2023年第38卷第2期文章目次

2023, 38(2):1.

[摘要](845) [HTML](0) [PDF 12.34 M](419)

摘要:
风电机组叶片结冰给风电场的运行安全和发电效益带来双重困扰，因此迫切需要对结冰较严重的风力机进行除冰技术改造。本文首先对风力机叶片4种除冰技术进行对比，并对其原理、适用性和可靠性进行了分析和比较。重点阐述了现有气热除冰技术的4种技术路线及方案，讨论了气热除冰技术方案的经济效益和热传递效果，并对气热除冰存在的主要问题进行说明。系统论述了该技术在能量利用效率和除冰效率方面仍具有极大的改进和提升空间，提出了气热除冰设备在标准化、控制系统轻量化、系统效率提升等方面的一些设想和展望。

2 不同工况下非共沸混合工质有机朗肯循环系统性能研究

马新灵，潘佳浩，邱宇恒，孟祥睿

2023, 38(2):10.

[摘要](546) [HTML](0) [PDF 7.65 M](476)

摘要:
采用MATLAB软件模拟非共沸混合工质在不同冷热源条件下对有机朗肯循环(ORC)系统性能的影响。选取R245fa/R1234ze和R245fa/R600a作为混合工质，热源温度取120和200 ℃，分别在冷凝露点温度为40 ℃和冷却水温升为5，10，15 ℃的工况条件下，利用热力学第一定律和火积理论对系统性能进行分析。结果表明：热源温度为200 ℃时，R245fa，R1234ze和R600a系统净输出功率分别为89.83，61.87和77.74 kW，使用R245fa系统性能优于其混合工质；热源温度为120 ℃、固定冷凝露点温度时，混合工质R245fa/R600a(90%〖DK〗∶10%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了27.6%和27%，R245fa/R1234ze(60%〖DK〗∶40%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了26%和20.5%；火积耗散和单位面积做功量与净输出功率变化相反，提高冷却水温升时，增大了系统火积耗散，且流向环境中的火积耗散在总火积耗散中占比增大，导致系统的传热不可逆损失增加。

3 基于PC-GWO的高背压抽凝热电联供系统负荷优化研究

陈然璟，曹越，司风琪

2023, 38(2):18.

[摘要](529) [HTML](0) [PDF 10.94 M](454)

摘要:
为了解决双机热电联供系统的热电负荷分配优化问题，以某双机600 MW高背压抽凝热电联供系统为对象，建立系统仿真模型并验证模型的准确性。通过控制中排压力的方式，根据机组安全运行约束条件，得到机组可行域。提出了一种使用过程耦合罚函数的灰狼算法，并分析了3种耦合方式和参数对系统性能的影响。结果表明：提出的过程耦合罚函数在求解成功率和求解误差方面具有明显优势，优化后机组热耗平均下降了117.96 GJ/h。

4 天然气冷热电联供系统热经济优化研究

华惠莲，王军，陈玉柱，王登文

2023, 38(2):26.

[摘要](315) [HTML](0) [PDF 6.24 M](462)

摘要:
为了更好地理解能源系统在热力学、经济和生态方面的性能机制，提出了天然气和地热能耦合利用的冷热电联供系统，主要动力单元为内燃机，其高温烟气分别进入有机朗肯循环（ORC）和吸收式热泵进行梯级利用，末端烟气通入余热换热器制生活热水。以北京某宾馆为案例，建立了系统的仿真模型，提出了一种基于能值的〖HT5”，7〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗-环境成本分析法，从生态角度考虑了整个生命周期链的当量排放，以系统单位〖HT5”，7〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗-环境成本最优为目标，对高温烟气分配比例进行优化，对各过程的能值消耗进行了评价。研究表明：当来自内燃机63%的高温烟气进入ORC机组时，系统的单位〖HT5”，7〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗-环境成本最小，为310 050 seJ/J；此时内燃机和吸收式热泵占据了该系统98%的能值消耗。

5 HAT循环后冷湿化过程的传热传质性能研究

蒋将军，王玉璋，张琨羽，张晴

2023, 38(2):33.

[摘要](474) [HTML](0) [PDF 11.01 M](385)

摘要:
为了提升湿空气燃气轮机循环的调控灵活性，自主设计和搭建了后冷湿化器一体化实验系统，通过实验获得不同水气比下后冷湿化器出口空气的温湿度和出口水温，利用实验数据修正表面化学反应速率，基于表面化学反应模型建立了后冷湿化过程三维数值模型，分析了水气比和进口水温对后冷湿化器性能的影响。结果表明：建立的后冷湿化器传热传质模型能高精度模拟后冷湿化过程，空气温度沿流动方向呈逐渐降低的趋势，空气的含湿量和相对湿度沿流动方向逐渐升高；水气比和进口水温均对后冷湿化器的性能有较大影响，随着水气比和进口水温增大出口空气湿度提高，湿化性能提升，而降低水气比有利于提升空气后冷性能。

6 基于改进单神经元的凝给水系统控制

陶静，李来春，关笑，白钰

2023, 38(2):41.

[摘要](440) [HTML](0) [PDF 9.09 M](385)

摘要:
针对某船用蒸汽动力装置主机大负荷变化时，因冷凝器水位和除氧器水位调节回路被控参数动态偏差过大影响动力装置的安全稳定运行的问题，基于传统PID控制器控制冷凝器、除氧器水位，引入单神经元控制算法，通过改进将单神经元学习所需要的状态量全部换成差值形式，在MATLAB平台上完成仿真实验。仿真实验结果表明：改进后的单神经元控制算法抗干扰能力强，响应速度快，水位被控参数超调量相比传统PID控制减小约0.1 m，调节时间缩短约200 s。

7 水平Rijke管自激振荡特性及抑制方法研究

杨亚晶，李晓亚

2023, 38(2):48.

[摘要](526) [HTML](0) [PDF 13.15 M](497)

摘要:
为了更好地抑制实际燃气轮机等动力装置中潜在的热声振荡现象，基于水平Rijke管开展了管内自激振荡特性及抑制方法的数值模拟和实验研究。首先，通过数值模拟研究获得了管内自激振荡发生的过程及频率特性，验证了Rijke管热声振荡所遵循的Rayleigh准则及纵向振荡模式；然后，结合实验测试与数值模拟研究，在Rijke管硬壁面上安装不同长度的穿孔背腔，随着背腔长度的增加，Rijke管内发声区间在缩短，并能有效降低热声振荡的声压幅值，实验结果与数值模拟结果吻合良好；进一步进行数值模拟研究，并在穿孔背腔这一被动控制方法的基础上通过小孔通以偏流作为主动控制因素，随着偏流马赫数的增加，管内振荡声压降低，振荡衰减，初步验证了穿孔背腔通偏流这一主/被动复合控制方法对热声振荡的有效抑制作用。

8 基于响应面法的新型螺旋管传热性能优化研究

林纬，郭紫芯，徐建民，汪威

2023, 38(2):56.

[摘要](620) [HTML](0) [PDF 15.74 M](445)

摘要:
采用BoxBehnken方法，对新型螺旋管的传热性能和阻力性能的模拟计算进行实验设计。设定螺旋管内径、进口流速、螺旋槽波高、螺距和单节螺旋管与光滑管长度比5个影响因素，应用响应面法建立综合性能评价指标（PEC）与5个因素之间的二次多项式模型，确定螺旋管的最佳参数，对螺旋管强化传热机理进行研究。结果表明：换热管中的螺旋槽增加了换热面积，同时使流体产生周期性扰动，加快热量的传递；在实验优化范围内，螺旋管内径是影响PEC最显著的参数；换热管的最佳参数为：换热管内径25 mm，进口流速0.4 m/s，螺旋槽波高3 mm，单节螺旋管与光滑管长度比为1，螺距15 mm；在该条件下，计算得到努塞尔数为395.8，阻力系数为0.044，综合性能影响因子为3.82。

9 基于深度学习的上倾管气液两相流流型识别

汤亮，蔡凯翼，徐适斐

2023, 38(2):64.

[摘要](432) [HTML](0) [PDF 5.49 M](402)

摘要:
针对目前两相流流型识别率不高且通常依赖精密仪器获取流型特征等问题，提出一种基于深度神经网络的流型识别方法。通过文献报告中已收集的流型数据集，分析影响流型的关键变量，利用粒子群优化后的深度神经网络结合Softmax分类器在Tensorflow平台上进行训练，并将其分类结果与统一模型进行对比。结果表明：流型识别的最终综合识别准确率在97.44%；流型分类结果与流型统一模型基本一致；与目前流型识别的主流方法相比，具有特征易提取、神经网络模型收敛速度快等优点。

10 SiO2纳米流体强化换热的实验和仿真研究

董静涛，郑群，熊春华，陈今茂

2023, 38(2):70.

[摘要](777) [HTML](0) [PDF 11.35 M](434)

摘要:
为研究纳米流体稳定性并增强换热机理，在乙二醇/去离子水基液中，采用原液化学生长法制备了不同质量浓度（1%，2%，3%，4%和5%）的氧化硅-乙二醇/水纳米流体，通过Zeta电位测量和透射扫描电镜实验表征纳米流体的稳定性。实验测量并研究了温度和质量浓度对纳米流体的导热系数和粘度的影响。依据实测结果，利用格子玻尔兹曼方法对圆管内纳米流体的流动与换热特性进行数值模拟研究。结果表明：二氧化硅颗粒在基液中具有良好的稳定性；纳米流体的导热系数随温度和质量浓度的提高而增大；纳米流体的加入可以显著提高基液的对流换热系数，当质量浓度为5%时对流换热系数的提高幅度可达到25.5%。

11 LNG船用蝶阀蝶板结构特征对流动特性影响的分析

何新宇，翁武秀，狄九旺，王炜哲

2023, 38(2):77.

[摘要](601) [HTML](0) [PDF 16.34 M](499)

摘要:
为了揭示液化天然气(Liquefied Natural Gas，LNG) 船内低温蝶阀的蝶板结构对流动特性的影响，基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD)技术数值模拟了两种不同的蝶板结构在90°~10°不同开度下对阀门流动特性的影响，重点对比分析各开度下的阀门流量系数。结果表明：开度在90°~20°范围内龟背式蝶板会压缩流通面积，使局部流速和湍流强度高于全轴式蝶板，导致压损更大、流量系数更低，且随着开度减小，流量系数差距逐步增大；在开度10°时，由于龟背流线型结构有利于降低开口处压力损失，龟背式蝶阀的流量系数高于全轴式蝶阀。考虑到LNG船用蝶阀在工作时多为全开状态，全轴式蝶阀比龟背式蝶阀拥有更好的流通性能。

12 基于数字孪生和改进LSTM的光伏发电预测技术

徐鹤勇，张倩

2023, 38(2):84.

[摘要](441) [HTML](0) [PDF 13.95 M](483)

摘要:
为提高光伏发电功率预测的精度和时效性，降低电网调度的安全隐患，提出了一种基于数字孪生模型、联合神经网络以及融合预测模型的光伏发电功率预测技术。该技术以针对常态预测的CNNLSTM网络和针对超短期预测的集成学习融合预测模型为核心，以光伏发电系统的数字孪生模型为基础框架，以某光伏电站的实测数据为基础进行了分析，实现了实时的多模式光伏发电功率精确预测。结果表明：改进的CNNLSTM联合网络模型能够实现较高预测精度，相比于现有的主流预测算法精度提高了约36%~58%；针对超短期的发电功率预测这一难点，集成学习融合框架可以进一步将预测精度提高25%左右。

13 太阳能与燃煤机组集成发电系统性能研究

于静梅，张福生，张世轩，常云

2023, 38(2):92.

[摘要](458) [HTML](0) [PDF 16.75 M](389)

摘要:
以常规燃煤机组为原型，提出新的槽式太阳能与燃煤机组集成发电方式，即槽式太阳能集热场加热小汽轮机排汽，取代部分1号高压加热器回热抽汽。利用模拟软件建立发电系统计算模型，分析太阳能辐射强度（DNI）和集热面积对该系统性能的影响。以动态投资回收期TDP、内部收益率IRR等为评价指标，对该系统进行经济性分析。结果表明：随着太阳能幅射强度的增大，互补发电系统的太阳能发电功率、太阳能热电转换率等随之增大，且集热面积的影响趋势与太阳能幅射强度（DNI）大致相同；在拉萨地区进行该系统建设的IRR最高，为16.97%；对IRR的敏感性影响因素从大到小排序依次为煤炭价格、集热器造价和并网电价。

14 脉动风速和电网故障作用下双馈风电机组传动系统动态响应特性

欧阳敏南，李录平，刘胜先，樊昂

2023, 38(2):101.

[摘要](483) [HTML](0) [PDF 10.82 M](395)

摘要:
为研究大容量双馈风电机组在脉动风速、齿轮时变啮合特性和电网扰动等多因素耦合作用下传动系统的动态响应特性，在Matlab/Simulink平台上，采用集中质量法建立了机组传动系统弯扭耦合动力学模型，并结合双馈风电机组运行及控制模型，形成机组传动系统的机电耦合模型，分析了机组在多种脉动风速及其与电网对地短路故障同时作用条件下传动系统的动态响应特性。计算结果表明：机组传动系统对低频振动频率具有欠阻尼特性，当脉动风速的脉动频率接近传动系统的一阶固有频率时会与传动系统产生共振；通过对比有无齿轮时变啮合激励，可以甄别传动系统与齿轮啮合激励的共振点；电网三相对地短路故障引起的传动系统振动最为剧烈，其最大振动峰峰值随风速的增加非线性增大，随风速湍流强度的增加线性增大。

15 玄武岩纤维布移动蓄热箱高温蓄热工况下的放热特性研究

谈俊豪，王军

2023, 38(2):112.

[摘要](235) [HTML](0) [PDF 5.57 M](392)

摘要:
设计一种以玄武岩纤维布为蓄热材料的蓄热箱，采用插排排列提高换热速率和蓄热密度，通过〖HT5”，7〗火〖KG-*3〗用〖HT5”〗分析确定最优蓄热温度，再分析不同流速和入口温度下的放热时间、放热功率和放热效率，得出玄武岩纤维布蓄热箱的放热特性。研究表明：在高温蓄热条件下，每千克空气最大输出功提高约0.5 kJ/K，火用损失为81~151 kJ/kg，火用效率在82%~85%范围内，选定600 ℃作为基准蓄热温度；分析了5种流速下的放热情况，随着入口流速不断增大，有效放热时间从191.4 min降低到23.7 min，放热功率从344.2 kW增加到2 749.7 kW，放热效率从96.2%降低到936%；分析4种入口温度的放热情况，蓄热箱放热时间的差距均在60 s内，放热功率在2 709~3 103 kW之间，平均放热效率为93.4%。

16 船用高负荷齿轮激光合金化齿面改性研究

韦军伟，陈营利，贾海涛，邵钢

2023, 38(2):118.

[摘要](85) [HTML](0) [PDF 14.01 M](416)

摘要:
为了提高船用高负荷齿轮机械性能，对船用高负荷齿轮材料（42CrMoA）进行激光合金化强化处理，并对处理后的样件进行显微组织分析以及对HXD1000TMJC型数字式显微硬度计进行硬度检测，探究激光合金化处理参数，如粉层厚度、激光输出功率、扫描速度和离焦量以及合金粉末成分对性能的影响。结果表明：以42CrMoA材料为基体的齿轮，经过激光合金化强化处理后其强化层由合金化层和淬硬层组成，强化层总深度1.1 mm；随着合金粉层厚度的增加，淬硬层中马氏体质量分数减少，晶粒变得更加粗大；扫描速度的增加会导致强化层深度减小；离焦量减小会使光斑直径逐步缩小，强化层的宽度也随之显著缩小，合金粉末优化后，显微组织显著细化，硬质颗粒密度增大。

17 齿面点蚀程度对齿轮动力学特性影响的分析及实验研究

高长伟，刘文正，朱如鹏，王涵宇

2023, 38(2):125.

[摘要](150) [HTML](0) [PDF 8.18 M](350)

摘要:
齿轮啮合过程中产生的齿面疲劳破坏严重影响齿轮啮合稳定性。考虑到齿轮点蚀的演化特点，以实验齿轮为研究对象，建立了六自由度齿轮系统动力学模型，分析了不同点蚀故障程度下齿轮的时变啮合刚度；根据齿轮故障演化实验台进行相关实验，并将仿真模型与实验振动信号进行对比分析。结果表明：由点蚀故障引起的时域冲击随着点蚀沿齿廓方向的扩展逐步收敛，齿轮单齿啮合区的刚度变化对齿轮振动信号的冲击作用较强。

18 基于相位调谐的船用两级行星传动系统振动研究

范宗瑞，霍肇波，张建，汤鱼

2023, 38(2):131.

[摘要](784) [HTML](0) [PDF 6.04 M](447)

摘要:
为获得船用两级串联人字齿行星齿轮传动系统的振动特性，对其进行动力学第一类问题研究。基于相位调谐理论分析系统动态啮合力，定性总结了在一般情况下不同啮频谐波下的6种激励模式及其与系统参数的关系。基于Romax软件建立系统动力学仿真模型，以1 MW两级串联行星齿轮箱为例，获得了系统固有特性和稳态动力学响应。研究表明：该系统的固有特性包含5种具有规律性的振动模式，即单级横移-摆动模式、耦合横移-摆动模式、单级扭转模式、耦合扭转模式和单级行星轮模式；与单级行星轮系不同，两级串联行星轮系的稳态动力学响应与激励和模态振型不存在一一对应的情况。

19 凝汽器海水泄漏的影响研究及案例分析

陈浩，李鹏，乔越，曹松彦

2023, 38(2):137.

[摘要](414) [HTML](0) [PDF 11.91 M](499)

摘要:
针对沿海电厂凝汽器泄漏这一重大安全隐患，总结了不同情况海水泄漏对水汽品质造成的影响，分析了海水污染水汽品质对热力系统造成的危害，同时对国内多起火力发电机组凝汽器海水泄漏典型案例进行了分析和研究。结果表明：如果发生凝汽器海水泄漏时处理措施不当，易导致锅炉水冷壁发生大面积酸性腐蚀、垢下腐蚀、过热器及再热器积盐、汽轮机通流部件氯化钠沉积、低压缸相变区严重溃疡腐蚀等危害。

20 改进VMD融合深度学习在滚动轴承故障诊断中的应用

金岩磊，何茂慧，郭涛，邓凯

2023, 38(2):144.

[摘要](571) [HTML](0) [PDF 16.59 M](436)

摘要:
针对滚动轴承早期振动信号微弱且难以提取的问题，结合灰狼算法与变分模态分解（Variational mode decomposition，VMD）提出改进变分模态分解（Improved variational mode decomposition，IVMD）方法分解轴承故障信号，并基于快速谱峭度图（Fast kurtogram，FK）提取特征分量进行信号重构，采用深度学习与混沌理论对各故障轴承重构信号进行非线性分析，完成故障识别。在保留原故障信息整体几何结构的同时降低了特征数据复杂度，增强了故障状态分类能力。基于损伤轴承实验数据验证所提方法的有效性。结果表明：IVMD较VMD能更好地分解故障信号，快速谱峭度图可有效提取特征分量；采用IVMDFK进行信号前处理后，经卷积神经网络（Convolutional neural network，CNN）进行故障分类，准确率高达99.99%，远高于传统故障诊断方法；在强噪声环境下此方法仍可较好地进行故障分类，在-8dB噪声下准确率达到75.75%，具有良好的鲁棒性；同时，结合混沌相图与Lyapunov指数反映故障信号的混沌特性，随卷积层数增加Lyapunov指数逐渐减小，表明深度学习模型和混沌理论可从混沌序列中提取纯净特征信息，准确进行故障识别。

21 基于SSAPSOLightGBM的火电厂引风机故障预警方法

周浩豪，茅大钧，李玉珍

2023, 38(2):153.

[摘要](726) [HTML](0) [PDF 8.23 M](416)

摘要:
为了解决国内对火电厂引风机故障预警方法相对缺乏的问题，本文提出了一种基于SSAPSOLightGBM的故障预警算法。通过建立LightGBM(Light gradient boosting machine)正常轴承温度预测模型，并创新性地引入融合麻雀搜索算法的改进粒子群优化算法（SSAPSO）优化模型超参数，最终获得引风机轴承温度预警阈值，实现引风机早期故障预警。实验证明，基于SSAPSOLightGBM的故障预警方法在预测精度、泛化能力等方面相比传统预算法效果更好；该方法能够提前2 h对风机进行故障预警，对火电厂运维具有一定的指导意义。

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