2024年第39卷第9期文章目次

孙韬志 , 曹越 , 司风琪

2024, 39(9).

[摘要](12) [HTML](0) [PDF 1.80 M](6)

摘要:
在超临界CO2压缩机运行过程中,可转导叶随压缩机转速等状态变量频繁变化,会引起压缩机喘振,严重时会导致压缩机设备损坏。针对此问题,本文采取了一种基于遗传算法的防喘振自抗扰控制方法,在压气机出口处设置防喘振阀控制喘振,遗传算法整定的自抗扰控制器使防喘振阀的开度随转速等状态变量的变化而作相应地变化,从而改变出口压力来使压缩机工作在平衡点。结果表明,在遗传算法优化后的自抗扰控制器防喘振控制效果更优,调节时间缩短了20%~33%,超调量减少了30%~45%,减缓了到达稳态过程中的震荡,使控制过程更加平滑,能够稳定转速的同时抑制压缩机运行过程中可能出现的扰动。

2 后退襟翼垂直轴风力机气动性能影响研究

宋晖

2024, 39(9).

[摘要](11) [HTML](0) [PDF 8.55 M](12)

摘要:
为减缓流动分离对垂直轴风力机的影响,在叶片尾缘采用后退襟翼,采用不同的后退控制策略,旨在改善垂直轴风力机的气动性能。使用CFD软件STAR CCM+对垂直轴风力机叶片进行二维数值模拟,研究不同尖速比下后退策略对风力机的风能利用率、叶片平均力矩以及流动特性等的影响。研究结果显示:在最佳尖速比前后,风能利用率得到显著提高,在2.5尖速比下较原始风力机提高38.7%。此外,采用后退襟翼的叶片具有更大的失速攻角,失速现象被延迟并在较高攻角时才发生。

3 虚拟电厂内多类型小规模火电机组一次调频能力互补提升

曾四鸣 , 郝晓光 , 马瑞 , 吴宏波 , 罗蓬 , 陈衡

2024, 39(9).

[摘要](7) [HTML](0) [PDF 10.25 M](8)

摘要:
在我国，存在着许多不上网的小规模火电机组。将其纳入虚拟电厂的管理，在满足机组耦合条件的同时，深度挖掘多机组耦合调峰潜力，构建虚拟电厂。充分消纳因新能源机组负荷波动带来的电网稳定性隐患。选取案例机组为计算对象，选取机组热电相关参数。采用EBSILON Professional软件对其进行模拟仿真，对多个机组的调峰负荷空间进行评估并进行对比分析。利用Python语言计算多台小型机组深度耦合调峰潜力，用以虚拟电厂负荷调度指令的制定。根据计算结果表明机组经过抽汽改造后，三台机组可以耦合协力达到国家的上网标准。在满足标准的同时，在不同的工况下，多机组耦合可以容纳最多7.36MW的其他能源，最多为热网供热163.66MW。三台机组平均煤耗率最低可达到890.40 kg/kwh。

4 供热机组增汽机改造方案能效分析

李东 , 丁立平 , 郑涛 , 张珍 , 曹越

2024, 39(9).

[摘要](10) [HTML](0) [PDF 2.82 M](16)

摘要:
清洁能源发电并网，导致大量热电联产机组在非采暖季有时难以满足外部用热需求。回收机组的发电余热不仅能有效降低供热过程中的有用能损失，还能进一步提高机组的供热能力，充分挖掘热电联供机组的节能潜力。本文针对某电厂的两种供热改造方案进行了对比，基于EBSILON平台分模块建立各设备的热力学模型开展了仿真试验。改造方案1为2#机切缸抽汽改造+1#机高背压乏汽利用同时打孔抽汽改造，改造方案2在方案1的基础上汽机系统串联在高背压热网凝汽器A和热网首站的加热器之间，提高系统的能量梯级利用能力。在典型供热工况下，研究供热量分配对两台机组抽汽量和系统热耗率的影响。结果表明，采用增汽机后，系统总热耗量更小，系统能效更优。

5 仿生鱼鳞微通道对流传热数值模拟以及参数优化

李娟 , 姚浩 , 朱章钰 , 石雷 , 张玉言 , 华洁

2024, 39(9).

[摘要](15) [HTML](0) [PDF 2.28 M](18)

摘要:
建立了仿生鱼鳞结构微通道三维物理模型,通过数值模拟微通道内对流传热过程,获得了鱼鳞结构参数与平均摩擦系数、平均努塞尔数与综合传热性能因子的影响规律,并采用均匀实验设计方法对结构参数进行优化。研究表明,仿生鱼鳞结构微通道的平均摩擦系数与平均努塞尔数大于光滑矩形微通道,但相比于传热系数的增大程度,仿生鱼鳞结构产生的阻力较小；鱼鳞仿生结构微通道的综合性能因子均大于1,变化范围为1.29-1.55,综合传热性能明显优于矩形光滑微通道；鱼鳞结构的相对高度和相对宽度对综合传热性能影响较大；热阻和泵功回归方程的拟合优度R₂^分别为0.9576和0.9905,拟合方程可信度高。

6 锅炉点火装置优化设计及应用

贾韧锋 , 赵世舟 , 于胜天

2024, 39(9).

[摘要](6) [HTML](0) [PDF 4.32 M](9)

摘要:
针对锅炉点火装置平均故障间隔时间（MTBF）短且不方便维修问题，重新优化设计锅炉点火装置并将其在试验室成功应用。首先，将点火电极组件和高压接线盒组件由分体结构优化为一体结构，并采用拉簧替代原来的连接杆，使点火装置能够随着燃烧器风门移动具备伸缩功能。然后，将高压触头盒加长套在固定导向板内部，起到为拉簧和电极组件绝缘及导向作用，并将电极长度加长外装陶瓷护套，提高电极的抗氧化性。最后，取消前部固定板，将绝缘整体磁块改为上下两半的不锈钢压板，既可以防止重油在压板处结焦，也可以防止冷凝水滴落在压板上放电。优化后的锅炉点火装置在试验室进行了充分的应用验证，试验应用表明，优化后的锅炉点火装置运行稳定、可靠，平均故障间隔时间大大提高，由2360小时提高到4120小时，相当于每台锅炉可节约0.75台锅炉点火装置，可节约大量维修和更换成本，而且优化后的锅炉点火装置可随时在锅炉外部进行维修和更换，大大缩短维修和更换时间。

7 考虑生命周期碳排放的综合能源系统容量配置优化

高月芬 , 孔凡鹏 , 员成博 , 黄丽壮

2024, 39(9).

[摘要](10) [HTML](0) [PDF 2.32 M](31)

摘要:
耦合多种能源与设备的综合能源系统供能灵活,能源利用率高,有利于国家能源结构低碳清洁转型,有助于双碳目标的实现。首先对综合能源系统所使用能源和设备生命周期碳排放进行了计算,而后建立含碳交易成本在内的双层优化模型对综合能源系统的容量配置与调度运行进行了优化。设立3种场景对综合能源系统与传统供能系统的经济性与碳排放进行分析。结果表明,在综合能源系统生命周期中,能源消耗产生的碳排放为主体,其中20%以上来自上游各类电厂的间接排放,系统设备带来的碳排放仅有1%左右。而结合当前的电价、燃气价格及碳交易价格来说,优化过程考虑生命周期碳排放并不占优势。

8 基于能量梯级利用的压缩CO₂储能系统热力学分析及改进

王洪利 , 陈名扬 , 董博 , 刘浩宇

2024, 39(9).

[摘要](8) [HTML](0) [PDF 10.94 M](13)

摘要:
对系统余热回收利用的优化是提升储能系统效率的有效途径。本文提出了一种基于能量梯级利用的压缩CO₂储能系统,利用高压压缩余热分级存储的手段实现能量的深度利用。建立了系统的热力学模型,对所提出系统和现有参考系统进行了对比分析。结果表明,改进后的系统循环效率增加了3.99%,储能密度增加4.47 kW.h/m₃^,换热部件相对?损失下降了6.80%。进一步分析表明,该新系统提高冷却水的初始温度能有效提高循环效率,高温储热换热器中CO₂的出口温度对循环效率的影响存在最优值,取值为161℃。中温段换热器中CO₂的出口温度较低时,有利于循环效率和储能密度的提升。研究表明所提出的系统能够为CO₂储能系统深入优化提供一种可行方案。

9 计及多灵活性资源的虚拟电厂两阶段鲁棒的优化调度方法

辛晓钢 , 张谦 , 刘小恺 , 廖丛林

2024, 39(9).

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 6.41 M](3)

摘要:
随着可再生能源规模的不断壮大,电网安全性和稳定性受到前所未有的考验,而虚拟电厂为更好解决峰谷不匹配的问题提供了一种新的思路。本文针对内蒙古地区风电消纳和深度调峰问题,提出一种基于两阶段鲁棒优化的聚合多种灵活性资源的虚拟电厂双层优化控制策略。首先,以虚拟电厂在调度周期内收益最大为目标,同时充分考虑火电机组深度调峰带来的成本和利润,依据风、负荷预测数据构建上层模型。其次,在下层模型中,以虚拟电厂运行成本最小为目标,充分考虑风电、负荷的不确定性带来的风险,根据相关系数的调节,得到不同保守度下虚拟电厂的收益,并根据调度周期内获取的收益情况进行实时修正。最后,仿真结果表明提出的模型具有一定普适性和有效性。

10 深度调峰下多种供热改造耦合的容量配置优化研究

杨坤 , 耿杰 , 刘迪 , 叶学民

2024, 39(9).

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 8.65 M](10)

摘要:
为促进风能、太阳能等清洁能源的消纳问题，燃煤机组不断参与深度调峰，亟需对热电联产机组进行灵活性改造。针对某660MW纯凝机组，建立了中间抽汽供热仿真模型，在此基础上构建配置电锅炉供热（方案一）、配置吸收式热泵供热（方案二）以及电锅炉和吸收式热泵联合供热（方案三）等三种方案；采用NSGA-Ⅱ和TOPSIS分析法对方案三的容量配置进行了优化，并深入分析了不同方案下在热电解耦能力和热经济性的表现。结果表明:相比于吸收式热泵供热，电锅炉供热能够极大提高机组的灵活性能力，但其热经济性较差。而联合使用电锅炉和吸收式热泵既能有效提升机组的热电解耦能力，又能均衡系统的热经济性，其最小电负荷可降至30.37MW，灵活性能力显著提升。

11 燃气轮机排气管道非均匀进口喷雾冷却数值研究

张宗卫 , 席思成 , 安轩毅 , 胡希卓 , 刘聪

2024, 39(9).

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 9.96 M](14)

摘要:
为研究燃气轮机排气管道非均匀进口条件下喷雾冷却过程中的管道内部流场、喷雾颗粒汽化运动轨迹和冷却效果影响，基于Realizable k-ε结合壁面函数和DPM模型进行喷雾冷却数值研究，探究在非均匀进口条件下喷雾喷头位置分布的影响和不同喷雾颗粒直径、喷雾流量对管壁和出口降温效果的影响。模型为实际优化后的排气管道模型，排气管道为等直径1.524 m圆柱体，前直段长5 m，后直段8 m，转弯半径2.8 m。喷雾喷射锥角为45°，速度为30 m/s，温度为55℃。研究表明:在非均匀进口条件下，非均匀分布且集中于高温区域的喷头效果最佳，管壁温降为111.08℃，出口温降为97.14℃，而喷头排数对其降温效果影响较小；喷雾冷却前后的出口平面速度分布标准差分别为12.77 m/s和11.14 m/s，喷雾对内部流场有一定影响，改善后直段流场均匀性；非均匀进口条件对直径小于25μm的颗粒影响大，雾滴汽化速度快，无法与壁面碰撞进行充分汽化吸热；随着流量的增大，喷雾对管壁和出口降温效果的影响程度相似，喷雾颗粒的汽化受喷雾流量的影响，流量越大喷雾颗粒汽化长度越长。

12 基于多种优化方法的轴流风扇叶型气动优化

陈晨铭 , 郭雪岩 , 李春

2024, 39(9).

[摘要](6) [HTML](0) [PDF 1.98 M](10)

摘要:
为了解决轴流风扇叶型W65优化设计的问题，选取不同的优化方法，包括高斯过程回归方法，人工神经网络方法和序列二次规划方法。首先生成一定区间内的叶型样本集，通过CST参数化方法表示，使用B样条曲线进行光滑化处理，通过CFD模拟仿真方法获得升阻比数据，后进入优化阶段。优化方法分别采用高斯过程回归方法，人工神经网络方法和序列二次规划方法，前两者结合遗传算法和梯度下降法，后者不再结合其他优化方法，对带有面积约束的多攻角升阻比目标函数进行寻优优化，工况中攻角在0°至8°变化，马赫数为0.5。将优化后的叶型通过CFD方法进行验证，结果表明：优化叶型的综合升阻比分别提高了8.41%，8.49%，2.08%，优化方法中预估的相对误差分别为0.25%，-0.39%，6.31%。通过对优化结果的分析，发现高斯过程回归方法和人工神经网络方法优化效果较好，而序列二次规划的误差较大。

13 大型高背压热电联产机组供热季运行分析

栾睎麟 , 马剑龙 , 聂深强 , 丁羿

2024, 39(9).

[摘要](7) [HTML](0) [PDF 6.23 M](6)

摘要:
火电厂的冷端损失是电厂热力系统最大的能量损失,大量的汽轮机凝汽器余热通过不同的冷却设备排放至大气中。高背压热电联产机组采用梯级供热,减少了机组的冷端损失,节能效果显著。以某电厂2×350MW机组为例,建立高背压余热梯级供热模型,结合供热季周期供回水温度变化,研究了双抽凝方式(EC-EC)、双抽背串联方式(EHBP-EHBP)在供热季运行时抽汽与负荷分配方式,利用热量法和?分析法,分析供热机组的经济性与热力学性能。结果表明高背压串联机组比抽凝机组供热季平均发电功率提升了26.2MW,平均发电标准煤耗降低了92.0g·(kW·h)-1,热经济性更好。供热季运行时高背压串联机组比原抽凝机组汽水?效率平均提升9.6%,额定供暖工况下?效率提升9.4%。

14 某涵道风扇气动特性数值模拟研究

曾培能 , 韦威

2024, 39(9).

[摘要](8) [HTML](0) [PDF 7.07 M](12)

摘要:
采用三维数值模拟的方法对某涵道风扇进行了性能仿真分析,获取了某涵道风扇不同倾转角度下及垂直姿态不同侧风条件下的气动特性,结果显示:在10m/s的迎风条件下,倾转角度对涵道风扇的气动特性会产生较明显的影响,随着倾转角度α的增大,涵道拉力、转子拉力、总拉力、功率以及力效均呈现先增大后减小的趋势,且在α=60°时达到峰值。倾转角度对涵道拉力的影响比对风扇转子拉力及功率的影响更为明显,倾转角度对唇口附近区域的流动情况影响较为显著。垂直姿态下,侧风速度对涵道风扇的影响主要体现在涵道性能的变化,涵道风扇力效的改变主要由涵道性能决定。侧风会导致涵道风扇转子进口轴向速度重新分布,影响较为明显区域主要集中在50%叶高以上区域。

15 考虑各向异性导热系数的肋壁-气膜冷却结构流热耦合研究

董良辰 , 姜玉廷 , 张昊苏 , 陈辰霖

2024, 39(9).

[摘要](6) [HTML](0) [PDF 12.41 M](7)

摘要:
采用数值计算方法开展了肋壁与气膜耦合结构在考虑各向异性导热系数情况下的综合换热特性研究。对比分析了连续肋、光滑和间断肋冷却流通道在各向异性导热系数影响下综合冷却效率、毕渥数、气膜与肋壁的相互影响及二者分别对冷却的贡献。采用平板冷却模型,研究导热系数比为1、2、5条件下以及主导热方向沿X轴、Y轴和Z轴条件下三种模型的综合冷却特性。结果表明:主导热系数的增加对平均综合冷效影响不大但会使冷却分布更加均匀。主导热方向沿Z轴可使平均综合冷效提升5%~9%,沿X轴分布的平均综合冷效最小且冷却分布更为集中。肋壁的存在可以提高平均综合冷效,相较于光滑通道可提高2%~5%,且间断肋作用相较于连续肋更显著。主导热方向沿Z轴时气膜孔出口温度比另外两种情况高14~18K,这个温度会影响实际气膜冷却效率。主导热方向沿Z轴时肋面总效率相较于另外两种情况高约1.7%,总换热系数约为另外两种情况4.7倍。

16 二氧化碳储能系统透平膨胀机研究进展

沈代兵 , 郝佳豪 , 李亚南 , 杨俊玲

2024, 39(9).

[摘要](11) [HTML](0) [PDF 3.28 M](11)

摘要:
为了克服可再生能源的波动性对于电网稳定运行的影响,储能技术被视为解决路径之一,二氧化碳储能(Carbon dioxide energy storage,CES)作为新型储能技术之一,能量密度较高且地理位置依赖度较低,比较有发展潜力,透平膨胀机作为CES系统的核心部件,直接影响着系统的性能。本文首先介绍了CES的基本原理；之后总结了CO2透平膨胀机的主要类型及特征,归纳了关于膨胀机设计方法和数值分析的研究；论述了部分进气和密封方式对透平膨胀机性能的影响规律；最后分析了已有的CO2实验研究系统,归纳了其透平膨胀机的设计参数。从而为CES系统及其透平膨胀机的设计开发提供参考。

17 燃煤机组集成多热源熔盐储热系统热力学性能分析

董乐 , 朱超 , 郁翔 , 辛亚飞

2024, 39(9).

[摘要](11) [HTML](0) [PDF 7.64 M](11)

摘要:
为了进一步降低燃煤发电机组在最低锅炉稳燃负荷下的电负荷率,采用Ebsilon软件建立了集成烟气及主蒸汽多热源熔盐储热的燃煤发电系统模型,并结合660MW超临界机组的案例对集成系统的热力学性能进行分析。计算结果表明：在储热过程中,主蒸汽最大分流流量为88.40 kg/s,燃煤机组的最低电负荷率可由30%降低至11.75%；而在释热过程中,燃煤发电系统的输出功率增加了88.50 MW,占额定负荷的13.40%；在30%THA储热并在75%THA释热时,集成系统的最高等效循环效率为85.89%。此外,还分析了集成系统在不同释热基准工况下的系统性能：在储热过程的附加?损为负,而在放热过程附加?损为正；集成系统在100% THA工况下放热的附加?损最大,最大附加?损为41.96 MW,而集成系统在50% THA工况下放热的附加?损最小,其最大附加?损为12.40 MW。总体而言,集成系统在30% THA储热并且在50% THA工况下释热时系统性能最好,系统等效循环效率最高可达94.35%。

18 收缩间隙分布对跨声速压气机性能及流场结构影响机理研究

吴永惠

2024, 39(9).

[摘要](9) [HTML](0) [PDF 12.69 M](13)

摘要:
为了进一步拓宽压气机稳定裕度,在平行间隙分布方案(Baseline)基础上,提出四种收缩间隙分布方案(25%c、50%c、75%c和100%c),利用定常数值模拟的方法,探究收缩间隙分布对压气机性能及流场结构的影响机理。研究结果表明,收缩间隙分布能够促进泄漏涡向下游移动,使泄漏涡远离转子叶尖前缘。然而随着收缩段范围的增加,泄漏涡尺度和压力面附近涡团范围增大,间隙区域的堵塞效应增强。综合比较四种收缩间隙分布方案发现,25%c方案能够有效抑制间隙区域的堵塞效应,近失速点总压比和效率基本不变,压气机流量范围得到明显拓宽,压气机稳定裕度改进量(SMI)提升2.28%。

19 两级模化轴流压气机数值与试验研究

邓庆锋 , 孙勇 , 吴迪 , 高思华

2024, 39(9).

[摘要](5) [HTML](0) [PDF 8.59 M](11)

摘要:
以两级轴流压气机为研究对象，采用试验及数值的方法，对进口可转导叶无角度变化和变角度下的压气机特性进行了对比研究。该压气机取自某大功率压气机前两级，为跨音速级，通过模化设计而来，缩放比为0.45。试验与数值结果吻合较好，数值计算获得的压气机效率略高于试验结果。采用激光多普勒测速系统（Laser Doppler Velocimetery，LDV）对两级压气机第1级动叶进、出口的绝对气流角和绝对气流速度进行测量，计算结果与测量结果符合较好，验证了数值方法。通过数值模拟对两级压气机和母型压气机的压气机特性及流场进行了对比分析。两者压气机特性具有很大程度的相似性，流场具有基本相同的分布规律。模化后的压气机效率下降了1.23%。

20 静盘螺栓对离心压气机背腔流动换热特性影响数值研究

曾培能 , 董伟林 , 史善广 , 杨元英

2024, 39(9).

[摘要](4) [HTML](0) [PDF 7.89 M](11)

摘要:
采用数值模拟方法研究了静盘螺栓对离心压气机背腔流动换热特性影响,通过将有/无螺栓两种盘腔模型进行对比,得到了静盘螺栓对离心压气机背腔旋流系数、扭矩系数和对流换热系数的影响规律。结果表明:静盘上分布有螺栓后,背腔原本的顺时针大涡将会破碎成多个小涡,流动变得复杂、无规律；静盘螺栓主要对盘腔低半径范围的旋流系数产生影响,使得无量纲半径r?R=0.3~0.75范围内旋流系数整体低于无螺栓盘腔；在低半径位置静盘螺栓对边界层内流体周向运动存在抑制作用,在高半径位置静盘螺栓作用则反之,综合导致转盘风阻扭矩系数上升72.7%；静盘上安装螺栓后,转子表面对流换热系数明显降低,使得背腔流体和盘的温度均降低。

21 湿空气接触式换热过程建模及分析

史维秀 , 李敏 , 潘利生

2024, 39(9).

[摘要](4) [HTML](0) [PDF 6.54 M](14)

摘要:
环境中低品位热能资源丰富，但较难利用，高效回收利用低品位热源，对于节能环保意义重大。以湿空气为研究对象，提出了一种空气的全热吸收装置，建立了空气与盐溶液换热的理论模型，通过二分法去分析换热过程，进一步研究了湿空气与盐溶液在直接接触式换热装置中传热传质的工作特性，分析了空气温度、空气相对湿度、盐水温度、盐水质量流量对热质交换性能的影响，以及空气和盐水参数对于换热路径中的凝结水量和换热量的影响。研究结果表明，空气的温度和相对湿度的增加会加强热质交换过程；盐水的温度的升高会削弱热质交换程度，而盐水质量流量的增加可以增强传质传热。热质交换能力越强，越能够将凝结过程开始的节点提前，整个过程换热量也越多。

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