2024年第39卷第8期文章目次

梁澍 , 陈建

2024, 39(8).

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 12.77 M](11)

摘要:
为提高垂直轴风力机（vertical axis wind turbine, VAWT）的气动效率，受圆柱后分流板可减少升阻力系数波动的启发，本文提出尾缘后分流板的新型流动控制方式，以NACA0015翼型为对象，研究分流板长度以及其与翼型的间隙对翼型气动性能的影响；同时探究分流板在不同叶尖速比工况下对VAWT气动效率的影响。结果表明：尾缘后分流板对翼型可起到增升减阻的效果，带尾缘后分流板的VAWT可有效提高其风能利用率，在低尖速比工况下，风能利用率均高于原始风力机，在高尖速比工况下，风能利用率最大提高约25.78%。同时发现，尾缘后分流板的存在有利于VAWT的尾流恢复，在相同尖速比工况下，带有尾缘后分流板的VAWT的尾迹长度短于原始风力机。

2 改进CEEMDAN-CNN轴承故障诊断研究

张伟业 , 缪维跑 , 闻麒 , 李春 , 肖俊青

2024, 39(8).

[摘要](34) [HTML](0) [PDF 16.71 M](15)

摘要:
为保证旋转机械安全稳定运行,在实现轴承早期疲劳损伤阶段故障诊断,提出了改进自适应白噪声平均总体经验模态分解与卷积神经网络融合的故障诊断方法。通过该方法分解原始故障信号,联合核主成分分析降维与分形盒维数筛选最佳重构分量,输入卷积神经网络实现非线性故障特征提取。通过不同信噪比下与现有方法进行对比,表明本方法具有较强抗噪性和较高识别准确率,可有效解决传统轴承故障诊断方法信号非线性特征提取不充分,识别精度不足的局限性。

3 超临界二氧化碳物性表格多方法计算特征研究

梁成彬 , 郑群 , 刘彪 , 于泳浩 , 姜玉廷

2024, 39(8).

[摘要](62) [HTML](0) [PDF 17.37 M](13)

摘要:
超临界二氧化碳（S-CO2）闭式布雷顿循环发电在能源领域展现出一定优势，而S-CO2物性准确快速计算直接关系到系统和部件的热力设计及压缩机和透平气动性能的准确预测。本文建立了高效模拟S-CO2物性的表格计算体系，包括表格自生成、索引查找及不同插值算法，提出了有效表格的通用制作方法，结合S-CO2等压比热和密度变化规律，研究了双线性、双立方和B样条插值方法计算特征，并对比了不同表格分辨率影响程度和各方案计算耗时。结果表明：物性表格计算的高误差主要分布在饱和线附近；双立方插值在全域平均误差最小，数量级在E-4至E-3间，B样条插值沿饱和线平均误差最低，最大误差数量级仅在E-2；表格分辨率取401×401可兼顾计算成本和求解精度；基于物性表格方案计算耗时远低于采用REFPROP数据库。

4 热电联产电站复杂供热系统的热电负荷智能分配研究

高新勇 , 郑立军 , 喻珮 , 刘明

2024, 39(8).

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 4.57 M](12)

摘要:
热电联产是提升燃煤发电机组能量利用效率的有效手段,通过热电联产电站的热电负荷优化分配可提升热电联产电站的综合能量利用效率。本文针对5台热电联产机组、2个供热热网构成的热电联产电站,研究获得了不同类型热电联产机组的变工况运行特性和能耗特性,采用粒子群智能算法建立了热电联产电站运行优化模型,以电站总煤耗量最低为优化目标开展了两个热网的供热优化。结果表明,在不同的对外电热负荷量下,相比于现有负荷分配方式,采用粒子群算法得到的优化分配结果可以使全厂总煤耗量降低约3.1~13.6 t/h,占比0.97%~2.27%。

5 火电灵活运行下基于改进RBF的轴流风机性能在线监测方法研究

汤婧婧 , 牛玉广 , 陈玥 , 杜鸣

2024, 39(8).

[摘要](8) [HTML](0) [PDF 1.78 M](8)

摘要:
针对火电机组灵活性运行下出现的电站辅机长期严重偏离设计工况运行的问题，本文提出对火力发电厂轴流风机的性能在线监测方法，可及时预警风机喘振故障，从而提高电厂的经济性和安全性。首先分析了轴流风机的设计工况静态性能曲线，采用径向基函数（Radial Basis Function, RBF）神经网络建立了风机静态性能模型，为提高模型的精确度，利用改进的粒子群算法（Improved Particle Swarm Optimization, IPSO）对RBF神经网络的隐含层基函数中心、宽度及隐含层与输出层之间的连接权值进行优化。基于风机静态性能模型，根据风机实测参数和风机相似定律，搭建了风机动态性能模型，并在此基础上建立风机喘振预警模型，开发了轴流风机性能可视化在线监测平台。结果表明，该方法能实现了风机实际工况下流量等其他性能参数和工作点状态的实时监测。

6 基于混合自适应粒子群算法优化模糊PID的制粉系统控制研究

陈亮 , 韦根原 , 赵深 , 常耀华

2024, 39(8).

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 4.39 M](15)

摘要:
以制粉系统作为研究对象,提出了一种混合自适应粒子群算法(HAPSO)优化模糊PID的方法对制粉系统进行仿真控制研究。通过适应度函数对比仿真实验来验证HAPSO算法的寻优性能,并且将HAPSO算法优化模糊PID与传统PID控制,模糊PID控制和高斯函数递减惯性权重粒子群算法(GDIWPSO)优化模糊PID进行对比分析实验。实验结果表明:本文提出的混合自适应粒子群算法可以有效提高算法在全局中的搜索能力,可以更快更准确地找到问题的全局最优解。HAPSO算法优化模糊PID的方法与PID控制和模糊PID控制相比,超调量分别降低53.78%和57.67%；调节时间分别减少61.17%和53.82%。

7 膜片联轴器非线性应力仿真与试验研究

宋铎 , 刘欣欣 , 宗浩 , 王成雨

2024, 39(8).

[摘要](8) [HTML](0) [PDF 19.39 M](14)

摘要:
膜片联轴器由于具有良好的轴向及角向不对中补偿能力,广泛应用于各类轴系的连接,其力学性能直接影响轴系运行的安全性和稳定性。本文基于ANSYS有限元仿真软件,考虑接触非线性及大变形效应,建立了膜片联轴器非线性应力特性仿真模型；分析了膜片联轴器在扭转、轴向、角向以及径向方向单一载荷作用下膜片应力大小与分布状况；最后进行了静态扭转及拉伸试验验证。结果表明：膜片应力集中在膜片螺栓孔边、膜片束腰处以及膜片与垫片接触表面边缘附近；在过载或交变载荷作用下,最外层膜片最易发生损伤。

8 二次再热BEST机组变工况热力性能及贡献度分析

朱梓傲 , 叶学民 , 刘迪 , 李春曦

2024, 39(8).

[摘要](5) [HTML](0) [PDF 10.19 M](14)

摘要:
采用背压抽汽式汽轮机BEST方案可解决主汽参数提高后回热抽汽过热度和热损失增大的问题。本文以某二次再热超临界机组为原型,搭建了BEST热力系统模型和建立机组热经济性模型,比较了传统机组和BEST机组中各加热器的?效率和热效率随机组负荷的变化,分析了锅炉给水,主汽机和小汽机对BEST机组节能效果的贡献度,并讨论了小汽机抽汽加热给水方式对机组节能潜力的影响。结果表明：BEST设计方案显著降低加热器?损和优化锅炉给水,是提高机组热效率主要因素,但代价是汽轮机一二次再热蒸汽量降低造成主汽轮机做功减少,由此削弱了机组节能效果,通过布置小汽轮机可抵消该削弱作用,且小汽轮机对机组热效率贡献随机组负荷降低而升高的特性,保障了机组低负荷下的节能效果。

9 丁腈橡胶大应变率范围本构模型建立

陈凯杰 , 邱中辉 , 陈蔚芳 , 周晏锋 , 张宁 , 农苏

2024, 39(8).

[摘要](16) [HTML](0) [PDF 9.34 M](6)

摘要:
为建立丁腈橡胶一类高分子聚合物在大范围应变率加载条件下的本构模型，本文采用超弹性-粘弹性模型描述丁腈橡胶的力学特性，通过低应变率拉压试验、中应变率动态扫频试验、高应变率SHPB冲击试验获取丁腈橡胶材料应力应变、储能模量和损耗模量数据。使用遗传算法对不同试验数据与理论值误差的平方和函数进行优化，获得了5阶Prony级数描述的粘弹性模型，分析了Prony级数阶数对拟合效果的影响规律。以某型船用减振器为对象，通过试验获取其静态刚度、动态刚度和阻尼比、冲击刚度，并在ABAQUS中进行相同工况的仿真，仿真刚度及阻尼比误差均小于10%。结果表明：同时考虑不同应变率工况下的多种试验数据，采用遗传算法优化获得的丁腈橡胶材料本构模型，能够在大范围应变率加载条件下描述橡胶的弹性及阻尼比。

10 轴流泵作液力透平飞逸过程瞬态流动特性研究

苗森春 , 李国柱 , 张启龙 , 王晓晖

2024, 39(8).

[摘要](7) [HTML](0) [PDF 6.75 M](13)

摘要:
为研究轴流泵反转作液力透平在飞逸过程中的瞬态流动特性，使用Fluent软件中的用户自定义函数功能(User Defined Function,简称UDF)，基于流动控制方程和RNG k-ε湍流模型对飞逸过程进行数值模拟，预测了转速、扭矩、扬程和轴向力变化情况，研究了导叶和叶轮处压力脉动特性，并探究了不同转动惯量和流量工况下叶轮转速的变化情况。结果表明:在飞逸过程中，叶轮转速在极短时间内急剧上升，飞逸转速为初始转速的1.48倍，叶轮扭矩、扬程和轴向力变化情况基本相同，先急剧下降，然后出现微小上升，随后持续降低，最终达到稳定值；与导叶流道、叶轮流道和叶轮出口处相比，导叶与叶轮动静交界面处压力波动最为剧烈，而在动静交界面上，越靠近轮缘，压力波动幅度越大；在同一流量工况下，随着叶轮部件转动惯量的增大，飞逸时间也在增大，飞逸转速基本保持不变，在同一转动惯量下，当流量增大时，飞逸转速随之上升，且流量越大上升速度越快，而飞逸时间减小。

11 高压涡轮导叶前缘冷却结构对流动和换热影响分析

殷林林 , 陈云 , 宋伟 , 张勇

2024, 39(8).

[摘要](12) [HTML](0) [PDF 19.42 M](25)

摘要:
为获得高压涡轮导叶前缘冷却结构对流动和换热的影响特性,采用三维数值仿真的方法,研究了前缘不同气膜孔大小及隔板结构的流动换热特性。研究结果表明：前缘气膜孔孔径增大带来冷气量的增加,但需要综合考虑冷却供气腔沿程压力损失,否则容易造成前缘区域气膜逆流裕度减小和冷气出流困难；冷气腔间的隔板位置及结构会对冷气腔沿程压力分布产生影响,通过局部打开隔板或者隔板开孔可以有效地减小冷气的沿程压力损失,提高前缘区域的逆流裕度；冲击孔及绕流柱会对气膜孔逆流裕度和冷气量造成影响,在冷却设计时应综合考虑。

12 有机混合工质对发动机进气冷却流场特性的影响研究

陆禹铭 , 费红姿 , 胡峰 , 张海

2024, 39(8).

[摘要](7) [HTML](0) [PDF 9.53 M](10)

摘要:
为研究不同浓度的有机混合工质对预冷段流场特性的影响规律,以不同浓度的乙醇、乙二醇作为冷却介质在不同液气比条件下的工况中进行数值模拟。结果表明:无论是蒸发率还是蒸发量,都会随着有机工质浓度的增加而有所提高,其中乙醇溶液更佳,增幅跨度约20%,且浓度的变化规律与液气比互不影响；受限于换热能力的强弱,当有机物浓度越低时,流场的温降效果更好,差值大小也取决于液气比,在液气比为3.3%条件下,不同浓度的乙醇溶液温降差值为3.15K,乙二醇溶液为3.46K；流场的压降损失受多个因素的共同影响,并非呈单一的线性关系,伴随着液气比的增加,高浓度的有机工质可以减少压力损失,但在进气速度略低的条件下则相反；对于流场出口均匀度,与溶液浓度基本是正相关,且易蒸发的工质如乙醇对均匀度的影响更大。

13 叶片包角对液力透平水力性能与压力脉动的影响

寇佳文 , 汪程鹏 , 王生辉 , 杨一帆

2024, 39(8).

[摘要](13) [HTML](0) [PDF 12.58 M](13)

摘要:
叶片包角是叶轮设计的重要参数，为探究包角对液力透平能量回收效率和运行稳定性的影响，采用UG建立流体域的三维模型，通过CFX软件将包角在50°~120°区间内的液力透平在额定工况下进行数值计算并进行外特性分析，选择75°、80°、85°三组包角方案进行内流特性分析与压力脉动频谱分析。研究发现：液力透平的效率随包角的增大先增大后减小，在包角80°左右时效率最高；包角的改变对叶轮内部的流场影响较大，合适的包角可以降低叶轮工作流道内的湍动能，使高速流体冲击叶片后的能量转换更加充分；蜗壳与隔舌处的压力脉动主要受动静干涉作用影响，主频为7fn，叶轮工作流道内主要受涡流影响，主频为2fn；将三种包角方案的时域图、频域图对比分析，发现包角对蜗壳、叶轮的压力脉动影响较大，对隔舌影响较小；包角为80°时，监测点rv5处的峰峰值与包角85°时相比降低了9.78%，显著提升了液力透平的运行稳定性。

14 基于射流法的气膜冷却流动模拟方法研究

王士骥 , 田雨 , 曾静茹

2024, 39(8).

[摘要](6) [HTML](0) [PDF 3.62 M](17)

摘要:
以某型发动机导向叶片中截面叶型的片体模型为研究对象,基于简化的冷气射流模拟方法分析了不同叶型位置、不同射流角度、不同孔径下的冷却射流与主流燃气的掺混损失和流量变化情况。通过与带有真实冷却气膜孔结构算例的对比,射流模型在压力面侧及吸力面前段可以较为准确地捕捉不同叶型位置处的流动损失变化情况,总压损失绝对值的最大偏差仅有0.02%,而在吸力面后段,射流法的分析结果则出现了较为明显的偏离。对不同倾斜角和孔径的分析结果表明,由于并未精确模拟气膜孔出口的肾形对涡,简化射流法在气膜孔出口附近低估了实际流动的损失,但随着流动的发展,冷却流动与主流流动沿流向的掺混损失占据主导,此时简化射流法可以较为准确地捕捉包括损失峰值在内的沿程流动损失变化情况。

15 轮缘密封对下游动叶冷却特性影响的数值研究

于飞龙

2024, 39(8).

[摘要](6) [HTML](0) [PDF 13.78 M](35)

摘要:
以某重型燃机透平第1级动静叶片为研究对象,轮缘密封为径向-斜向密封结构。采用SST湍流模型在4种轮缘密封流量下研究密封流对下游动叶片冷却特性的影响,对比分析了有无前缘气膜冷却条件下主流流动情况和通道内涡系发展过程,结果表明:轮缘密封对叶片端壁温度变化显著的区域位于从叶片前缘沿流向约40%范围内；叶身吸力面冷却效率的分布表现为沿叶高先增大后减小的趋势,冷却效率提升最大的位置在叶片吸力面从前缘至尾缘50%位置附近；有前缘气膜冷却结构时,在MFR=0.5%及以上对端壁产生显著的冷却作用。

16 基于气象特征和改进Transformer的光伏功率短期预测

张建辉 , 滕婕 , 李秀慧 , 谭庄熙

2024, 39(8).

[摘要](16) [HTML](0) [PDF 6.00 M](12)

摘要:
光伏出力易受气象因素影响，从而呈现间歇性和随机性。可靠准确的预测光伏出力不仅可以缓解高比例光伏并网对电网的冲击，还可以为电网的调度决策人员提供数据参考。因此，提出一种基于气象特征和改进Transformer的光伏功率短期预测方法。首先针对光伏相关的气象因素提取增量特征、统计特征和时变特征。然后和光伏出力数据输入BOA-iTransformer模型，将每个变量独立嵌入，便于模型捕捉关键气象特征和多元数据的关联性；然后采用贝叶斯优化调参进行特征选择，得到最优特征组合，以此建立BOA-iTransformer光伏预测模型。最后采用中国某地区实际光伏发电站数据进行对比实验，算例结果表明所提方法相较对比方法iTransformer、Transformer和LSTM模型预测精度可分别提高3.54%、7.24%和14.2%。

17 基于太阳能技术的热泵供热系统研究进展

李孜绪 , 刘媛媛 , 徐胜利 , 杨金广 , 刘晓华

2024, 39(8).

[摘要](7) [HTML](0) [PDF 5.82 M](19)

摘要:
太阳能热泵供热系统因其将太阳能与热泵技术有机结合,而具有高效节能、低碳环保等诸多优势。目前国内外学者针对太阳能热泵供热系统展开了诸多研究,并取得了大量成果。本文首先对基于太阳能技术的热泵供热系统进行了分类,并综述了不同形式太阳能热泵供热系统的当前研究现状和应用情况,分析了热源温度、热媒流量、环境温度等因素对系统性能和经济性的影响规律,同时归纳和总结了各类太阳能热泵供热系统的优势与不足之处,分析了限制其推广的原因。最后展望了基于太阳能技术的热泵供热系统的发展方向。

18 固体颗粒储热特性及热稳定性实验研究

孙丽伟 , 宋国良 , 纪阳 , 及增才 , 汤仔华

2024, 39(8).

[摘要](87) [HTML](0) [PDF 12.19 M](10)

摘要:
在双碳目标下,热电解耦对提高热电联产机组调峰灵活性具有重要作用。流化床固体颗粒储热在热电解耦上的应用可解决储热水罐温度范围小的问题,同时对提高能源利用效率具有重要作用。流化床换热器具有流化换热系数高的特点,具有广阔的应用前景,但用于热电解耦的流化床换热器的储热颗粒的选择有待进一步深入研究。本文选取四种来源广泛、价格低廉的沙漠沙、石英砂、玄武岩、气化粗渣作为储热材料,并分别对四种材料的密度与比热容进行了测试,对热处理前后的样品进行了SEM、XRD与XRF的分析,试验结果表明,四种储热材料的储热能力顺序为：玄武岩>沙漠沙>石英砂>气化粗渣,对最优的玄武岩与沙漠沙热稳定性进行测试,热稳定性顺序为：玄武岩>沙漠沙,结合储热性能、热稳定性及经济性综合考虑,沙漠沙的综合储热性能最优,可以作为流态化换热器的储热材料。

19 结构参数对开孔泡沫传热特性影响的数值分析

张之豪 , 郭雪岩 , 李春

2024, 39(8).

[摘要](10) [HTML](0) [PDF 3.03 M](5)

摘要:
开孔泡沫在各工业领域中应用广泛，但由于其几何复杂性，建立准确而普遍的相关性仍然具有挑战性。为了解随机Kelvin cell结构孔隙率和孔泡密度(PPI)如何影响热量传递与动量传递，并最终影响其换热性能，本文采用计算流体力学(CFD)方法对不同孔隙率和PPI，泡沫材料为金属铝的随机Kelvin cell结构强制对流换热(FCHT)过程进行了数值模拟。结果表明：压降及体积对流换热系数随孔隙率的减小而增大，随PPI的增大而增大；换热性能随孔隙率的增大而增大，且存在最大值，随PPI的减小而减小，且具有三种不同的趋势；随机Kelvin cell结构相比与规则结构更加接近真实泡沫，具有更好的替代性。

20 热平衡法在S-CO2管内流动换热实验中的应用与改进

张帮辉 , 高明 , 崔文斌 , 任燕 , 杨其国

2024, 39(8).

[摘要](14) [HTML](0) [PDF 5.70 M](17)

摘要:
为减少S-CO2水平管内流动换热实验中由于管道周向温度分布不均匀而导致的内壁温计算误差，本文首先介绍了目前应用最广泛的基于一维稳态导热微分方程的内壁温计算公式和热平衡法的计算方法，通过理论分析提出了基于体积发热率的计算控制体内热源发热功率方法以及底层节点再计算方法，扩展了热平衡法的使用范围，并有效提高了热平衡法的计算精度。接着通过进行S-CO2水管加热管周向测温实验，根据实验数据提出了使用温度比例计算侧面假设温度作为初始温度节点的方法，使单个节点上使用热平衡法需要布置的热电偶数量减少至2根，有效降低了使用热平衡法的实验成本与实验准备的繁琐程度。

21 相变材料融化储热中的自然对流增强效应研究

张路曼 , 赵锡佳 , 曹世豪

2024, 39(8).

[摘要](7) [HTML](0) [PDF 11.68 M](5)

摘要:
液相自然对流传热可显著提升相变材料的融化储热效率。为了明确相变材料融化储热中的自然对流增强效应，通过开展侧边恒定热源下的相变石蜡融化储热试验，获取相变石蜡融化前缘的倾斜特征，证实了液相自然对流对融化储热的影响。建立流-固-热三场耦合下的相变材料融化储热计算模型，对比试验测试与理论计算结果，验证计算模型的正确性。分析自然对流传热影响的尺寸效应和方向性，并进一步研究加热温度和初始温度等因素对储热效率的影响。结果表明，在侧边恒定温度热源下，方腔内液相自然对流运动将导致倾斜状的融化前缘，并提升了13.1倍的融化储热效率。液相自然对流影响存在尺寸效应，在方腔边长小于2mm后其增强效应基本可忽略不计。同时，液相自然对流运动受热源方向影响显著，热源方向角由90°向270°旋转时，液相自然对流效应将被逐渐激活，流动状态将由单一大环流向若干无规则小环流转变，最终在底部热源下达到最大储热效率，并转变为波浪形的融化前缘形态。加热温度由60℃增至100℃时，自然对流增强系数提升了20%。初始温度由25℃降至5℃时，自然对流增强系数降低了10.2%。

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