2024年第39卷第12期文章目次

朱海波 , 缪维跑 , 范士杰 , 李春 , 岳敏楠

2024, 39(12).

[摘要](161) [HTML](0) [PDF 27.43 M](214)

摘要:
风力机叶片质量的急速增加已成为限制其大型化发展的主要因素之一。为减少叶片质量,论文借鉴植物叶脉分布特征提出一种新型仿生叶片。通过有限元方法建立具有仿生叶脉内肋结构并进行相应铺层设计获得轻量化叶片,基于流固耦合方法验证叶片在不同偏航角极端环境下的结构性能,结果表明：仿生叶片可在保证结构刚度、极限强度和稳定性方面性能与传统叶片相近的前提下减轻6.6%的重量；仿生叶片的内肋结构有助于增强叶片结构刚度,减小叶片叶尖形变量,且有助于降低叶片表面最大应力,但腹板最大应力略有增加；仿生叶片因除去尾缘加强材料导致偏航-15°极端风载荷下的抗屈曲性能略有降低,但总体仍在安全范围内。

2 风波联合作用下单柱式漂浮风力机气水动耦合分析

朱海波 , 黄浩达 , 缪维跑 , 李春 , 岳敏楠

2024, 39(12).

[摘要](97) [HTML](0) [PDF 9.98 M](153)

摘要:
针对传统海洋工程水动力分析软件不能耦合叶片气动载荷、风波载荷以及涡尾迹效应，建立以OC3-Hywind单柱式平台为基础的NREL-5MW海上风力机整机模型,运用计算流体力学软件STAR-CCM+,结合流体体积函数方法与动态流体相互作用模型实现气动-水动-系泊全耦合动力学分析。研究发现：所采用的计算流体力学方法能够有效捕获塔影效应对转子气动性能造成的影响,且气动与水动响应结果较单部件计算结果均在合理范围内；流场可视化结果表明在风波联合作用下,涡管上的附着涡不断从涡管表面脱落,并与塔架后方尾涡相互作用,加剧了FOWT流场的复杂性。研究结果为单柱式海上漂浮风力机全耦合分析提供参考。

3 基于正交试验微圆柱垂直轴风力机数值研究

吴洪 , 叶舟 , 余豪

2024, 39(12).

[摘要](99) [HTML](0) [PDF 9.79 M](174)

摘要:
为提高垂直轴风力机运行效率，在翼型附近布置随相位角变化而主动运动的微圆柱。以NACA0021为基础翼型，采用正交试验方法对微圆柱的直径、移动距离及距弦长距离三种参数进行优化组合。通过CFD数值模拟分析主动式微圆柱对垂直轴风力机的流动控制机理。结果表明:微圆柱移动距离是影响垂直轴风力机气动性能主要因素，且当微圆柱直径为0.03c、移动距离为0.2c及距弦长为0.2c时效果最佳；主动微圆柱在中低尖速比下作用效果更明显，并能显著抑制流动分离现象，同时升高叶片转矩，进而提高垂直轴风力机气动性能。

4 360MW机组贫煤锅炉燃用高挥发分煤种的研究与工程应用

曹嘉乐 , 欧妙 , 徐林林 , 高振 , 彭炯兰 , 班金城 , 林立 , 丘纪华 , 孙路石

2024, 39(12).

[摘要](115) [HTML](0) [PDF 1.63 M](170)

摘要:
为适应某电厂360MW机组贫煤锅炉安全高效燃用高挥发分煤种的要求，本文在煤质分析和热重实验基础上分析了拟燃用煤种的着火、燃尽和结渣等燃烧特性，通过对机组制粉、燃烧、风烟等主要系统设备的燃料适应性研究，提出了“钢球磨煤机炉烟干燥-乏气/热风复合送粉技术”改造方案。热态试验结果表明，技术改造后机组系统设备可依据燃用煤质实现灵活切换，显著提升了机组燃料适应性。在全烧烟煤及烟煤/褐煤煤种的不同负荷工况下，机组各系统运行安全稳定，各运行参数均满足设计要求，锅炉热效率达到92%以上，炉膛出口NOx浓度大幅下降，实现了机组40%负荷下稳燃要求，技术改造取得了显著的安全、经济、环保效果，研究成果对我国大型贫煤锅炉燃用高挥发煤种的技术应用具有重要的理论借鉴和工程参考意义。

5 汽轮机旁路供热系统运行安全保护策略研究

王维萌 , 司派友 , 董伟 , 宋亚军

2024, 39(12).

[摘要](120) [HTML](0) [PDF 1.39 M](191)

摘要:
为提高热电联产机组深度调峰工况下的供热稳定性及安全性,本文首先以某35万千瓦超临界燃煤机组为例,分析了旁路供热改造对汽轮机本体及旁路系统的安全边界影响,然后提出了应用于热电联产机组供热高、低旁阀组的联动控制及连锁保护逻辑方案。该方案在高、低旁阀组的供热调节过程中实现了安全参数等级限制,并按报警、闭锁、超驰、保护分级别连锁高、低旁阀动作,同时还考虑了特殊工况下各调节阀的自动与手动切换条件。通过在案例机组的实际应用,该方案有效提高了旁路供热系统运行的安全可靠性,保证机组电负荷降至120.7MW时供热抽汽量仍可达到352.1t/h,增强了机组的深度调峰及热电解耦能力。

6 基于混沌信息增强的风力机轴承智能故障诊断

苏欢欢 , 孙康 , 赵凯程 , 李春 , 闻麒 , 岳敏楠

2024, 39(12).

[摘要](95) [HTML](0) [PDF 20.38 M](193)

摘要:
复杂工况下风力机机械部件存在振动损伤识别困难,故障信号特征依赖人为经验提取等问题。通过完全自适应噪声集合经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)方法处理原始信号,通过Pearson系数筛选特征信号,基于混沌理论运用相空间重构方法以获取更为纯净信号,将重构信号输入卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)实现故障特征提取。结果表明：在不同的信噪比下,该诊断模型与现有方法对比,针对不同类型轴承故障具有更高的识别准确率,且具有良好的泛化性和鲁棒性,可为风力机机械部件的健康监测与管理提供参考。

7 基于一体式氨裂解制氢的船舶SOFC发电系统特性研究

马翼 , 洪沛然 , 吕小静 , 翁一武

2024, 39(12).

[摘要](80) [HTML](0) [PDF 11.88 M](172)

摘要:
针对未来船舶发电系统紧凑、无碳化的发展要求,本文提出一种新型肋片式氨裂解制氢/催化燃烧一体器,基于此设计高效紧凑的氨燃料船舶固体氧化物燃料电池发电系统,并构建其详细的数学模型进行理论分析与实验验证,同时研究了系统变工况下发电特性与参数影响规律。结果表明,所设计的系统输出功率96 kW且效率为57.92%,满足目标船舶负载要求。变工况下阳极尾气循环比例影响最大,当循环比例从0增大到10%时电压升高0.08V,其次氨氧比,当其值从0.31增大到0.53时电压升高了0.04V,燃料利用率影响最小。从发电系统中400℃~750℃的热环境氨制氢实验特性表明,当温度大于678℃时可实现100%制氢,不仅验证了模型可行性,也为发电系统氨裂解制氢参数调节提供支撑。研究结果为船舶绿色发电系统提供理论基础。

8 分级比对中心分级旋流燃烧室燃烧流场特性影响

曹峻源 , 邸东 , 徐龙超 , 颜应文

2024, 39(12).

[摘要](94) [HTML](0) [PDF 17.46 M](167)

摘要:
以中心分级旋流燃烧室为研究对象，采用试验研究和数值模拟相结合的方法，研究了相同总当量比下不同燃料分级比对燃烧室流场和燃烧特性的影响规律。采用PIV获得燃烧室冷态流场结构，利用热电偶测量得到燃烧室出口温度分布，使用可协调半导体激光吸收光谱技术（TDLAS）得到燃烧室空间的温度分布及脉动。研究结果表明，燃料分级比对燃烧室的流场特性和燃烧特性影响很大，预燃级当量比越低，燃烧室出口径向温度分布越平坦，随着预燃级燃料的增多，预燃级轴向速度增大，中心温度变高；当仅为预燃级提供燃料的扩散燃烧时，燃烧室内的掺混较差，温度脉动较大，当主、预两级同时提供燃料，会明显降低燃烧室内温度脉动；随分级比增加，出口温度分布系数、CO和NO排放逐渐升高。

9 基于改进YOLOv8的燃气轮机涡轮叶片表面缺陷检测算法

刘忠强 , 王岩 , 郝晟功 , 杨岸宁

2024, 39(12).

[摘要](97) [HTML](0) [PDF 9.27 M](163)

摘要:
针对采用工业内窥镜对燃气轮机涡轮叶片进行表面缺陷检测效率较低的问题,提出一种基于改进YOLOv8的涡轮叶片表面缺陷检测算法。首先,在主干网络中引入可变形卷积,设计了C2f_DCNv3模块,以提高模型的特征提取能力；其次,加入Shuffle Attention注意力模块,进一步提升模型检测精度；此外,在特征融合部分设计了GSCSP模块,降低模型的计算量并提高对小目标的检测能力；最后,建立了涡轮叶片表面缺陷数据集,用于模型的训练与测试。实验结果表明,改进后的模型对于缺陷检测的平均精度均值达到92.3%,比YOLOv8原始模型提升了2.1%,且参数量和计算量分别下降了13%和17%。在与其他算法的比较中,本研究的算法也取得了更好的检测效果,更适用于对涡轮叶片表面缺陷的检测。

10 基于材质安全的超临界锅炉深度调峰适应性评定研究

龙会国

2024, 39(12).

[摘要](182) [HTML](0) [PDF 10.77 M](266)

摘要:
采用滑压运行方式，在180MW～600 MPa工况范围内,对某600MW超临界锅炉深度调峰不同负荷工况下受热面管壁温脉动特性进行了实验研究。根据实验数据分析了负荷工况与壁温脉动的影响,并将壁温脉动振幅率对超临界锅炉受热面运行安全稳定性进行了评估。结果表明，随着调峰负荷降低，整体受热面管内工质流量及压力降低，受热面管工质脉动周期及脉动振幅增大，受热面管壁温脉动周期及壁温相应变化，当降至临界负荷时，受热面管工质脉动周期及脉动振幅显著增加，传热恶化，导致管壁温脉动周期及振幅显著增加，受热面管存在脉动性超温。临界负荷至机组最大出力为深度调峰区间，通过对影响深度调峰关键部件材质优化或运行优化，可适当提升锅炉深度调峰能力。

11 超超临界机组深度调峰控制优化

庄义飞 , 曲晓荷 , 陈小勇 , 任振华

2024, 39(12).

[摘要](96) [HTML](0) [PDF 5.30 M](169)

摘要:
目前超(超)临界火电机组深度调峰已成常态,针对大容量机组控制策略不完善及参与深度调峰运行过程中存在的水动力安全等方面问题,设计了基于主参数约束的自适应变负荷速率控制、低负荷煤水控制等优化策略。在优化策略部署后,按照行业规程开展了30%～50%额定负荷区间的负荷变动试验,在低负荷运行期间,机组自动控制连续投入,各项过程参数指标良好。测试结果反映相关控制方案能够有效提升机组灵活性调节品质,对其它机组深度参与灵活调峰具有一定的参考意义。

12 基于拖船的并联式气电混合动力系统能量流解耦及优化控制

张风林

2024, 39(12).

[摘要](88) [HTML](0) [PDF 12.30 M](159)

摘要:
并联式气电混合动力系统存在部件间耦合严重、能量控制策略复杂等问题。为使系统多部件协同工作,提高系统能量效率,针对并联式气电混合取拖船作为推进系统研究载体,通过仿真建模方式,对混合动力系统部件解耦分析,设计基于蚁群算法的能量管理策略,使系统多部件协同工作。结果表明：相比于基于规则的能量管理策略,推进系统在基于蚁群算法的能量管理策略下的拖船航速跟随性提高了73%；平均能量效率提高了0.7%；等效气耗节约了8.3%。实现了混合动力系统参数准确控制,提高了系统能量效率,为气电混合动力系统大规模普及应用提供了技术支持。

13 基于3SE模型的IC10合金涡轮叶片热机械疲劳寿命预测

吴云伍 , 刘一雄 , 王威 , 李莹 , 耿瑞 , 韩方军

2024, 39(12).

[摘要](99) [HTML](0) [PDF 7.00 M](173)

摘要:
航空发动机涡轮叶片的热机械疲劳寿命的快速准确预测，是提高发动机安全性和可靠性的关键问题之一。以IC10合金涡轮叶片为研究对象，基于晶体塑性理论，建立了弹塑性本构关系和三参数幂函数能量法寿命预测模型。根据真实涡轮叶片载荷条件，确定叶片热机械疲劳寿命薄弱位置为叶根处气膜孔，并设计了薄壁模拟件开展数值模拟和试验研究，获取了4种热机械疲劳载荷条件下的应力-应变关系和寿命。结果表明：以晶体塑性理论为基础的各向异性本构？？能够很好地表征IC10 合金的弹塑性应力-应变关系，计算得到的薄壁圆管试验件的热机械疲劳寿命与试验结果基本一致，在2倍误差带以内，所构建的三参数幂函数能量法模型具有参数少、易获取的优势，可为复杂结构涡轮叶片热机疲劳寿命设计提供一定的参考。

14 基于数据协调的燃气轮机气路诊断方法研究

敖冉 , 曹云鹏 , 任得志 , 李淑英

2024, 39(12).

[摘要](107) [HTML](0) [PDF 4.64 M](151)

摘要:
在燃气轮机气路诊断方法中，通常用热力模型获得气路部件特性参数的偏移描述气路性能退化。由于在线测量数据误差的存在，实机测量数据与热力模型仿真数据具有一定偏差，这种局限性限制了精确气路诊断的实现。为了更准确地诊断燃气轮机的气路性能退化，本文提出了一种基于数据协调的燃气轮机气路诊断方法，构建数据协调方程与仿真值和测量值均方误差相结合的目标函数，以数据协调值代替原本的仿真值，采用粒子群优化算法（PSO）获得部件特性参数偏移的精确解。利用仿真模拟的退化故障案例，开展了气路诊断仿真试验，试验结果表明该方法最大相对偏差小于0.96%，优于传统无数据协调的气路诊断方法。

15 基于改进生成对抗网络与深度迁移学习的末级过热器超温故障诊断方法

曹熠云

2024, 39(12).

[摘要](101) [HTML](0) [PDF 12.65 M](168)

摘要:
末级过热器管壁频繁超温且机理复杂,快速准确地追溯机组超温原因,有助于从源头解决超温问题,对电厂的安全运行有重要意义。为此,本文提出基于改进对抗生成网络与深度迁移学习的末级过热器超温诊断方法。首先,通过格拉姆角差场GADF编码将SIS系统中的关键特征变量转换为二维图像,以适配迁移学习模型；其次,利用改进对抗生成网络CWGAN生成高质量图像样本,以显著提高Xception网络在稀疏不平衡源域中的泛化能力；最后,微调在源域机组上预训练后的Xception网络,并将其迁移到稀疏不平衡的目标域机组中。以某在役的两台600MW超临界机组末级过热器为对象进行验证,结果表明,本文所提方法的平均准确率达到了99.03%,相较于传统深度学习方法,该方法的收敛速度更快、准确率更高,实现了对目标域机组末级过热器超温的快速诊断。

16 正癸烷燃烧骨架反应机理构建与验证

李延吉 , 马婕 , 曾文 , 常亚超

2024, 39(12).

[摘要](86) [HTML](0) [PDF 11.35 M](169)

摘要:
为了研究航空煤油中正癸烷燃料的氧化和燃烧特性，减少机理规模，本文对其开展了化学反应动力学机理的系统简化。首先，采用基于反应类的全局敏感性分析法及路径敏感性分析法，结合产率分析法，识别正癸烷大分子子机理中的关键反应类并选出其中具有代表性的反应；其次，基于解耦法，将骨架子机理与C0-C3子机理耦合，形成正癸烷的初始骨架机理；最后，利用遗传算法在不确定度范围内针对点火延迟时间和燃料、CO、CO2摩尔浓度对燃料子机理的反应速率系数进行优化，提高骨架机理的准确性，最终得到一个包含48种组分和209个化学反应的正癸烷骨架机理。计算结果表明，该机理在较宽的工况范围内对正癸烷燃烧过程中层流燃烧速度、着火延迟时间与重要组分浓度的预测具有较高的准确性。

17 某燃气轮机压气机过渡段优化设计及试验验证

汪作心

2024, 39(12).

[摘要](98) [HTML](0) [PDF 7.20 M](178)

摘要:
某燃气轮机整机试验过程中,压气机部分存在高压压气机效率偏低的问题,且高、低压压比分配与设计情况存在偏差。经分析,低压压气机与高压压气机径向落差大,导致中间的过渡段内损失较大,进一步导致高压压气机进口流场品质较差,可能是高压压气机效率较低的主要原因。针对该情况,将过渡段内、外壁型线参数化,用两段四次曲线表示,在大范围内寻优,同时优化支板结构,进一步降低气流流动分离,最终确定优化方案。经流场分析发现,过渡段内壁面逆压力梯度流动会影响壁面边界层的发展,导致局部流动分离,引起较强的径向掺混,是过渡段内损失产生的主要原因,优化方案通过将逆压流动位置前移的设计,进行流动控制,降低总压损失。为验证方案的有效性,单独针对改进方案进行了吹风试验,结果表示,优化后过渡段内的流动总压损失降低至原来的18%,优化方案极大的改善了过渡段内的流动分离情况。

18 涡轮叶片缩扩蜿蜒通道流动换热特性研究

张鸿磊 , 李广超 , 李展鸿

2024, 39(12).

[摘要](87) [HTML](0) [PDF 28.59 M](192)

摘要:
为研究涡轮叶片缩扩蜿蜒通道的流动换热特性变化规律,采用瞬态液晶测温技术与数值仿真相结合的方法,分析入口雷诺数为Re=2~5×10₄^{及缩扩比分别为}s/k=2:5,3:5,4:5,5:5时缩扩蜿蜒通道与添加导流片通道的流阻及换热性能。结果表明：缩扩蜿蜒通道与添加导流片通道换热能力随着缩扩比的减小均呈现升高趋势。缩扩蜿蜒通道阻力系数普遍高于导流片通道,导流片通道随雷诺数增加阻力系数基本不变,变化幅度保持在1%~5%,当Re=2×10₄^,s/k=5:5时导流片通道阻力系数相比缩扩蜿蜒通道下降了59.46%。导流片通道综合热力性能强于缩扩蜿蜒通道,过高或过低缩扩比都会降低综合热力性能,最高的综合热力性能出现在Re=2×10₄^,s/k=3:5时的导流片通道TPF=0.87。综上所述,蜿蜒缩扩通道在未来涡轮叶片内冷通道设计方面具有一定参考价值。

19 火电机组变负荷过程热耗率特性分析与修正方法研究

刘维

2024, 39(12).

[摘要](102) [HTML](0) [PDF 4.67 M](182)

摘要:
新型电力系统建设对火电机组运行灵活性提出新要求,使得机组频繁和大幅度负荷调整成为运行新常态。在机组变负荷过程中,基于传统理想化稳态工况假设所计算得到的实时热耗率因受到动态过程复杂因素影响呈现出较大波动性,无法对机组运行经济性进行有效判断。针对该问题,本文以某600MW抽凝机组为研究对象,利用APROS仿真软件平台建立动态模型,进行升降负荷仿真实验。将不同升降负荷速率下机组动态过程的计算热耗率与稳态模型计算结果进行对比,分析机组变负荷过程热耗率动态特性,提出动态热耗率的修正方法,将实时热耗率分为稳态热耗率与动态热耗率偏差,并依据极端随机树(Extra Trees)算法建立动态热耗率偏差预测模型,将稳态热耗率作为机组热经济性评价指标,为火电机组动态过程经济性评价提供新方法。

20 真空飞轮转子强化辐射换热实验研究

鲍炳炎 , 王军 , 余中军 , 阮琳

2024, 39(12).

[摘要](94) [HTML](0) [PDF 5.84 M](159)

摘要:
电机是飞轮储能系统实现电能和动能转换的关键部件，为提高飞轮储能系统效率，电机转子通常在真空环境下运行。然而，在真空环境中，转子产生的热量仅能通过热辐射方式向外传递，且辐射换热强度很低。这使得转子产生的热量难以排散，导致转子温度不断升高，甚至引起磁钢退磁而损坏电机。为此，本文提出了飞轮电机定子侧低温蒸发冷却方案和转子侧高辐射涂层方案，主要探究定子侧低温和转子侧高辐射涂层对于转子温升的影响。通过实验验证所提方案对电机转子辐射换热的强化作用。实验结果表明，定子侧温度降低15℃仅使转子温升降低1℃，对于辐射换热强度的提升效果并不显著。涂覆高辐射涂层后，定子侧温度降低15℃使转子温升降低近3℃，冷却效果显著改善。将定子侧低温蒸发冷却与转子侧高辐射涂层相结合，能够进一步强化辐射换热，获得更好的冷却效果。

21 侧风及填料非均匀布置方式对冷却塔性能的影响

王波 , 梁泓立 , 伊锦昊 , 刘虎

2024, 39(12).

[摘要](95) [HTML](0) [PDF 6.17 M](138)

摘要:
冷却塔是电厂重要的冷端设备,其冷却性能直接影响电厂的循环效率。侧风是冷却塔工作过程中十分常见的一种自然环境条件,其存在可能会破坏冷却塔的通风情况,影响塔内空气动力场分布的均匀性,造成冷却塔工作性能恶化,而对冷却塔内填料采用合理的非均匀布置有助于改善塔内空气动力场,优化冷却塔的工作效果。以某电厂自然通风逆流湿式冷却塔为研究对象,采用数值模拟的研究方法,对侧风条件下填料非均匀布置对冷却塔性能的影响以及最佳布置方式下不同侧风风速对冷却塔性能的影响进行了研究。模拟结果显示,填料区采用非均匀布置可以有效改善侧风条件下塔内通风情况,并降低出水温度。填料区采用分区半径为36.77 m的等间距非等高布置和非等间距非等高布置时,计算出水温度较填料均匀布置时分别降低0.5 K和0.7 K。在该分区半径下,随着风速的增大,冷却塔出水温度呈现先增后减的变化趋势。

22 数值模拟研究进气蜗壳收缩段结构对气动性能的影响

曾令艳 , 陈齐 , 陈慧 , 赵佳诣 , 施奇良 , 张华 , 李新元

2024, 39(12).

[摘要](95) [HTML](0) [PDF 9.08 M](166)

摘要:
为提高重型燃气轮机进气蜗壳的气动性能，采用ANSYS FLUENT2022软件模拟空气在进气蜗壳内流动。首先计算分析原结构收缩段对气动性能的影响，然后提出了一种贝塞尔曲线作为进气蜗壳收缩段型线，并研究了不同贝塞尔曲线参数对气动性能的影响。计算分析主要以出口截面的平均速度不均匀度和总压畸变参数来评价结构优劣，以进口速度25.91m/s，温度16°，湍流强度2.18%作为边界条件进行计算。得出结论：改进结构相比与原结构涡流区域明显减小，平均速度不均匀度降低了54.62%，总压畸变参数降低了43.02%。

23 涡轮叶顶凹槽耦合侧向射流的流动控制特性研究

殷海东 , 刘昊 , 戚乾刚 , 黄典贵

2024, 39(12).

[摘要](102) [HTML](0) [PDF 10.32 M](283)

摘要:
涡轮动叶叶顶间隙导致工质泄漏,使得叶栅流动损失增加。为了减少叶栅流动损失并提升涡轮效率,本文以1.5级Lisa涡轮为研究对象,采用正交优化的方法,通过数值模拟的手段探究了动叶叶顶凹槽耦合射流结构的流动特性,分析了此叶顶结构对于泄漏流的控制机理以及其对涡轮效率的影响。最终得到一种最优的涡轮动叶叶顶凹槽耦合侧壁射流结构,即在动叶叶顶设置凹槽,并在压力侧(PS)侧壁上开设等间距射流孔。研究结果表明,相比传统凹槽耦合展向射流方法,凹槽耦合侧壁射流所需的总射流量降低90%,泄漏流量降低3.9%,且涡轮效率增幅相比其他传统控制方式提升显著,相较于原始涡轮效率提升1.55%。

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