%，具有最优的预测性能；设计的风储一次调频模型与原则可有效应对风电预测误差和负荷波动带来的一次调频问题。

21 基于TIA博途软件的小型直流锅炉给水控制系统的设计

刘佳，李扬，尤建华

2023, 38(10):176.

[摘要](127) [HTML](0) [PDF 3.96 M](285)

摘要:
为使小型直流锅炉稳定运行，依托某试验项目，设计一套高参数小型燃气直流锅炉控制系统。该系统以TIA博途软件为控制平台，通过分析锅炉给水量及锅炉中间点温度两者之间的关系，建立给水量最终到达锅炉中间点温度的控制模型，利用Simulink仿真软件进行辅助设计，最终投入应用实践。结果表明：此套控制系统的有效性、可靠性达到了小型高参数直流锅炉的设计要求(负荷6 t/h、压力5 MPa、温度400 ℃)，具有在同类系直流锅炉系统中借鉴推广的价值。

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