2024年第39卷第5期文章目次

郑伟 , 林鹏 , 乔宝权 , 刘夏杰

2024, 39(5).

[摘要](32) [HTML](0) [PDF 3.76 M](1064)

摘要:
设计核电站硼回收系统蒸发塔小型试验装置，利用分离理论方法分析蒸发塔试验装置对硼酸溶液的分离水平，并在试验装置上进行试验，结果显示：试验结果与计算结果基本一致，证明了理论分析采用的分离方法及模型合理。将该理论计算模型应用到核电站硼回收系统蒸发装置进行分析，结果显示：核电站在役设备设计合理，满足核电站硼回收系统的运行要求且安全裕度较高

2 水轮机位置对Spar式风-流系统动力响应的影响

傅键斌 , 杨阳 , 李春 , 房方

2024, 39(5).

[摘要](19) [HTML](0) [PDF 8.32 M](1028)

摘要:
为研究水轮机安装位置对Spar式风-流互补系统耦合动力学特性的影响，基于开源软件OpenFAST和商用软件AQWA建立了浮式风-流互补系统气动-水动-伺服-弹性全耦合仿真模型，分别计算了水轮机安装于水平面以下70m、80m、90m、100m和110m处的平台运动、系统输出功率及系泊张力，并与无水轮机时的计算结果对比分析。结果表明：当水轮机安装于水平面以下110 m时，比无水轮机时平台纵摇标准差降低了11.58%，系统输出功率增加10.11%。说明浮式风-流互补系统在提升功率的同时，还可以增强系统运动稳定性。

3 两机一塔布局下空冷塔流动换热特性及发电机组热经济性研究

唐隶康 , 马欢 , 司风琪

2024, 39(5).

[摘要](25) [HTML](0) [PDF 18.53 M](1021)

摘要:
为了揭示两机一塔布局下空冷塔流动换热特性对两发电机组运行热经济性的影响，本文通过建立空冷塔三维数值计算模型和机组热力系统一维仿真模型并进行耦合求解，在两机一塔布局下，研究了变环境风速、两机变负荷工况运行下空冷塔的流动换热特性及其与机组运行热经济性的关联关系，结果表明：两机非均等负荷搭配运行会导致空冷塔各方位散热器进气温度冷热不均，削弱静风下空冷塔的通风与散热，但会改善中高风速下塔侧散热器性能并减缓环境风对空冷塔散热的不利影响，且机组负荷越高，机组背压对环境风速的变化就越敏感。在全厂热经济性方面，两机均等负荷搭配运行下两机的总负荷越高，全厂热经济性越优，且整体加权标准煤耗率明显低于相同总负荷下两机非均等负荷搭配运行。

4 冲刷作用下大型单桩式风力机多物理场动力学响应分析

师浩东 , 闫阳天 , 岳敏楠 , 李春 , 牛凯伦

2024, 39(5).

[摘要](16) [HTML](0) [PDF 16.08 M](1029)

摘要:
海上单桩风力机因海流冲刷桩基附近会形成冲刷坑,进而降低桩基埋土深度,影响结构稳定性。为研究冲刷及风-浪-地震载荷对大型海上风力机动力学响应的影响,建立考虑土-构耦合效应的单桩支撑结构有限元模型,对风力机进行时域分析。结果表明：冲刷对风力机高阶模态影响更大；仅有风-浪载荷激励时,随冲刷深度增加,风力机塔架和桩基整个时程曲线不断上移,位移显著增加,塔架和桩基主要运动都发生在湍流风来流方向；在风-浪-震载荷联合激励下,塔架和桩基动力学响应有所差异,当冲刷深度较小时,风力机塔架位移逐渐增加,但随着冲刷深度增加,塔架位移反而逐渐减小,而桩基位移随冲刷深度增加一直减小；风力机受风-浪-震载荷作用下各冲刷深度塔架和桩基位移相较于风-浪载荷时都有所增加。

5 某150MW塔式光热电站熔盐管道开裂原因

史志刚 , 冯铁玲 , 董红年 , 崔雄华 , 何晓东

2024, 39(5).

[摘要](19) [HTML](0) [PDF 8.90 M](1030)

摘要:
某150MW塔式光热电站的熔盐管道发生开裂泄漏，通过宏观形貌观察、化学成分分析、拉伸性能试验、冲击性能试验、维氏硬度试验、金相分析、断口形貌分析、微区成分等方法分析了管道的开裂原因。结果表明：熔盐管道的失效模式属于热疲劳开裂，起源于角焊缝根部的管道外壁熔合区；在管道介质温度变化过程中，护板与管道间产生温差及轴向胀差，导致角焊缝根部由于角焊缝的约束引起的交变热应力作用下产生疲劳损伤，损伤累积到一定程度萌生裂纹、裂纹扩展至裂透熔盐泄漏。

6 基于热流固耦合仿真的高压涡轮叶片寿命评估

范满意 , 陈祎凡 , 孔祥兴 , 韦婷婷 , 张会生

2024, 39(5).

[摘要](39) [HTML](0) [PDF 5.90 M](1037)

摘要:
针对发动机热端部件工作环境恶劣,存在寿命评估困难的问题,提出一种基于有限元和神经网络联合模型的高压涡轮叶片寿命评估方法,深入研究叶片的服役损伤规律,准确预测叶片剩余寿命对发动机运行的安全性具有重要意义。从机理分析角度出发,利用热流固耦合仿真技术分析并考虑疲劳蠕变的交互作用,采用基于交互损伤相互作用因子的时间-寿命分数法开展高压涡轮叶片寿命预测模型的研究工作。为提高寿命预测的快速性和经济性,在有限元分析的基础上,结合神经网络预测技术建立以等效运行时间为输出量的涡轮叶片寿命评估数学模型,利用有限元软件计算得出100组数据进行网络训练与初步验证。有限元技术与神经网络联合模型搭建完成后, 将实际机组运行数据输入网络模型, 计算出叶片寿命预测结果。预测结果与国外商用软件的剩余寿命评估指标进行对比,一级静叶和一级动叶的等效运行时间相对误差分别在1%和3%以内,预测模型能够利用有限元原理与神经网络二者的优势,从而为快速准确预测叶片剩余寿命提供一种新方法。

7 基于mRMR与多级LSTM网络的火电机组响应AGC调控能力评估

郝晓光 , 金飞 , 张文彬 , 张庆浩

2024, 39(5).

[摘要](22) [HTML](0) [PDF 4.22 M](1036)

摘要:
随着新能源发电的比例不断增加,火电机组响应AGC的调节过程对电网频率安全的影响越来越大,因此,火电机组响应AGC调控能力的准确预测对电网的安全稳定运行非常重要。本文提出一种基于特征提取和多级深度学习的火电机组响应AGC调控效果的预测框架,首先采用最大相关最小冗余算法(minimum redundancy maximum relevance, mRMR)对机组运行数据进行特征提取,获得影响AGC调控效果的相关变量集。其次采用多级长短期记忆神经网络(multi-stage long short term memory, mLSTM)模型对实发功率进行预测,得到未来一段时间的功率曲线图,结合功率指令曲线计算AGC调节能力指标。使用某600MW机组实际运行数据进行验证,预测偏差在10MW以内。结果表明：本文所提方法可有效实现对火电机组出力的预测,进而精确评估深度调峰下火电机组AGC调控能力,为电网安全稳定运行提供技术支撑。

8 燃气轮机高压涡轮盘超速预应力试验研究

孙彦博 , 田强 , 何建元 , 秦鹤勇

2024, 39(5).

[摘要](22) [HTML](0) [PDF 9.06 M](1025)

摘要:
为了降低涡轮盘的服役应力,提高涡轮盘的寿命和可靠性,对加工过程中未去应力的涡轮盘试验件进行超速预应力试验,并对试验前后的轮盘试验件进行残余应力测试。研究表明：超速预应力试验可以对轮盘的关键部位(盘心)预制残余压应力,残余周向应力计算值与测量值相比,误差为9.2%；超速预应力试验可以降低轮盘表面的残余应力,与试验前相比残余周向应力最大降幅达58%；超速预应力试验可以提高轮盘的服役寿命,与试验前相比寿命预测提升一倍。

9 转速对可倒车涡轮鼓风损失及性能研究

蒋振宇 , 赵天笑 , 吴磊 , 廖宇楠 , 高杰

2024, 39(5).

[摘要](15) [HTML](0) [PDF 10.17 M](1036)

摘要:
为研究涡轮反转鼓风损失的影响因素,掌握可倒车动力涡轮反转鼓风损失控制策略与控制方法,以某船用可倒车动力涡轮为例,建立了计算模型。在1.0工况下以额定转速n为基础,分别计算了0.6n、0.8n、1.0n、1.1n转速下可倒车动力涡轮产生的鼓风损失,并分析对比了4种转速下可倒车动力涡轮的性能及鼓风损失的变化。同时对比研究不同旋向倒车涡轮内部流场,分析鼓风损失对流场参数的影响。由于可倒车动力涡轮自身的特殊结构,倒车涡轮叶型与正车涡轮叶型相反,正车涡轮正转时(即倒车涡轮反转)会不可避免地产生鼓风损失,这部分损失会消耗机组的功率。本文以功率作为鼓风损失的衡量标准,研究表明：机组正车运行时,倒车涡轮会产生鼓风损失,造成倒车级内流场参数出现异常,如出口压力高于进口压力、动叶栅的温升现象、输出功率为负等。1.1n转速下因鼓风产生的损失最高,损失占比也是最高,对比1.0n转速,效率相差不大,损失占比较1.1n转速低,机组输出功率高,考虑到实际,当效率相差不大时,功率为首选项,1.0n转速为机组最佳运行状态。

10 特斯拉涡轮技术研究进展综述

吴嘉诚 , 王星 , 朱阳历 , 李文 , 徐玉杰 , 陈海生

2024, 39(5).

[摘要](32) [HTML](0) [PDF 2.90 M](1038)

摘要:
特斯拉涡轮是一种无叶片的涡轮,主要利用高速工质的粘性推动圆盘做功,实现工作介质的能量转换。特斯拉涡轮具有结构简单、制造成本低和具有自清洁性的特点,因此可应用于多种工作介质,并在非常规应用领域可以发挥出独特优势。随着新型能源系统的发展,特斯拉涡轮相关研究日益增多,为进一步探索特斯拉涡轮的应用潜力,本文分别从机理研究、优化设计、应用研究和性能水平现状四个方面对特斯拉涡轮相关研究进行了全面综述,整理了特斯拉涡轮的流动机理,总结了特斯拉涡轮主要的数学模型,回顾了研究者开展的优化设计研究,归纳了特斯拉涡轮主要的应用领域,获得了现有特斯拉涡轮的效率和功率范围,并指出后续需要开展的理论研究和优化设计方向,为特斯拉涡轮的进一步改进和应用推广提供参考。

11 基于SLM增材工艺的涡轮预旋喷嘴结构优化设计与有限元分析

谢晋

2024, 39(5).

[摘要](19) [HTML](0) [PDF 9.46 M](1024)

摘要:
航空发动机涡轮预旋喷嘴组件是用于降低进入涡轮的冷却气流相对总温的重要热端功能部件,由多个零件组成,其结构复杂,内部流道加工困难,制造周期长,重量大且加工成本高,是目前航空发动机制造急需解决的难点之一。本文根据涡轮预旋喷嘴组件的结构和加工特性,基于选区熔化制造技术(SLM)对其进行一体化设计、适应增材制造工艺的结构优化设计,并对预旋喷嘴的增材制造过程进行有限元分析,探究预旋喷嘴最优成型方向和零件在增材制造中的变形情况以及空心叶片最佳壁厚,为后续增材制造工艺提供参考。经过评估和后期制造表明,可获得17.08%的轻量化效果,流量偏差由12%优化为5%,缩短了制造周期,达到了轻量化和改善性能的目的。

12 GE公司9FA型燃气轮机热力计算及分析

张继宏 , 贺轼 , 李国伟 , 陈华冠

2024, 39(5).

[摘要](33) [HTML](0) [PDF 3.15 M](1045)

摘要:
为分析燃气轮机热力参数设计并优化运行调控手段,对美国通用电气公司PG9351FA型燃气轮机机组设计工况建立了热力模型,模型分为标准工况模型和透平逐级膨胀模型。模型考虑压气机进气湿度和气体比热随温度的变化情况,模型输出包括燃料、空气和燃气的气体性质、机组燃料量、冷却空气量、一级静叶冷却空气量、当量透平前温、压气机效率等关键参数。结果表明:两种模型计算误差在工程可接受误差范围内；F级燃气轮机冷却空气量占比接近20%,其中一级静叶冷却空气量达总冷却空气量50%以上；空气、燃料和ISO模型燃气比热比分别为1.3885,1.2516,1.3049,透平各级燃气比热比分别为1.2899,1.3085,1.3224。研究结果对F级燃气轮机的热力设计具有一定参考意义。

13 基于PSO-IWOA改进算法的CFB锅炉燃烧系统建模

王琦 , 刘祥 , 张静 , 荆蕊蕊

2024, 39(5).

[摘要](21) [HTML](0) [PDF 8.51 M](1023)

摘要:
建立循环流化床(Circulating Fluidized Bed,CFB)锅炉燃烧系统的精确模型对提高锅炉燃烧系统控制性能尤为重要。针对现有建模方法需要调节参数过多、精度不足的问题,提出一种粒子群改进鲸鱼算法(Particle Swarm Optimization Improved Whale Optimization Algorithm,PSO-IWOA)的建模方法,即利用混沌映射初始化种群,采用动态螺旋更新、改进收敛因子、引入粒子群自适应惯性权重,提高算法的全局搜索能力、收敛速度和寻优精度。使用PSO-IWOA算法对CFB锅炉燃烧系统进行建模,并进行模型有效性验证。实验结果表明,PSO-IWOA算法能建立较为准确的燃烧系统模型,为系统模型的快速辨识提供了新方法。

14 基于TPMS的空-油换热器流动和传热特性研究

杨晓军 , 张雪丽 , 李国良

2024, 39(5).

[摘要](55) [HTML](0) [PDF 22.29 M](1035)

摘要:
采用换热器降低冷却空气温度是提高航空发动机性能的有效途径。为了提高换热器性能,需要对三重周期极小曲面(TPMS)在换热器上的应用进行分析。本文采用数值仿真的方法,研究在航空发动机工作条件下5种TPMS换热器的流动换热特性,分析对传热系数和压降的影响,总结出了空气侧和燃油侧的摩擦系数和努塞尔数与雷诺数的关联式,并与螺旋套管(TTHC)换热器进行对比分析。结果表明:在传热性能方面,沿横向距离变化,TPMS换热器传热系数呈周期性变化,在冷侧,TPMS换热器的努塞尔数排列顺序为Primitive>I-WP>Gyroid>Diamond>Fischer-Koch S。在阻力性能方面,I-WP换热器摩擦系数最低,压降损失最小。与TTHC换热器相比,5种TPMS换热器流动情况更加复杂,努塞尔数和摩擦系数均得到提高,I-WP换热器摩擦系数提升的最低为0.705,Primitive换热器努塞尔数系数提升的最高为833.66。

15 燃准东煤锅炉水冷壁灰沉积特性研究

张文超 , 胡丽娜 , 程泽宁 , 丁琦恒

2024, 39(5).

[摘要](37) [HTML](0) [PDF 15.41 M](1028)

摘要:
摘要：为了优化炉内燃烧，降低水冷壁结渣，本文以新疆准东五彩湾北一电厂660MW超超临界燃准东煤四角切圆锅炉为研究对象，在气固两相燃烧模型的基础上，加载编写的udf程序，耦合飞灰颗粒沉积模型，对锅炉辐射受热面的灰颗粒沉积分布情况进行数值模拟研究，结果可为电厂吹灰提供理论指导。结果表明：(1)在75% THA工况下，炉膛26m～29m和32m～35m的高度区间里受热面的灰颗粒沉积速率最大。(2)炉膛四墙的分布具有相似性，沿着锅炉宽度和深度方向，中间灰颗粒沉积速率最大，并且向两边逐渐减少。(3)随着负荷增大，壁面灰颗粒沉积速率增加，沉积范围变大。

16 风扇轮毂泄漏对大涵道比涡扇发动机增压级特性的影响

李艾挺 , 杨小贺 , 刘世文

2024, 39(5).

[摘要](13) [HTML](0) [PDF 14.79 M](1025)

摘要:
为研究大涵道比涡扇发动机风扇出口轮毂流路的气体泄漏对增压级内涵特性的影响，构造了多种简化的轮毂气体泄漏三维计算模型，通过三维数值模拟对比分析了泄漏流量、泄漏缝位置、泄漏缝大小、泄漏气体温度对增压级内涵特性及流场的影响。结果表明，轮毂流路的气体泄漏对增压级入口气流造成了阻塞，使入口导叶根部的流速、总压亏损，S0入口攻角增大，二次流增强，增压级的流量、压比、效率、裕度特性下降。泄漏流量、泄漏缝位置、泄漏缝大小、泄漏气体温度均对增压级特性有一定影响，其中泄漏流量对增压级特性的影响最为显著，当泄漏流量由0.7%增加到1.5%，增压级流量下降3.87%，压比下降1.52%，效率下降0.98个百分点，裕度下降10.8个百分点。

17 辅助通风湿式冷却塔热力性能的变工况研究

刘军 , 张冲 , 刘鹏飞 , 李智杰 , 杨捷钢 , 陈学宏

2024, 39(5).

[摘要](14) [HTML](0) [PDF 7.92 M](1030)

摘要:
进风口辅助通风是提高湿式冷却塔热力性能的一种有效方法。为探究变运行工况对于辅助通风湿式冷却塔热力性能的影响，建立了淋水面积为7500m2的辅助通风湿式冷却塔热力性能三维数值计算模型，分析了辅助通风对塔内空气流场及温度场的作用规律，计算了不同循环水流量、淋水密度和环境湿球温度下的冷却塔通风量及循环水温降，并与常规冷却塔进行了对比。研究表明：进风口辅助通风主要提高了风机迎面区域和冷却塔中心区域的通风量，且其对中心区域气水换热的强化作用最明显；辅助通风对整塔通风量的提升量基本在1160~1200kg/s之间，随运行工况的变化程度较小；随着循环水量的增加，辅助通风对循环水温降的增效作用越来越明显，使其最大升高了0.4℃，而进塔水温和环境湿球温度基本不影响辅助通风对循环水温降的增效程度。

18 低阶煤与生物质共热解特性实验研究

董波 , 金晶 , 梁国威 , 顾晨恺

2024, 39(5).

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 16.79 M](1024)

摘要:
为了研究低阶煤与生物质的共热解特性和协同作用机理，采用热重-质谱（TG-MS）联用对杨木、玉米秆分别与淖毛湖煤进行非等温共热解实验。结果表明，低阶煤与生物质共热解中的协同作用与掺混比例和生物质种类有关。淖毛湖煤与杨木的混合比为3:1时，共热解促进了挥发分的释放，半焦产率降低，氢气与甲烷产率低于加权计算的理论值，失重协同作用最显著。淖毛湖煤与玉米秆共热解时，协同作用主要表现为抑制挥发分的释放，提高半焦产率。氧化钙对共热解协同作用影响显著，能够延迟生物质的热解并降低淖毛湖煤的热解温度，增加热解区间的重合度促进煤与生物质挥发份之间的反应。氧化钙是影响杨木、玉米秆与淖毛湖煤共热解特性的重要因素之一。

19 R410A在光管及强化管管外冷凝换热的数值研究

成简 , 陶乐仁 , 李猛 , 金程

2024, 39(5).

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 7.29 M](1023)

摘要:
本文采用计算和实验相结合的方法研究了制冷工质在水平光管和强化管管外的冷凝传热。模拟采用了VOF多相模型和Lee相变模型得出凝结液的瞬态传热系数,分别讨论了水平光管和强化管外液膜的瞬时膜流特性。与实验数据和Nu解析解吻合良好,误差在10%以内。分析了液膜周期性滴落特性,计算了不同工况下光管和强化管的冷凝液膜厚度和冷凝传热系数,得出强化管管外凝结传热系数大约是光管的6倍左右。对不同制冷剂在相同工况下进行了比较,结合冷凝液膜的分布和制冷剂物性参数可得,R410A的管外冷凝系数最高,R1234yf的管外冷凝系数最低。

20 正弦波纹微通道内单相流动及换热特性数值研究

李辉 , 吴明昊 , 谷晓建

2024, 39(5).

[摘要](26) [HTML](0) [PDF 19.19 M](1031)

摘要:
针对一种正弦波纹微通道,对比了不同微通道波幅和不同冷却液进口雷诺数对该波纹微通道内单相流动及换热特性的影响。结果表明：波幅对波纹微通道的流动和换热性能有很大影响,随着波幅的增加,流动压降会增加,摩擦因子会增加,所以流动阻力会增加。同时这也造成了流道内部流动速度更大且扰动更大,所以换热系数也会增加,微通道换热性能更好；雷诺数越大,流道内冷却剂的流速越大,流动的摩擦因子越大,压降也越大。同时雷诺数越大,流速越大的同时扰动也更大,换热更加充分,即换热系数更大,微通道内部温度分布也更加均匀；同时研究了通道波幅和雷诺数对流动换热的综合影响,获得波纹微通道内流-固-热耦合特性,从而为正弦波纹微通道的应用与优化设计提供一定理论支撑。

21 基于随机森林和支持向量回归的风力发电预测

彭嘉宁 , 徐鹤勇

2024, 39(5).

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 2.09 M](1050)

摘要:
为实现精确的风能出力预测，保障风力发电系统稳定并网，提出了一种基于随机森林模型和支持向量回归模型的精确风力发电功率预测算法。该算法以回归树和随机森林模型为基础，对风力发电影响因素进行特征重要性评估；然后基于特征筛选理论，构建最优特征集合；最后使用最优特征集合输入支持向量回归模型，实现风力发电功率的预测。实验结果表明，相比于单独使用随机森林模型，算法大幅提高了预测精度，平均绝对误差降低了19.67%；相比于长短时神经网络模型，算法在保持同样高精度的同时，大幅降低了模型复杂度以及所需的训练时间。算法能够实现精确的风力发电功率预测，有着较为重要的理论和实际意义。

22 螺栓故障状态下齿轮传动系统数字化建模与动力学仿真分析

鞠冬兵 , 吴樾 , 马博昭 , 李晓锋 , 李梓源 , 李威

2024, 39(5).

[摘要](17) [HTML](0) [PDF 8.22 M](48)

摘要:
齿轮传动过程中产生的箱体与箱盖联接螺栓松动或断裂会严重影响齿轮运转的平稳性。本文建立了从完好到故障状态下斜齿轮减速器数字化样机参数化模型，利用多体动力学理论推导了数字化样机的多级齿轮传动系统的振动微分方程，采用数字化样机和内驱动求解模型研究了完好和故障状态下齿轮减速器的动态特性，获得了螺栓松动和断裂故障的振动特征，结果表明：与完好状态相比，螺栓故障会使得啮合频率幅值有所增大，螺栓松动时两级啮合频率幅值分别增大约19.8%和45.4%，螺栓断裂时两级啮合频率幅值分别增大约15.3%和2.1%。且螺栓松动会引起啮合频率两边出现边频带，从而为齿轮减速器早期故障诊断与智能运行维护奠定理论基础。

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