2025年第40卷第1期文章目次

俞洪静 , 缪维跑 , 欧华浩 , 黄浩达 , 岳敏楠 , 李春

2025, 40(1).

[摘要](97) [HTML](0) [PDF 11.57 M](71)

摘要:
为抑制垂直轴风力机叶片流动分离,提升气动性能,提出一种加装在垂直轴风力机叶片内侧的辅助小翼装置。基于正交试验方法分析辅助小翼安装角度、翼型前缘点到辅翼前缘点水平及垂直距离三个参数对整机气动性能的影响,结果表明：辅助小翼可有效抑制叶片流动分离,增大翼面压差,减少大范围涡聚集,延缓动态失速发生。此外,当尖速比为2.33,辅助小翼水平布置距离为0.7c、垂直布置位置为0.4c、安装角度为0°时,垂直轴风力机获得最大风能利用率,较原始提升了50.97%。

2 基于MSET的一次风机稳健状态估计方法及应用

余兴刚 , 王日成 , 阳剑平 , 邱斌斌

2025, 40(1).

[摘要](58) [HTML](0) [PDF 1.51 M](53)

摘要:
为提升电站设备的运行可靠性水平,以某660MW超临界火电机组一次风机为研究对象,采用多元状态估计技术(MSET)对设备的状态估计与故障预警方法进行了研究。提出了一种基于多重特征参数的动态记忆矩阵构建方法,可在确保MSET算法计算结果精度的同时大幅度减小记忆矩阵的规模。在非线性运算符中引入权重系数构造了改进MSET算法,并应用于对一次风机的异常工况进行仿真,结果表明：改进MSET算法可有效提高异常工况下各参数计算结果精度,通过对各参数估计残差的监测,不仅能够实现故障的提前预警,还可确定故障参数和各参数偏离应达值的程度。

3 燃煤机组集成双热源熔盐储热消纳可再生能源发电研究

唐广通 , 杨海生 , 吴瑞涛 , 李路江

2025, 40(1).

[摘要](74) [HTML](0) [PDF 7.32 M](60)

摘要:
燃煤发电机组的现有调峰能力难以满足日益增长的可再生能源发电容量。为解决过剩可再生能源发电的消纳问题，在熔盐储热系统中引入外部可再生能源电力，针对燃煤发电机组集成双热源(分流再热蒸汽和电加热)的熔盐储热系统开展研究，并结合660 MW超临界机组案例对集成系统的热力学性能以及可再生能源电力消纳能力进行分析。计算结果表明：储热过程中以30%THA为基准工况，最大再热蒸汽分流流量为70.0 kg/s，通过分流再热蒸汽储热获得的燃煤发电机组最大输出功率降低量为84.33 MW (占额定负荷的12.78%)，而增加电加热储热后，实现燃煤发电机组零电功率输出，同时还可消纳电网富裕可再生电力955.21 MW；释热过程中以75%THA为基准工况，集成系统的最大向上附加调峰容量为129.63 MW (占额定负荷的19.64%)，1h储热时长条件下集成系统的最短释热时长为3.31h；在储释热循环过程中，集成系统综合发电标准煤耗有所降低，单位时间消纳的可再生能源电力为461.83 MW·h时，系统综合发电标准煤耗最大可降低26.71 g/(kW·h)。

4 边界层吸气对垂直轴风力机气动特性影响

俞洪静 , 王培麟 , 李春 , 岳敏楠

2025, 40(1).

[摘要](60) [HTML](0) [PDF 14.57 M](56)

摘要:
针对垂直轴风力机运行过程中存在显著流动分离现象,对其叶片边界层施加吸气控制可改善气动性能。为真实反映实际流体属性及尾涡流场,基于计算流体动力学方法,采用高精度三维模拟,对比分析不同吸气控制策略下垂直轴风力机气动性能与流场特性,结果表明：边界层吸气可增强边界层抗逆压梯度能力,令前缘流体在大攻角下依旧附着,延迟流动分离,可有效提升垂直轴风力机气动特性。内侧吸气控制在各尖速比下风能利用系数平均提升78.53%,采用不同策略可大幅提升迎风区叶片转矩,为29.46%。

5 航空发动机VSV调节机构运行试验台设计及试验研究

徐峰 , 孙文龙 , 龚文杰 , 张广辉 , 张苗苗

2025, 40(1).

[摘要](52) [HTML](0) [PDF 15.96 M](49)

摘要:
喘振现象是压气机部件较为常见的故障之一，工程中经常采用可调静子叶片调节机构改变角度进而预防喘振现象的发生。为明确可调静子叶片调节机构的运行特性，满足可调静子叶片调节机构在运行过程中运行特性要求，依托某型航空发动机设计搭建了VSV机构运动特性试验台，开展了在不同速度下VSV机构阻力的专项验证试验，分别得到了不同配合间隙衬套工况下叶片转动角度数据、不同速度工况下调节机构阻力数据。试验结果表明：叶片角度下降行程中变化曲线波动较上升行程更大，叶片级数越高，转动角度范围越小，S0、S4级叶片转动角度分别保持在30°与3°附近。并且在回程阶段驱动力幅值减小且保持较为平稳状态，同时在作动筒驱动上升及下降行程下存在着阶跃现象，S1级下降行程阶跃现象表现更明显，上升行程为约-400 N，而下降行程可达-450 N。试验结果对航空发动机VSV调节机构运行特性的研究具备着一定的参考意义及价值。

6 三级储热的压缩CO₂液态储能系统性能分析

王洪利 , 陈名扬 , 刘浩宇 , 董博

2025, 40(1).

[摘要](50) [HTML](0) [PDF 13.57 M](50)

摘要:
基于能量梯级利用原理,分别提出了双级储热、三级储热高温预热和三级储热高温再热的三种压缩CO₂液态储能系统的余热回收利用方案。建立了该三种储能系统的数学模型并进行了热力学分析,研究了压力和温度对系统的热力学性能影响。结果表明：采用三级储热高温预热的余热回收利用方案,系统性能最优,设计条件下,循环效率为62.3 %,储能密度为20.6 kW.h/m₃^,比采用双级储热和三级储热高温再热的方案循环效率分别高出1.9 %和4.5 %,储能密度分别高出0.6 kW.h/m₃^和1.4 kW.h/m₃^。此外,增大系统压缩过程压差,合理分配换热器的换热比例有利于系统热力学性能的提升。研究结果为压缩CO₂储能系统效率的提高提供了参考。

7 超临界旁路排放小孔稳态流场数值模拟研究

刘宇阳 , 张东洋 , 潘思言 , 张昊

2025, 40(1).

[摘要](53) [HTML](0) [PDF 7.37 M](52)

摘要:
蒸汽排放系统是动力装置的一个重要组成部分,旁路排放箱作为蒸汽排放系统的关键设备,其减压性能主要通过小孔节流来实现,本文针对超临界排放小孔模型开展不同排放参数、不同小孔结构下的节流特性数值模拟研究,建立了小孔超临界压比排放的计算模型,计算结果与理论计算值误差为1.04%,对排放压力5.0 MPa和0.1 MPa两个极端工况进行了模拟,获得了小孔最大马赫数和流量随膨胀比的变化规律及孔径对小孔节流特性的影响,分析了小孔节流减压的作用机理,获得了小孔极限流量值,为旁路排放箱开孔布置提供了设计依据。

8 数值模拟燃气轮机排气扩压器结构对气动性能的影响

p>曾令艳 , 施奇良 , 张华 , 李新元

2025, 40(1).

[摘要](62) [HTML](0) [PDF 13.11 M](63)

摘要:
重型燃气轮机是一种用于发电和工业应用的高效能源转换设备。排气扩压器与上游流场的相互作用及其复杂的几何结构,导致了扩压器内流场特征,影响整个燃机的效率。本文利用数值模拟的方法对某重型燃气轮机排气系统的扩压器结构进行研究,依据静压恢复系数(Cp),总压损失系数(Cpt)和同轴度()等参数评价排气扩压器系统的气动性能。研究得出:支撑板与导片轴向距离变化Cp系数和Cpt系数没有得到提升,气动性能反而下降；支撑板与导片旋转角度增加旋转角度增加的Cp系数先增加再减小, Cpt系数先减小再增加,旋转角度为20°时相较于转角度为0°时的工况Cp系数提高了4.27%, Cpt系数降低了7.71%,且此时系数高,Cp系数径向分布均匀、周向差别小。

9 带槽径向轮缘密封结构对封严性能的影响

程舒娴 , 杜昆 , 李昆阳

2025, 40(1).

[摘要](51) [HTML](0) [PDF 19.47 M](55)

摘要:
采用数值求解三维URANS方程和SST湍流模型的方法,对比了不同径向轮缘密封结构的封严性能。本文设计了的7种带槽径向轮缘密封结构,包括4种横向槽结构、1种轴向槽结构和2种斜向槽结构。与传统的简单径向轮缘密封结构相比,横向、轴向和斜向槽结构均能有效提升封严效率。在本文计算的冷气量范围内,带槽密封结构通过增长流动路径和增强涡流两种方式来增加流动阻力,可使封严效率提高0.2~0.35。在四种横向槽结构中,双槽结构的封严效果优于其他结构,槽数过少和槽宽过窄都会降低封严性能。在轴向和斜向槽结构中,轴向槽结构所需封严冷气量最少,斜向槽倾斜方向影响封严性能,顺转向斜向槽结构封严性能更好。

10 基于振荡能量法的功率振荡在线预警定位系统

盛锴 , 郭思源 , 李帆 , 王锡辉 , 王志杰

2025, 40(1).

[摘要](45) [HTML](0) [PDF 4.32 M](39)

摘要:
功率振荡严重影响电力系统的安全稳定,现阶段火电机组尚缺乏有效的功率振荡就地防控手段,无法及时发现并干预功率振荡。为此设计了基于SVD-Prony的功率振荡特征提取算法、功率振荡预警机制,并基于振荡能量法研究了火电机组功率振荡的定位方法,最终研制了源侧功率振荡在线预警定位系统。应用表明该系统能够有效实现功率振荡监测预警和分析,有利于火电机组功率振荡的就地防控。

11 基于三点法的垂直轴风力机动态失速特性研究

武婧艺 , 石磊 , 竺晓程

2025, 40(1).

[摘要](47) [HTML](0) [PDF 15.69 M](56)

摘要:
针对垂直轴风力机固有的非定常流动特性，以及在小尖速比下存在动态失速的问题，进行了流场数值模拟研究。基于三点法，确定了垂直轴风力机叶片在尖速比为3.35、2.65、2.25和1.85下，不同周向位置处的有效攻角以及升、阻力系数等气动参数，并与名义攻角、多流管法获得的有效攻角进行对比。结果表明：垂直轴风力机在旋转过程中，叶片载荷呈周期性变化。三点法能够成功提取叶片在不同周向方位下计及诱导速度的有效攻角。随着尖速比的减小，叶片有效攻角变化幅度增加，叶片表面会在较早周向方位处发生流动分离，形成大尺度的旋涡结构，而且在下游时叶片还会受到上游尾流脱落涡的影响，使得叶片升、阻力系数等气动参数表现出更复杂的迟滞效应。

12 船用燃气轮机高速滑动止推轴承的设计及试验研究

徐波

2025, 40(1).

[摘要](50) [HTML](0) [PDF 7.65 M](47)

摘要:
本文设计了一种适用于燃气轮机高温、高pv值的可倾瓦滑动止推轴承,建立了热流体动压润滑计算模型,并搭建了全尺寸性能测试试验台,开展了止推滑动轴承稳态特性的理论与试验研究。研究结果表明:可倾瓦块的中间区域是油膜压力的高压分布区,而出油边是高温区,油膜压力的试验值和仿真值基本接近,验证了理论模型的正确性和试验测试的准确性。并通过实机考核,证明了所设计轴承在实际船用燃气轮机中运行的可靠性。

13 风光耦合制氢合成氨系统整体建模与特性分析

孟令轩 , 朱学辉 , 周建新 , 司风琪

2025, 40(1).

[摘要](52) [HTML](0) [PDF 5.92 M](41)

摘要:
以某氢氨谷综合能源一体化项目为研究对象,分析了风光耦合制氢合成氨系统的工作流程,基于光伏发电系统、风力发电系统、质子交换膜电解池、氢储罐系统和合成氨系统建立了系统的整体机理模型。基于SIMULINK实现了系统在四季条件下的整体模型仿真,从风光出力特性、氢氨产率特性和反应器温度特性对系统展开整体特性分析。研究结果表明风光耦合技术可大幅提高系统供能稳定性；质子交换膜电解池的负荷响应速度较快,而合成氨系统则具有约1 h的负荷响应时间,成为制约风光耦合制氢合成氨系统整体负荷响应速度的主要因素；产氢速率通过改变原料气与催化剂的接触时长影响氨合成效率,从而使得其与反应器温度呈负相关关系。

14 基于负压调控的高线速度齿轮风阻功率损失分析

张红 , 黄波 , 杨昌润 , 丁轶群

2025, 40(1).

[摘要](51) [HTML](0) [PDF 9.95 M](47)

摘要:
风阻功率损失在高线速度齿轮总功率损失中占据重要地位，不仅严重影响齿轮系统的传动效率，还会造成巨大的能源消耗。本文提出一种负压调控方法来减小齿轮风阻损失，可与已有的减阻方法串行使用，进一步降低风阻功率损失。基于流体力学相关知识，建立了负压下高线速度齿轮流场特性仿真分析模型，研究了负压环境下齿轮箱体内的流场分布和风阻功率损失情况，获得了负压环境和线速度参数变化对风阻功率损失的影响规律。搭建了线速度达110m/s的高线速度齿轮风阻损失试验台，开展了风阻功率损失试验。结果表明齿面附近高速流动的空气会产生很大的压差力矩，是产生风阻损失的主要原因。风阻功率损失会随着齿轮箱压强的增加而线性增大，随着齿轮线速度的增加而呈现幂指数增大。仿真计算数据在130m/s以下线速度时与经验公式值吻合良好，同时与试验数据的误差不超过10%，验证了负压调控方法的有效性。

15 熔盐储能火电机组自抗扰频率控制

陈羽飞 , 何永君 , 田晓鹏 , 马增辉

2025, 40(1).

[摘要](50) [HTML](0) [PDF 4.27 M](38)

摘要:
熔盐储能技术是提升火电机组深度调峰能力和调频能力的重要技术手段。本文分析了熔盐储能供热机组的动态性能,给出了其运行方式和解耦协调控制策略。从传递函数的角度提出基于误差的一阶线性自抗扰控制(LADRC)可以看作是PI控制和一阶滤波器串联的结构。将模型参数非线性视作总扰动,采用二阶线性自抗扰控制和基于误差的一阶线性自抗扰控制的PID实现形式,完成了熔盐储能供热机组的一次调频控制。仿真结果表明,线性自抗扰控制的PID实现保持了自抗扰控制突出的扰动抑制能力,控制性能和抗扰性能优于传统的PID控制。基于误差的一阶线性自抗扰的PID形式较二阶线性自抗扰的PID形式系统响应速度更快,扰动抑制能力更强。本文提出的方法意义明确,组态简单,拓宽了线性自抗扰控制的工程应用空间。

16 燃气轮机气体燃料控制阀阀壳结构强度分析与改进

王建业 , 史进渊 , 朱志劼 , 范雪飞

2025, 40(1).

[摘要](55) [HTML](0) [PDF 5.68 M](48)

摘要:
为保障自主设计的燃气轮机气体燃料控制阀阀壳结构强度满足要求，以DN80气体燃料控制阀阀壳为研究对象，采用弹性应力分析与塑形设计准则相结合的基本原则，通过有限元分析技术，研究了气体燃料控制阀阀壳在燃气轮机稳态和瞬态工况下的温度场、应力场分布，并对其进行强度校核。气体燃料控制阀设计压力4MPa，设计温度220℃，燃气轮机瞬态工况下天然气热力参数的数据取自某电厂9FA燃气轮机VGC2燃气调节阀的实际运行数据。研究表明：阀壳在燃气轮机稳态额定负荷工况、阀壳设计工况、阀壳水压试验工况和燃气轮机停机工况下强度设计合格；在燃气轮机热态起动工况、温态起动工况和冷态起动工况下应力比分别为1.86、2.00、1.51，均大于校核判据值1.5，强度安全裕度不足；通过结构优化改进，将阀壳出口凸台下圆角部位的圆角由0.5mm增大到2mm，阀壳在燃气轮机瞬态变工况下的应力水平显著降低，提高了结构强度安全余量。

17 叶片前缘型线对SCO2离心压缩机类相变的影响

童志庭 , 李亚男 , 苏宏冉 , 南希

2025, 40(1).

[摘要](48) [HTML](0) [PDF 8.48 M](42)

摘要:
超临界二氧化碳布雷顿循环被认为是下一代核电和能源系统最有潜力的候选者,而离心压缩机是这个循环中最重要的部件之一。压缩机进口工况在临界点附近且位于类液态区域,这会在叶片前缘产生冷凝和类蒸发的可能。采用数值模拟的计算方法,研究了叶片前缘型线对某10MW超临界二氧化碳离心压缩机类相变的影响,进口总温为305.15K,进口总压为7.8MPa。将主叶片前缘设置成不同椭圆轴比的椭圆形前缘,椭圆轴比分别为1：1,2：1,3：1和4：1。数值计算结果表明：增大前缘的椭圆轴比可以削弱吸力峰,使低温低压区域减小,但对叶片吸力面的类蒸发现象却不能起到抑制的作用。从性能方面来看,压缩机的效率和压比都随椭圆轴比的增大而增大,在最高效率点,椭圆轴比最大的压缩机效率提升0.44%,压比提升0.011。

18 射流预冷混排涡扇喷气式发动机热力性能分析

胡可 , 岳晨 , 贺鹏宇 , 严亚芹

2025, 40(1).

[摘要](47) [HTML](0) [PDF 6.80 M](43)

摘要:
为探究射流预冷涡扇发动机热力性能，采用部件法建立了发动机的数学模型，开展了设计点处加力燃烧室燃料转化率对预冷效果的影响研究，分析了沿特定飞行轨迹不同来流工况下发动机喷水后的性能变化规律。结果表明，采用进气道喷水冷却能够有效提升发动机性能；在Ma2.8设计点工况，燃料转化率增加使燃烧更充分，喷水量为4%，燃料转化率从0.8增加至0.96，比冲由20057s增加至22998s，耗油率由0.179kg/(h·N)降低至0.156kg/(h·N)。沿飞行轨迹Ma2-Ma3.2过程中，射流预冷在Ma2.4-Ma2.8范围内对推力等整体性能的改善最佳；为避免来流空气进入风扇压缩时液滴的干扰，随着Ma的增加，水气比的最大值逐渐增大。当Ma大于2.8时，在水气比1%-6%范围内，比冲快速上升，在水气比超过6%后，比冲上升程度减缓。对于Ma3.2工况，水气比低于2%时，比冲因加力燃烧室燃烧效率的提升而有一定的提升；水气比达4%以后，过量水会影响加力燃烧室燃料的雾化蒸发和掺混，导致燃烧效率降低，比冲下降。

19 轴流压气机动叶叶顶非定常流动机理研究

杨锐 , 宋沫儒 , 任兰学

2025, 40(1).

[摘要](51) [HTML](0) [PDF 13.19 M](60)

摘要:
叶顶流场的自激非定常流动普遍存在于压气机动叶内部。本文以非定常数值模拟为基础,通过对比一系列压气机动叶叶顶数值流场的主导频率,对不同工况、不同几何结构压气机叶顶自激非定常流动提出一致的解释模型,以补充现有的叶顶自激非定常流动机理。研究发现,自激非定常的频率及产生位置与叶顶低速团密切相关。在不同的工况下,间隙流动、角区流动及两者的相互作用都会影响叶顶低速团的生成周期及形态,最终决定叶顶自激非定常流动的频率及影响范围。

20 摩擦系数对燕尾形叶根-轮槽静强度的影响

陈良 , 李雪松

2025, 40(1).

[摘要](57) [HTML](0) [PDF 5.51 M](40)

摘要:
为了研究摩擦系数对燕尾形叶根-轮槽静强度的影响规律与机理，以某300 MW F级重型燃气轮机燕尾形叶根-轮槽模拟件为研究对象，针对摩擦系数取值0~1的范围开展了有限元数值模拟，分析了等效应力、法向接触力、切向接触力、滑移量等参数的变化规律及变化原因。结果表明：燕尾形叶根-轮槽最大等效应力随着摩擦系数的增大而先减小后增大，说明设计与安装时接触面摩擦系数的选取并不是一定越小越好；摩擦系数从0.1增大到0.5，燕尾形叶根-轮槽最大等效应力增大30.45%，可见燃机运行中接触面摩擦系数的增大对叶根-轮槽危害较大；当摩擦系数小于0.5时，摩擦系数的影响较大，当摩擦系数大于0.5时，由于接触面摩擦状态由滑移逐渐变为粘着，摩擦系数的影响逐渐减弱；摩擦系数对燕尾形叶根-轮槽静强度的影响通过接触面上法向接触力、切向接触力、摩擦状态的共同作用来实现，齿面所有位置的等效应力峰值随着法向接触力减小而减小，倒角等效应力峰值及其邻近接触面边缘的等效应力峰值随着切向接触力的增大而增大。

21 近临界CO2冷却传热特性试验研究

文章权 , 范志伟 , 肖刚 , 樊建人

2025, 40(1).

[摘要](64) [HTML](0) [PDF 13.46 M](45)

摘要:
CO2热泵系统具有环保、紧凑的特点,且在低温环境下的制热性能优异。CO2热泵系统放热侧通常工作在近临界区域附近,研究近临界CO2的冷却传热特性是二氧化碳热泵系统设计的一个关键技术问题。本文在管径为2mm的水平圆管中进行近临界CO2的冷却传热实验,实验流量范围200~400kg·m-2·s-1。结果表明,相同压力下CO2换热系数在准临界温度附近变化最为剧烈,随着压力远离临界压力,CO2换热系数在准临界温度附近的变化趋势变缓。在平均温度远离准临界温度的区域,CO2换热系数的变化趋势变为平缓,并且相同流量下不同压力的CO2换热系数在相同温度下接近相同。此外,本文拟合了CO2在温度28~55℃,压力7.5~12MP范围内的传热关联式。在准临界温度以下区域,关联式91.3%的预测值与实验值之间的偏差在±15%以内；在准临界温度以上区域,关联式93.9%的预测值与实验值之间的偏差在±15%以内。

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