2023年第38卷第4期文章目次

2023, 38(4):1.

[摘要](518) [HTML](0) [PDF 1.09 M](408)

摘要:
为了优化负载突变情况下燃气轮机性能，基于灰狼优化算法对燃气轮机自抗扰控制进行了参数整定，并在燃气轮机0.2额定工况范围内发生负载突变情况下进行了半物理仿真实验。仿真结果表明：与传统PID参数控制结果相比，负载由0.6额定工况突增至0.8额定工况和由0.8额定工况突降至0.6工况情况下，动力涡轮转速上升时间分别缩短1.28 s、1.07 s，调节时间缩短11 s，最大超调量分别减少了0.25%、0.3%。

2 船舶汽轮机蒸汽管路流动噪声源的声类比计算研究

强旭，许伟龙，王鹏，刘应征

2023, 38(4):7.

[摘要](219) [HTML](0) [PDF 12.23 M](374)

摘要:
汽轮机动力系统通常配备两套输运管路，由安全阀门控制连通，防止动力系统在进行海上作业时出现意外事故。输运系统要在狭窄的船舶内合理布置，需要在管路中安装大量非标准连接件。这使得管路内流通的高温高压蒸汽常处于高度紊乱状态，导致强烈的气动噪声传播现象。该现象主要表现为管壁压力脉动引起的偶极子噪声源与管中蒸汽流动的内部应力导致的四极子噪声源。气动噪声在紧凑的管路中难以耗散和快速传播，使得船舶管路系统与动力系统核心部件时常遭受高周疲劳（Highcycle Fatigue）。对管路内部噪声源进行数值预测，能够预知管路中潜在危险位置，为后续零件定期检修，延长管路系统运行寿命提供帮助。

3 静叶倾斜对双级轴流风机性能和噪声影响的数值研究

李优，童家麟，夏尊宇，叶学民

2023, 38(4):16.

[摘要](496) [HTML](0) [PDF 17.57 M](305)

摘要:
以某600 MW机组配套的两级轴流风机为研究对象，采用Fluent软件对其进行三维数值计算，研究了静叶倾斜对风机性能和噪声的影响。结果表明：当正倾斜角度15°时，在设计工况风机效率提高0.09%、全压降低036%；静叶正倾斜角度大于25°或反倾斜时，风机效率和全压均降低。静叶正倾斜使两级静叶区的总声压级均有所降低，正倾斜15°时在设计工况点第2级静叶区总声压级降低4.4 dB，且倾斜角度越大降噪效果越显著；静叶反倾斜后，第1级静叶噪声基本不变，第2级静叶区总声压级增大2.5 dB。综合分析静叶倾斜对风机性能和噪声的影响，静叶正倾斜15°为最优方案。

4 端盖与旋流子对轴流旋风分离器的性能影响

栾一刚，张力敏，胡筵晨，孙涛

2023, 38(4):25.

[摘要](386) [HTML](0) [PDF 5.34 M](385)

摘要:
为了研究轴流旋风分离器性能的结构影响因素，采用Fluent软件对装有不同内径端盖和不同种类旋流子的旋风分离器的流场进行了数值模拟，同时用Fluent中的DPM模型分析了不同尺寸及种类的旋风分离器对水颗粒的分离效果。结果表明：较小的端盖内径可以提高旋风分离器的分离效率，但是带来更大的阻力；旋流子叶片的螺旋角度是影响分离效率的主要因素，螺旋角度越大则分离效率越高，但是阻力也会随之增加；叶片数量不是影响阻力的主要因素。

5 船舶燃气轮机进气系统惯性级滤清器叶片优化设计

付宇，阳仕柏，刘艳明，王建华

2023, 38(4):33.

[摘要](583) [HTML](0) [PDF 2.32 M](382)

摘要:
惯性级滤清器性能是影响船舶燃气轮机进气系统出口流场品质的重要因素，也在一定程度上决定了船舶的动力水平。本文采用气-液两相流数值模拟方法，以低总压损失和高过滤效率为共同目标，结合试验设计方法，分别构建了总压损失、过滤效率与叶片几何参数间的响应面方程，并采用多目标遗传优化算法对惯性级滤清器叶片参数进行优化设计。结果表明：优化后的惯性级滤清器在所研究速度条件下均以更小的总压损失实现了更高的过滤效率。2 m/s的速度方案下，优化后的总压损失减少了16.98%，过滤效率提升37.61%；7 m/s的速度方案下，优化后的总压损失减少16.7%，而过滤效率提升20.83% ；流速高时应选用叶片间距更小、坡度更低、叶片越长的滤清器；而低流速应该改用间距更大、长度更短、坡度更高的惯性级滤清器叶片。优化后的滤清器叶片结构既减小了叶片背风区的分离，使总压损失减小，也增加了液体颗粒与叶片的接触而提升了过滤效率，从而提高了滤清器的整体性能。

6 发动机加力内锥体屈曲分析与结构改进

郑晓霞，杨桥，韩耀昆，李志强

2023, 38(4):39.

[摘要](384) [HTML](0) [PDF 11.65 M](356)

摘要:
为了减少航空发动机加力内锥体使用中出现的屈曲失稳故障，保障发动机整机安全，基于线性屈曲理论、有限单元法理论和三维有限元数值仿真技术，开展发动机加力内锥体屈曲分析，获得加力内锥体的临界失稳载荷和屈曲失稳模式，并根据加力内锥体的结构形式和受载特点，提出多个结构改进措施。分析表明：加力内锥体在外压大于内压状态下临界失稳载荷较小，极易出现屈曲失稳，且失稳位移沿周向呈波瓣状分布；整体加厚方案可有效提升临界失稳载荷，但会带来重量的大幅增加，而在失稳变形较大位置增加壁厚的方案为最优改进方案。

7 有机朗肯循环工质热源转折温度的新求解法及应用

杨新乐，杨森，卜淑娟，李惟慷

2023, 38(4):46.

[摘要](422) [HTML](0) [PDF 3.71 M](328)

摘要:
为获取热源和有机工质的最佳匹配规律，提高系统热力性能，提出求解工质热源转折温度的新方法及基于工质热源转折温度的工质与热源最优匹配新方法。首先，通过定义潜热熵差比推导出工质热源转折温度的理论公式，并采用蜻蜓算法进行精确求解；其次，与文献[14]对比，验证模型准确性；最后，对比工质热源转折温度与热源温度筛选最优工质。结果表明：选用的15种工质的热源转折温度与文献[14]的对比误差不超过1.62%，验证了工质热源转折温度求解公式的准确性；当热源温度确定时，选择热源转折温度小于热源温度的工质可获得最佳工况；当工质确定时，选择高于该工质热源转折温度的热源温度可获得最佳工况。

8 菲涅尔太阳能集热器驱动的冷热电联供系统热力性能分析

王江江，陈海悦，韩泽鹏，邓洪达

2023, 38(4):55.

[摘要](410) [HTML](0) [PDF 10.13 M](396)

摘要:
为了提高冷热电联供系统的灵活性和热力学性能，将线性菲涅尔集热器、吸收式热泵、有机朗肯循环、地源热泵相结合，提出了一种基于线性菲涅尔太阳能集热器的新型冷热电联供系统。在EES软件中建立了提议系统和参考系统的热力学模型，将提议冷热电联供系统和参考系统的性能进行比较，并分析了一些关键参数对系统性能的影响。结果表明：该系统在设计工况下，一次能源利用率可达到78.04%，太阳能发电效率为8.2%，热电比为10.13；与参考系统相比，节约了一次能源11.8%，提高了系统满足用户负荷的灵活性；夏季辐照强度每增加100 W/m2，一次能源利用率约增加0.95%，太阳能发电效率增加2.73%；在热分配比为0.2时，系统一次能源利用率最大为80.5%；热电比随着辐照强度和热分配比的增大而减小，当热分配比增大0.4时，夏季系统热电比下降了86.2%，冬季热电比下降了84.9%。

9 一种用于船舶烟气冷却的喷雾螺旋管冷却器的传热特性研究

李方舟，白书诚，吴俐俊

2023, 38(4):64.

[摘要](428) [HTML](0) [PDF 13.58 M](429)

摘要:
船舶使用的主动降噪设备需要连接到排烟支管，但高温烟气会缩短设备的使用寿命。为了降低烟气温度，建立了冷却器喷雾冷却的数值模型对支管冷却器的运行工况进行优化，通过数值模拟分析喷射压差与喷雾半角对冷态以及热态性能的影响。结果表明：最佳喷雾半角为60°，喷射压差为1.5 MPa时，冷却器性能最佳；采用液滴蒸发效率与逃逸质量分析冷却器内液滴的流动特性，根据模拟结果进行二次回归式拟合，喷雾压差和喷射半角与蒸发效率相关系数分别为0.19和0.56，其相对于逃逸质量的相关系数为0.25和0.72，喷嘴工作参数应选取较高的喷雾半角和较低的喷射压差。

10 多模型切换DMC-PID串级预测控制在SCR脱硝系统中应用的仿真分析

方垒

2023, 38(4):75.

[摘要](256) [HTML](0) [PDF 1.32 M](311)

摘要:
针对火电厂SCR脱销系统的强非线性、大惯性和大迟延的问题，提出一种新型多模型切换DMCPID串级预测控制方案。利用改进最小二乘法辨识得到不同运行工况下的局部线性系统模型；根据约束条件，基于二次规划有效集法，求解不同运行工况下的控制器参数；通过负荷指令确定当前的工作条件，设计不同工况下各DMC控制器间的跟踪和无扰切换，基于负荷指令切换开关，提出SCR脱硝系统变工况条件下的多模型切换DMCPID串级预测控制，实现SCR脱硝非线性系统的全局优化控制。仿真结果表明：与传统的串级PID相比，变工况试验中DMCPID串级预测控制出口NOx排放浓度超调量减小55.14%、响应速度提高44.23%；外部干扰试验中DMCPID串级预测控制的氨气阀门开度波动幅度减小85.71%、出口NOx浓度的恢复时间减少26.67%。

11 叉排板束换热器传热特性数值研究

安庭震，王军

2023, 38(4):82.

[摘要](306) [HTML](0) [PDF 2.00 M](294)

摘要:
为提高换热器的传热性能，设计了叉排板束换热器，利用Fluent软件中的RNG k-ε模型数值研究了叉排板束的传热特性。分析了叉排板束排数对于整体Nu的影响以及板束的局部传热特性，比较了不同横纵比对整体Nu的影响，并给出不同Re下叉排板束的Nu经验公式。实验结果表明：叉排板束整体传热性能随板排数的增多而增强，当达到一定排数后传热性能趋于稳定，不同Re下趋于稳定的排数不同，当Re=4.3×105时进入稳定阶段需13排，当Re=4.3×103时进入稳定阶段仅需7排；叉排板束局部传热性能在各板排中先增大后减小，在第2~4排局部Nu达到峰值，板的局部传热性能在两个直角处以及撞击点位置大大增强；板束在横纵比为5时传热性能最佳，横纵比大于或小于5时，传热性能均会减弱；给出Re在1~500，500~1 000，1 000~200 000范围内板束整体Nu拟合公式，当Re>30 000时，与叉排圆管束相比，叉排板束传热性能提高25%

12 几种带冷却结构的双层管换热及流动对比

李鹏刚，张灵俊，王文璇，杨双

2023, 38(4):89.

[摘要](206) [HTML](0) [PDF 5.75 M](415)

摘要:
对相同质量流量下的光管、双层光管、带冷却结构（肋、扰流柱、凹坑、螺旋通道）的双层管等不同结构的管流动进行了流固耦合三维数值模拟，获取了固体壁温的分布特征；对各结构下，外层壁冷热侧温差、冷气温升、流动特性及综合换热效率进行了研究分析。研究结果表明：相同质量流量下，带螺旋通道双层管的外层壁冷热侧温差最小、综合换热效率最高；凹坑结构双层管与双层光管的流动及换热特性相似，流阻较小但换热效果也较差；扰流柱和肋结构双层管的流动换热特性相近，其温度分布均匀性、换热量介于双层光管和螺旋通道双层管之间，其流阻大且综合换热效率低。

13 垂直环管内旋流换热与流动的数值模拟研究

伍思敏，冯家杰，陈泽彬，陈佰满

2023, 38(4):95.

[摘要](431) [HTML](0) [PDF 3.26 M](380)

摘要:
基于垂直环管内旋流对流动边界层的扰动机理，采用数值模拟的方法研究了叶片角度、雷诺数以及进口水温对管内换热以及流动特性的影响，揭示了重力对环管内旋流流动的内在影响机制。结果表明：与水平环管相比，垂直环管的综合换热性能变化平缓，主要受到重力对压降的影响；与雷诺数相比，叶片角度对流场以及温度场的影响最显著；在雷诺数小于15 000，叶片角度为30°时管内的换热性能最佳。

14 弹性管束结构改进及折流板对振动与传热性能的影响

王小燕，季家东，高润淼

2023, 38(4):102.

[摘要](118) [HTML](0) [PDF 8.26 M](355)

摘要:
为提高弹性管束换热器的综合传热性能，基于传统弹性管束换热器，在内部增设折流板并对其传热元件进行结构改进。采用双向流固耦合计算法，对不同结构条件下4种弹性管束换热器的振动及传热特性进行了定性和定量对比分析。结果表明：管束结构改进及增设折流板均会增强弹性管束的振动强度，且弹性管束结构改进后各排管束的振动一致性提高；在弹性管束振动条件下，与无折流板的传统弹性管束换热器相比，仅对管束进行结构改进传热性能可提高12.51%，仅增设折流板可使管束传热性能提高25.28%，对管束进行结构改进并增设折流板可使管束传热性能提高28.57%；在弹性管束换热器结构不变的条件下，与非振动条件下的计算结果相比，管束结构改进可使管束传热性能提高6.53%，增设折流板可使管束传热性能提高5.09%，同时进行管束结构改进并增设折流板可使管束传热性能提高7.96%。

15 碳中和背景下含氢综合能源系统碳排放和经济性分析

胡道明，李蛟，杜晓东，王玉璋

2023, 38(4):111.

[摘要](465) [HTML](0) [PDF 6.28 M](372)

摘要:
为研究“碳中和”目标下含氢能利用的综合能源系统（Integrated energy system，IES）中氢气来源方式对系统运行特性的影响，针对包含可再生能源发电和制氢设备、冷热电能源转换和存储设备、碳捕集设备等多种类型能源利用设备的综合能源系统，考虑多种负荷平衡约束、设备运行约束和碳中和目标约束，以系统日运行成本最低为目标函数建立数学模型，以仿真园区综合能源系统为计算案例，分析了系统供能网络供应不同来源氢气和分布式可再生能源制氢方式对系统运行经济性和碳排放量的影响。研究表明：以可再生能源制备的氢气为燃料时综合能源系统的运行成本最高，但CO2排放量最低；在碳中和前提下，将当地分布式可再生能源发电量中的98%用于供电、2%用于制氢比全制氢时该系统运行成本减少26.1%、碳排放量降低19.7%，比全供电时该系统碳排放量减少5%、运行成本增加2.85%；在碳中和前提下，当可再生能源制氢效率提升10%后，系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升至5%；当碳捕集设备能耗减少10%后，系统实现最低碳排放量时可将可再生能源制氢功率占比从原来的2%提升至23%。

16 多种可再生能源渗透场景下的热电联产系统优化

黄治军

2023, 38(4):121.

[摘要](310) [HTML](0) [PDF 4.45 M](431)

摘要:
针对传统热电联产(CHP)系统受热电耦合的限制，灵活调节能力低、可再生能源消纳能力弱的问题，分析了传统热电联产系统的灵活性不足机理，提出采用地热源热泵来提高其灵活性。为了确定地热源热泵(GSHP)的最优容量，建立了考虑切负荷惩罚、可再生能源弃用惩罚、设备投资成本及运行成本的热电联产-地热源热泵系统优化模型，将该模型运用到可再生能源渗透率（可再生能源发电量/总发电量）分别为15%，40%和55%的3种情景中。结果表明：地热源热泵的容量随可再生能源渗透率的提升而提升，同时地热源热泵的集成可以扩大系统的可运行域，提高可再生能源的消纳容量；在最优地热源热泵容量下，3种场景的日节约成本分别为38%，64%和70%，同时集成系统的能源利用率可超过100%，可再生能源弃用的惩罚成本分别下降100%，89%和89%

17 风光-氢储微电网系统多目标容量优化配置

李争，罗晓瑞，徐若思，曹士靖

2023, 38(4):131.

[摘要](724) [HTML](0) [PDF 2.48 M](296)

摘要:
为实现“双碳目标”，减少“限电”带来的不利影响，提出了风光-氢储能的微电网方案,介绍了系统容量配置原理，并建立数学模型。采用Homer Pro软件和改进BASGA算法创建多目标风光-氢储能容量优化配置模型。在离网运行状态下，对风光-氢储能系统容量优化配置模型进行实例验证。结果表明：相较于风储、光储、风光储、风光柴储系统，风光-氢储能系统的净现值及度电成本分别降低为1 425.036 8万元和1.529 元/（kW〖DK〗•h）；可再生能源利用率提升至98.7%，负荷缺失率降低至5.50%。

18 基于SHPB的船用橡胶减振器冲击动力学特性研究

韦子祥，邱中辉，陈凯杰，陈蔚芳

2023, 38(4):139.

[摘要](435) [HTML](0) [PDF 5.11 M](409)

摘要:
为研究橡胶减振器的冲击力学特性，基于超-粘弹性本构理论建立了应变率相关的橡胶材料冲击本构模型，在霍普金森压杆（SHPB）装置上开展了速度范围为3~12 m/s的8组冲击试验，获得了应变率范围为1 500 ~6 000/s的应力-应变关系，建立了3阶冲击应变率修正模型。以某型船用动力设备橡胶减振器为研究对象，在ABAQUS软件中开展了减振器跌落冲击仿真分析，并进行了试验验证，研究了减振器跌落高度与结构参数对橡胶减振器冲击特性的影响。结果表明：橡胶减振器仿真冲击刚度与试验冲击刚度的误差为16.49%，处于工程应用可接受范围内，说明采用应变率修正的冲击本构模型能够合理表征橡胶的冲击力学特性；冲击刚度与减振器跌落高度及橡胶倾角和中径长呈单调递增，与橡胶厚度呈单调递减，其中倾角对刚度的影响最大

19 锅炉一次风机周期性振动异常原因分析及处理

董吉柱

2023, 38(4):148.

[摘要](427) [HTML](0) [PDF 5.87 M](385)

摘要:
基于某一次风机的结构和工作原理，针对一次风机主轴承箱运行过程中出现振动趋势随环境温度变化周期性波动的问题进行剖析，采取振动监测、淋水试验、频谱分析等方法进行深入研究，利用排除法找到了一次风机主轴承箱运行过程中振动异常的根本原因。研究结果表明：一次风机混凝土基础被扰动导致混凝土基础整体强度不足，进而引发一次风机主轴承箱运行过程中振动异常并随环境温度变化出现周期性波动。通过对一次风机混凝土基础进行注浆加固，不仅使主轴承箱振动趋势随环境温度变化问题得到明显改善，而且一次风机主轴承箱运行过程中最大振动值由4.3 降至2.6 mm/s，振动趋势显著降低并达到标准水平。

20 船用燃气轮机油液磨粒在线监测技术综述

王开，曹云鹏，李淑英

2023, 38(4):156.

[摘要](406) [HTML](0) [PDF 3.12 M](407)

摘要:
在分析润滑部件磨粒形成机制的基础上，综述了电感、电容、光纤、图像和超声波5类油液磨粒传感器原理和研究进展，分析了捕捉型和流通型两类船用燃气轮机磨粒在线监测技术应用现状，指出了船用燃气轮机油液磨粒在线监测技术现存问题和发展趋势。

21 基于双层合作博弈的虚拟电厂滚动优化调度研究

李文竹，杨勇，周治伊，彭道刚

2023, 38(4):163.

[摘要](217) [HTML](0) [PDF 2.86 M](353)

摘要:
为了应对当下高比例可再生能源和大规模电动汽车的接入给虚拟电厂双侧运行带来的挑战，提出了一种改进的Shapley值分配方法用于解决联盟收益分配问题。以虚拟电厂为中介，分别构建了以联盟收益最大化为目标的“需”侧用户-虚拟电厂联盟和“供”侧虚拟电厂-主动配电网联盟，再将双侧的合作博弈模型联系起来，构成基于双层合作博弈的虚拟电厂滚动优化调度模型。利用改进的Shapley值进行联盟收益再分配，从而达到用户、虚拟电厂和主动配电网三方主体收益的最大化，最后进行实验验证。结果表明：该模型使三方主体收益相较于未合作博弈和任一单层合作博弈分别提高了15.64%，6.95%和6.949%，提高了系统运行的经济性。

22 基于互信息的自动聚类算法在故障诊断过程中的应用

何康，任少君，司风琪

2023, 38(4):172.

[摘要](393) [HTML](0) [PDF 2.65 M](371)

摘要:
随着热工建模过程中参数的增多，根据参数之间的相关性进行分块建模成为降低模型复杂度、提高模型监测效果的有效手段之一。因此提出了一种基于互信息的自动聚类、分块建模方法。首先，获取参数之间的互信息矩阵，在此基础之上以训练数据的平均平方预测误差最小为标准，使用谱聚类算法对参数进行自动聚类。然后，分别建立每个子块对应的主成分分析(Principle component analysis，PCA)模型，并将所有子块的建模结果通过贝叶斯理论进行融合来对多个子块模型进行统一监测。最后，采用基于最小角度回归(Least angle regressions，LARS)的故障诊断方法定位故障发生的方向和幅值。通过数学案例的验证和电厂高温再热器的实际应用，表明了所提方法在故障监测和诊断方面的有效性。

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