2024年第39卷第10期文章目次

谢露 , 岳敏楠 , 李春 , 贾文哲

2024, 39(10).

[摘要](181) [HTML](0) [PDF 10.18 M](167)

摘要:
随着水深增加,漂浮式风力机的系泊系统与锚点成本不断上升,共享系泊逐渐成为研究热点。为提高共享系泊的漂浮式风电场平台的稳定性,基于5 MW Barge平台风力机组建的2×2阵列式风电场,提出一种带有浮子与配重的新型混合共享系泊系统。利用辐射/绕射理论与有限元方法,计算并对比常规系泊与混合系泊在平台动态响应、系泊张力及躺地段的差异,分析了混合系泊浮子与配重的间距影响。结果表明：较之常规系泊,混合系泊可降低平台纵荡与横荡动态响应幅值,减小系泊张力变化,并延长躺地段长度；随浮子与配重间距的增大,躺地段长度总体呈现增大趋势,且改变平台横荡的平衡位置。

2 尾缘襟翼垂直轴风力机气动性能分析

余豪 , 叶舟 , yu , 李春

2024, 39(10).

[摘要](94) [HTML](0) [PDF 14.03 M](137)

摘要:
为减弱垂直轴风力机流动分离提升其气动效率,设计一种偏转角度与伸出长度可变化的尾缘襟翼结构。以NACA0021为基础翼型,采用计算流体力学方法对尾缘襟翼垂直轴风力机瞬时转矩、风能利用系数、翼面压力系数及流场进行数值分析。结果表明：尾缘襟翼结构可有效减弱流动分离,使翼型表面压差增大,转矩升高,垂直轴风力机在低叶尖速比范围内的风能利用系数得到不同程度的提升。当叶尖速比为2.5,襟翼偏转角度5°,伸出水平长度0.1c时,尾缘襟翼垂直轴风力机气动性能最佳,其最高风能利用系数较原始垂直轴风力机可提升7.1%。

3 燃烧室头部结构对燃料预混特性影响

徐婉容 , 刘凯

2024, 39(10).

[摘要](114) [HTML](0) [PDF 10.29 M](139)

摘要:
采用Fluent软件对某贫燃预混燃烧室燃料与空气的掺混特性进行了数值模拟，分析了燃料喷口方向、喷口尺寸、旋流数对预混特性的影响。模拟结果表明，燃料射入方向对燃烧室流场有重要影响，逆向射流更有利于产生稳定的中心回流区，并且当角度到达150°掺混均匀性最佳为0.9872。随着喷口尺寸的增大，回流区面积先增大后减小，掺混均匀性逐渐降低，小尺寸喷嘴与中尺寸喷嘴的均匀性差距不大，但中尺寸喷嘴有更大的回流区，燃烧更加稳定。当旋流器旋流数在0.55~0.97区间，火焰筒头部均能产生较为稳定的回流区，随着旋流数的增大，掺混均匀性逐渐提高，由0.9795增加至0.9944，同时回流区面积逐渐减小，并且有向前移动的趋势。当不同转角的喷嘴与旋流器组合时，180°喷嘴与0.97旋流数的旋流器组合效果较好，掺混均匀性为0.991。

4 计及碳交易与需求响应的多典型日综合能源系统优化模型

梁天成 , 李凌

2024, 39(10).

[摘要](83) [HTML](0) [PDF 1.67 M](128)

摘要:
系统负荷作为综合能源系统的约束条件，常以单个典型日加以表征，这难以描述实际负荷波动性与随机性的特点。本文构建了计及碳交易与需求响应的多典型日优化模型。通过引入谱聚类算法获得多个典型日数据，在表征原始负荷数据波动性与随机性的同时，也基于负荷数据构成实现了数据分类，并以负荷构成为基础分别建立优化模型，引入阶梯型碳交易机制与需求响应机制，在Python语言下调用Gurobi求解器完成模型求解仿真，在此基础上对阶梯型碳交易参数的变化开展研究。结果表明，本文提出的优化模型可很好地针对全年不同的负荷特征实现灵活调度，在兼顾经济性与环保性的同时有利于清洁机组出力。

5 计及CO2吸附-解吸两阶段特性的负碳综合能源系统优化配置方法研究

蔺琪蒙 , 章哲玮 , 王珏 , 杨礼华 , 吴啸

2024, 39(10).

[摘要](71) [HTML](0) [PDF 2.10 M](113)

摘要:
将直接空气碳捕集(Direct air carbon capture, DAC)与可再生综合能源系统结合，是实现区域碳中和的有效路径。合理的配置方法是系统稳定、经济与负碳运行的前提。常规配置方法未考虑DAC中CO2吸附、解吸两阶段过程的能耗特征差异，导致非最优或不可行的系统配置方案。为此，本文构建了面向系统优化配置的DAC吸附-解析两阶段能耗特性模型，提出考虑投资、运维、可再生能源利用、碳减排的DAC综合能源系统配置方法，获得了各设备的最佳容量及典型场景下DAC灵活吸附、解吸、停机运行策略。案例分析验证了所提出的配置方法的有效性与优越性。

6 考虑阶梯式碳交易机制的多能互补系统运行优化研究

马瑞 , 郝晓光 , 李剑锋 , 金飞 , 包建东 , 赵志军 , 王辉 , 陈衡

2024, 39(10).

[摘要](81) [HTML](0) [PDF 6.75 M](102)

摘要:
在“双碳”背景下,为增进能源效益,改善设备运营的弹性,进一步减少系统运行的碳排放水平,提出了一种低碳经济运作策略。首要将综合能源系统融入碳交易市场,引入分层碳交易机制以引导系统控制碳排放；然后将将新能源发电机组接入综合能源系统,并且引入抽水蓄能系统和火电机组发电系统用以辅助系统电力调度增加新能源消纳能力；最后使用cplex求解器根据预测负荷和各项机组的运行约束求解出低碳运行调度策略。应用上述方法对综合能源系统进行仿真分析,结果表明,在碳交易机制的影响下,可以改进运行策略,降低系统的碳排放,并且抽水蓄能系统可以大大综合能源系统提高新能源的消纳能力。

7 基于神经网络预测的主汽温控制方法研究

周飞燃

2024, 39(10).

[摘要](91) [HTML](0) [PDF 2.66 M](122)

摘要:
火电机组参与灵活调峰运行时，负荷的大范围变动会引起煤量、风量等参数频繁变化，进而导致主汽温剧烈波动，当前汽温控制系统难以适应灵活调峰工况下的需求，发展针对性的优化控制策略，对提高主汽温的控制品质、维持机组安全稳定运行至关重要。以某600MW汽包锅炉为研究对象，提出一种基于神经网络预测的主汽温控制优化方法，其基于随机森林算法挖掘出对主汽温起主要影响的因子；针对各影响因子存在的迟延问题，提出基于互信息法的迟延估计方法，实现神经网络输入参数的时延对齐优化；采用CNN-LSTM-Attention神经网络构建主汽温预测模型，实现对未来时刻主汽温的变化进行预测，并构建主汽温的预估补偿系统。仿真结果表明，此方法可以有效提升主汽温的预测精度，降低负荷频繁扰动下主汽温的波动幅度，提前抑制各扰动量对蒸汽温度造成的影响。

8 热-流-固耦合下某航空叶片变形机理的仿真分析

亢顺德 , 杜礼明

2024, 39(10).

[摘要](75) [HTML](0) [PDF 12.10 M](124)

摘要:
为了研究热-流-固耦合下航空叶片的变形机理，通过建立精细的单向与双向热-流-固耦合模型，对叶片在不同环境温度（进口总温）下的变形规律和变形机理进行了深入探讨。研究结果表明：热-流-固耦合作用对叶片的变形具有显著影响，其中温度和压力是主要影响因素；在双向热流固耦合时，随着环境温度的升高叶片的最大变形从293K时的0.4770mm增大到1573K时的2.1051mm。环境温度为293K时，叶片的应力应变主要集中在叶片根部，且在叶片前缘和后缘出现最大等效应力为820.21MPa以及最大等效弹性应变为0.0056；单向和双向热流固耦合在环境温度为293K时仿真得到的叶片最大变形以及最大等效应力最为接近，分别为0.3976mm、0.4770mm和795.53MPa、820.21MPa，其相对于双向耦合的偏差分别为16.64%和3.01%；随着环境温度的升高单向和双向热流固耦合得到叶片最大变形的差值越大。

9 基于?补偿策略的某型增压锅炉故障定位研究

苏健 , 李国龙 , 王灏桐 , 宋福元 , 张国磊 , 史建新

2024, 39(10).

[摘要](72) [HTML](0) [PDF 12.01 M](101)

摘要:
本文针对某船用增压锅炉的缓变故障,开展了基于热经济学的诊断方法研究。首先,在GSE仿真平台上构建增压锅炉的仿真模型,参考常见故障机理及判断依据,对热力故障进行模拟。模拟了8类单一故障,采集故障工况数据建立了多程度缓变故障的样本库。其次,按照热经济学结构理论,将增压锅炉按照“产品”的定义划分为四个过程组元,建立了锅炉的生产结构图,并计算故障过程中每个组元额外的不可逆损失,作为故障定位及量化的依据。最后,针对故障引发的扩散效应,提出了基于神经网络的?补偿策略,经过叠加故障的对比,该方法能够有效增强结构理论的故障定位能力,允许设备的孤立诊断,还原叠加故障与外部冲击情况下过路内部设备的异常状况,对故障预防及量化有一定意义。

10 考虑冷气掺混的跨声速透平叶型气动优化设计方法

王广北 , 张晓东

2024, 39(10).

[摘要](58) [HTML](0) [PDF 5.47 M](108)

摘要:
为拓展叶型设计空间，实现跨声速涡轮叶型设计中的精细化型面控制，并在叶型优化时考虑叶身气膜冷气出流的影响，提出了基于Bezier曲线构型的“12+7参数化造型方法”，叶型吸力面进口段、出口段、压力面和前缘均采用Bezier曲线，通过集成自主涡轮叶型造型程序、MATLAB人工神经网络工具箱及NUMECA商用软件，搭建了可考虑冷气的涡轮叶型数值优化平台，在考虑冷气掺混的条件下，对典型重燃透平一级导叶进行了气动优化研究，优化变量包括安装角、后弯角、前缘半楔角以及吸力面Bezier曲线控制系数LLS1和LLS2，优化目标为总压损失系数最小。结果表明：经过优化后的叶型模拟与实验拟合良好，总压损失系数减小了7.23%(从0.06519减小为0.06048)，能量损失系数减小了7.76%(从0.0518减小为0.04778)，气动性能得到增强。

11 氨的可再生合成与利用研究进展

王龙平 , 林立 , 罗宇 , 江莉龙

2024, 39(10).

[摘要](96) [HTML](0) [PDF 1.03 M](113)

摘要:
化石燃料的大量消耗对人类的生存环境产生了巨大影响,并引发一系列气候变化、环境污染问题,化石能源向清洁能源的结构转型势在必行。氢能作为清洁低碳的二次能源,具有很大的发展潜力,但受限于储存、运输和安全等技术及成本问题,目前其大规模的推广应用仍较为困难；此外,近年来可再生能源发电行业迅猛发展,装机总量已超煤电,但其不稳定特征使得大量能源无法被电网系统吸纳而弃用。而氨作为一种富含氢的无碳燃料,具有能量密度高、储运技术成熟、安全性能好、无碳排放等优点,是理想的能源载体；且以氨为能源载体的化学储能技术,不仅可以通过可再生能源发电合成氨的方式,来缓解电力系统大规模新能源消纳压力,还能通过氨的远距离输运和多元化的氨能转化技术,来实现规模灵活的跨区域、跨季节能源供给。本文简要介绍了氨作为能源载体的优势,重点探讨了可再生能源合成氨技术和氨作为能源载体的应用研究,主要包括氨燃料电池、氨燃气轮机、氨能源概念系统等领域,并对其发展现状进行了评述与总结,有助于对合成氨发展和氨能源系统有更加深入的认识,为未来后续研究提供参考方向。

12 压缩空气储能系统热能储存与利用研究进展

冯慧敏

2024, 39(10).

[摘要](68) [HTML](0) [PDF 1.57 M](117)

摘要:
压缩空气储能是解决可再生能源大规模并网的有效途径之一，是目前大规模储能技术研发的重点。如何提高其效率，获得更高经济效益，是目前亟需解决的问题，而解决这一问题的重要手段是将系统压缩热进行储存并利用。介绍压缩空气储能技术的发展历程和基本原理，进一步分析显热蓄热、潜热蓄热和热化学蓄热3种蓄热方式的技术现状，发现采用潜热蓄热是提升先进绝热压缩空气储能系统综合性能最有潜力的方式。从蓄热子系统热能利用方面出发，总结归纳先进绝热压缩空气储能系统耦合其它能源系统的研究进展，发现先进绝热压缩空气储能系统耦合冷热电联产、煤电机组和太阳能集热系统能进一步改善整体能量梯级利用率、效率性能和经济效益。最后，总结和展望了压缩空气储能系统热能储存与利用的研究方向。

13 超临界CO2余热利用系统动态特性及最优负荷控制策略研究

贾博清 , 曹越 , 司风琪

2024, 39(10).

[摘要](64) [HTML](0) [PDF 1.81 M](106)

摘要:
由超临界CO2布雷顿循环和跨临界CO2循环组成的超临界CO2余热利用系统作为燃气轮机底循环,因其具有循环效率高、负荷调节速率快的特点,被认为是大规模消纳可再生能源的重要技术路线之一。为解决其在新能源大规模并网所造成的电网负荷波动情况下,系统快速变负荷中循环动态特性及负荷控制策略尚未明晰的问题,该文建立超临界CO2余热利用系统动态特性模型,获得燃气轮机排气温度和流量扰动下系统热力学参数响应特征,对比不同负荷跟随控制策略,确定超临界CO2余热利用系统变负荷过程中最优负荷控制策略。结果表明:在燃气轮机排气温度和流量扰动时,超临界CO2余热利用系统对于燃气轮机排气温度变化更为敏感,其超临界CO2余热利用系统总效率提升是燃气轮机排气流量扰动下的2.64倍。在超临界CO2余热利用系统总负荷由100%降至95%过程中,与超临界负荷跟随及按比例分配策略相比,采用超临界负荷跟随策略具有很好的负荷跟随能力并具有最高的超临界CO2余热利用系统总效率,为超临界CO2余热利用系统参与灵活调峰提供参考。

14 考虑管网热延迟特性的热源调度优化

杨光 , 乔帆 , 王海

2024, 39(10).

[摘要](60) [HTML](0) [PDF 8.11 M](96)

摘要:
为提高能源利用率，改善用户供热体验，集中供热管网的热延迟特性在调度优化时不可忽视。本文提出了热源温度变化的非稳态热力优化(Con1)、单一热源温度的非稳态热力优化(Con2)、考虑时延及其离散度的准稳态优化(Con3)3种热源调度优化方法。Con1是对一段时间进行非稳态热力计算，基于热耗、电耗、用户满意度的综合考虑，结合优化算法对热源供热温度策略进行寻优。Con2则是在Con1的基础上大幅减少了决策变量个数，假设每个热源的供水温度不随时间发生变化。Con3则是在考虑各热力站热延迟离散度的提前下进行准稳态水力热力优化，并将优化的热源热力结果按照热延迟时间向前偏移，期望在不明显增加能耗的前提下，减小各热力站热延迟时间的差距。算例结果表明，Con2的总能耗费用最高且热力站满意度最低。Con3相比Con1热力站满意度仅偏低1.0%且总能耗费用仅高43.05元/h，优化得到的热源供水温度结果偏差在1℃以内，而Con3计算效率显著提高。综上所述，方法Con3可对热源供水温度及流量进行快速优化，同时确保能耗和热用户满意度，减少各热力站的热延迟时间差距，提高调度的方便性和可预测性。

15 基于OH-PLIF技术及CH自发光的三头部燃烧室火焰锋面与火焰结构分析

马洪安 , 单伟 , 许浩 , 宫俊波 , 于博文

2024, 39(10).

[摘要](60) [HTML](0) [PDF 14.41 M](108)

摘要:
使用 OH-PLIF 技术对三头部燃烧室火焰中的 OH 基分布进行测量，获得了不同工况下燃烧室反应区的瞬态火焰结构信息。分析了 OH 基及 CH 自发光荧光强度在不同油气比下的变化趋势。结果表明:航空煤油火焰中间产物 OH 基二维分布结构基本呈现出对称分布，但局部存在不均匀现象，随着油气比的增大，OH 基组分强度值及 CH 自发光荧光强度值明显增大。由于火焰出现联结，XY 截面火焰结构呈“M”型，侧方火焰结构呈“碗”型，XY 截面火焰锋面呈“月牙”形状。随着油气比增加，火焰长度越来越长，而“碗”型火焰宽度 L2变化不大。火焰锋面长宽度均值随油气比增大变化不大，而因为自发光随温度变化较大导致 XZ 截面火焰锋面形状变化较大。

16 叶冠与篦齿参数对末级带冠长叶片叶顶流动与损失的影响

余开拓 , 汪全中 , 罗磊 , 杜巍 , 闫晗

2024, 39(10).

[摘要](57) [HTML](0) [PDF 17.32 M](103)

摘要:
为了研究叶冠与篦齿参数对末级带冠长叶片叶顶流动与损失的影响,选取某300MW重型燃气轮机涡轮的末级带冠动叶为研究对象,采用数值模拟的方法研究了叶顶间隙、出口空腔长度、篦齿数量3个几何参数对末级带冠长叶片流动与损失的影响规律,分析不同几何参数对末级带冠长叶片叶顶流动的影响机理。结果表明：不同叶冠与篦齿参数对末级带冠长叶片流动与损失的影响程度与机理均不同。叶顶间隙变化造成的影响最为显著,叶顶间隙的增大造成叶冠泄漏流量与损失的急剧增大；出口空腔长度的增大造成叶冠内部损失的增大,但却减小了叶冠出口端壁区域的回流区；篦齿数量的增加提高了篦齿对流体的阻碍封严能力,从而降低叶冠出口损失。

17 大涵道比涡扇发动机中介机匣气动性能数值模拟研究

朱伟 , 曹传军 , 刘建

2024, 39(10).

[摘要](68) [HTML](0) [PDF 12.33 M](96)

摘要:
中介机匣是航空发动机中连接低压压气机与高压压气机的过渡通道，决定了高压压气机进口流场的品质，是影响高压压气机性能的关键因素。以民用大涵道比涡扇发动机中介机匣为对象，采用数值模拟的方法对其中的基本流场特征及流动机理进行细致分析；同时，考虑发动机运行的实际工况，针对不同来流马赫数和进气节流比的情况，对中介机匣流动损失开展了对比研究。结果表明:大径向落差中介机匣主要的损失来自于端壁型线曲率及由此带来的压力梯度。支板的下壁面高损失区的影响范围明显高于上壁面损失区，下壁面型线曲率是影响中介机匣性能的关键因素。相同的来流马赫数情况下，中介机匣总压损失系数均随着进气节流比的降低呈递增趋势。相同进气节流比情况下，当来流Ma数低于0.3时，中介机匣损失水平相对较低；然而，随着出口马赫数的增大，中介机匣总压损失随来流马赫数的增加呈现先降低后增加的趋势。

18 汽轮机调节阀气流低频脉动机理研究

侯章瑛 , 何峥梁 , 殷海东 , 黄典贵

2024, 39(10).

[摘要](65) [HTML](0) [PDF 9.55 M](103)

摘要:
以某核电站汽轮机主调阀为研究对象,通过瞬态数值模拟计算,研究在小开度状态下主调阀关键部位的低频脉动机理。分析当阀门压比从较大值逐渐降低时阀腔内气流流动结构变化以及阀芯和管道处压力波动脉动频谱特性。结果表明,阀门小开度大压比工况下,蒸汽为附壁流动,壁面气流脉动幅值极低。当压比减小到接近临界分离压比附近,流场仍为附壁流动状态,但蒸汽射流开始出现交替性膨胀压缩的特征。当压比降低到临界分离压比以下时,蒸汽射流呈现出一侧分离,另一侧附壁的流动状态,且两侧射流均在附壁和分离状态之间不断交替,这种流动状态极其不稳定。当压比继续降低到一定程度后,气流经过阀芯喉部后可以形成相对稳定的分离射流状态。

19 基于神经网络的多参数气膜有效度模型研究

胡家兴 , 任晓栋 , 胡博 , 顾春伟

2024, 39(10).

[摘要](56) [HTML](0) [PDF 12.62 M](90)

摘要:
气膜冷却是燃气轮机高温透平中重要的冷却方式,其冷却效果受到多参数的影响。本文采用BP及LSTM神经网络方法,建立了兼顾气膜孔的孔型、孔倾角、侧倾角、相对曲率强度、吹风比、孔位置以及相对流向位置等多参数影响的单排孔曲面气膜冷却系统侧向平均绝热气膜冷却效率(气膜有效度)预测模型。采用试验数据校核验证的CFD数值模拟方法,以燃气轮机透平叶片气膜冷却的实际运行工况为范围建立了数据库。模型预测结果表明：采用LSTM神经网络训练得到的模型在拟合精度上要优于BP神经网络,但训练时间成本较高；基于LSTM神经网络的多参数气膜有效度模型具有较强的预测能力和泛化能力,可为气膜冷却优化设计提供有效的工具。

20 离心压气机叶片前缘形状对燃气涡轮起动机性能的影响[ ]

樊小倩 , 黄松 , 白杰 , 朱家桢

2024, 39(10).

[摘要](54) [HTML](0) [PDF 9.07 M](90)

摘要:
本文以某燃气涡轮起动机的离心压气机为研究对象，采用试验及数值模拟的方法研究了由于加工导致的圆钝型叶片前缘（圆弧过度的钝头前缘）形状对燃气涡轮起动机整机及部件性能的影响。试验结果表明:圆钝型前缘的离心压气机使起动机整机的正常起动时间变长11.6%，失效起动输出轴脱开转速降低10.7%，最大输出功率减小16.8%，起动机性能显著下降。进一步采用数值手段研究了两种圆钝型前缘对离心压气机部件性能的影响，数值结果表明:圆钝型叶片前缘导致压气机堵塞流量下降，最高压比下降，峰值效率下降，主要归因于压气机叶片附面层损失及尾缘流动损失增大。总之，离心压气机圆钝型前缘形状通过影响压气机部件性能改变了燃气涡轮起动机整机匹配点，影响了整机性能。

21 蒸汽发生器水位自适应滑模控制策略研究

刘轶 , 郭晓杰 , 柯志武 , 周宏宽

2024, 39(10).

[摘要](86) [HTML](0) [PDF 4.40 M](94)

摘要:
针对蒸汽发生器负荷扰动恶劣、运行工况多变以及虚假水位效应导致的控制性能恶化问题，提出了一种蒸汽发生器水位自适应滑模控制策略。基于可移动边界理论，建立了蒸汽发生器非线性动态模型，分离出了蒸汽发生器水位、蒸汽流量和给水流量的对应关系，设计了一阶积分滑模面和滑模控制律，在此基础上考虑了水位测量误差影响，设计了水位自适应估计律，根据李雅普诺夫理论验证系统稳定性，通过仿真测试表明所设计的蒸汽发生器水位自适应滑模控制策略具有更优的性能，水位最大超调量和稳态控制偏差均最小，分别为1.3%和0.1%，具备应对工况变化和负荷扰动的适应能力，提升了自适应滑模控制系统的变工况响应能力和抗扰动鲁棒性。

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