2025年第40卷第3期文章目次

姜睿琦 , 罗磊 , 纪福森 , 闫晗

2025, 40(3).

[摘要](105) [HTML](0) [PDF 6.45 M](53)

摘要:
受高温、高压和离心力共同作用，航空发动机叶型在工作状态（热态）下会与加工状态（冷态）产生差异。为了消除这一差异对叶片气动性能的影响，本文搭建了叶片热态-冷态仿真转换流程：利用APDL实现有限元计算后叶片数据的自动传递，并通过自编程序解决了叶型离散数据点混乱和光顺性不足的问题，构建了拟合求取二维叶型参数和叶型重合度评估检验的方法。以某轴流压气机叶片为研究对象，进行叶片在离心、气动、温度载荷作用下的预变形设计，将气动设计叶型经热态-冷态变形转化为加工叶型，并对方法准确性进行评估。结果表明该转换方法精确度高，叶型效率偏差小于0.1%。本文研究补充了有限元计算后叶型参数获取、拟合、重新参数化设计的空缺，能够提升考虑冷热态下叶片设计的效率，具备工程应用意义。

2 基于图灵斑图的仿生自组织散热结构及其流热性能分析

李靖楠

2025, 40(3).

[摘要](83) [HTML](0) [PDF 12.06 M](47)

摘要:
随着发动机性能的提升，涡轮进口温度已远超材料熔化温度，传统的内部冷却结构如针肋、表面凹陷和扰流肋等已经逐渐无法满足涡轮叶片冷却需求。本文提出一种基于反应-扩散系统的自组织几何生成方程，通过对方程参数的调整生成不同的换热结构，并通过CFD模拟对其流热性能进行评估。结果显示，通过该方程生成的结构相比传统针肋结构具有更高的三维自由度，并且通过结构的生长能更有效的控制流体分配，消除流动死区，从而有效地提升温度均匀性。

3 考虑燃机运行安全性的排气温度控制策略优化

李雷

2025, 40(3).

[摘要](82) [HTML](0) [PDF 1.45 M](57)

摘要:
排温控制是确保燃机稳定安全运行的关键，为解决气体燃料波动导致燃机在基本负荷下运行超温问题,提出多种考虑机组运行安全性的基于前馈与反馈协同的排气温度控制策略。以新奥动力E135微型燃气轮机发电机组为对象,建立了燃机与排气温度控制联合动态仿真模型,并综合机组稳定性设计了适应度函数,借助粒子群寻优算法确定了不同排温控制策略的最优参数,对比了所提不同控制策略在燃机基本负荷工况下分别受到10%、20%燃气扰动的响应特性。结果表明,基于一次补偿的排温控制策略效果最佳。为了进一步验证最优控制策略的工程实用性,完成了在该型号机组真机测试,一次补偿策略可使机组有效响应基本负荷工况下10%以下的燃气扰动,提升了机组运行安全性,为微小型燃机控制系统设计或同行提供了工程参考价值。

4 基于内肋结构的大型风力机叶片轻量化设计

范士杰 , 寿昊楠 , 缪维跑 , 李春 , 岳敏楠

2025, 40(3).

[摘要](70) [HTML](0) [PDF 15.68 M](53)

摘要:
大型化风力机叶片质量的快速增加将导致系统结构遭受诸多挑战,故有必要针对风力机叶片开展轻量化设计。论文提出应用于风力机叶片的内肋结构,参考植物叶脉及飞机机翼建立四种不同内肋构型,结合铺层设计实现叶片轻量化,并对叶片在极端风况不同偏航角下结构性能进行分析以验证其可靠性。结果表明：较传统叶片,平行内肋叶片分别减重2.81%与3.37%,而叶脉仿生内肋叶片重量分别降低6.9%和7.7%,且所有叶片均能满足刚度、强度和稳定性的结构需求；叶脉内肋叶片的挥舞位移较传统叶片均减小,而四种内肋结构叶片的摆振位移均增加；叶脉仿生内肋叶片的表面最大应力增大,平行内肋叶片表面最大应力减小；各内肋叶片腹板最大应力均增加,但并未超出材料极限；仿生叶脉内肋叶片屈曲因子有所降低,但总体仍满足稳定性要求。

5 串列叶片轴向扩压器的周向位置差对离心压气机的性能影响研究

童志庭 , 裴鸿洋 , 张经伦 , 杨鑫 , 鞠鹏飞

2025, 40(3).

[摘要](66) [HTML](0) [PDF 10.58 M](39)

摘要:
为研究串列叶片前后排的周向位置对离心压气机性能的影响规律，采用数值模拟的方法对涡喷发动机离心压气机进行串列设计，在周向位置RCP为0.2、0.4、0.6和0.8时，对离心压气机级性能分析。研究结果显示，在设计流量下，串列式轴向扩压器后排叶片的周向位置为0.8时，其效率和总压比均较其他周向位置的串列式扩压器更高，分别达到了82.4%和4.185。相较于原模型离心压气机，该优化方案使得效率提高了约6.3%，总压比提高了0.125，较好地改善后排叶片的流动状态，减小流动分离，提高扩压能力。

6 基于瞬时傅里叶变换和注意力时序卷积神经网络的滚动轴承故障诊断方法

王一凡 , 张万福 , 丁勤卫 , 许子非 , 李春

2025, 40(3).

[摘要](67) [HTML](0) [PDF 12.19 M](42)

摘要:
针对传统故障诊断方法在应对复杂工况和多样化故障模式时面临准确性和可靠性方面的问题，提出一种基于瞬时傅里叶变换（Short-Time Fourier Transform, STFT）和注意力时序卷积神经网络（Attention Temporal Convolutional Neural Network, ATCNN）的滚动轴承故障诊断方法。在对滚动轴承故障特征分析基础上，利用STFT提取滚动轴承的振动信号作为特征参数并构建故障诊断样本，通过在卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）中嵌入卷积块注意力模块（Convolutional Block Attention Module, CBAM）和长短期记忆网络（Long Short-Term Memory, LSTM），增强对滚动轴承故障的特征提取能力和序列建模能力，实现故障诊断准确性。以凯斯西储大学轴承数据集为例，与基准CNN、CNN-LSTM和CNN-CBAM的故障诊断方法进行对比分析，结果表明:基于STFT和ATCNN的滚动轴承故障诊断方法在多样化故障模式下取得了显著的性能提升，能够更准确地识别滚动轴承的故障类型。

7 基于k-means的PKO-KELM的超短期光伏功率预测

张帅 , 张继红 , 李兆泽

2025, 40(3).

[摘要](68) [HTML](0) [PDF 3.69 M](40)

摘要:
针对光伏出力的间歇性、随机性且用传统方法难以准确预测的问题,提出一种基于花斑翠鸟优化算法优化核极限学习机(Kernel Based Extreme Learning Machine,KELM)的光伏短期功率预测模型。首先采用皮尔逊相关系数选取影响光伏发电功率的主要特征因素并基于相似日理论对天气类型进行聚类；接着,采用变分模态分解法对分类后的原始数据进行分解为多个子序列,从而减少随机波动分量对数据的影响；然后利用斑翠鸟在觅食过程中的自然行为来进行优化KELM模型的核函数参数和正则化系数；最后,利用KELM模型建立历史数据之间的时间特征关系,得到光伏发电功率预测结果。结果表明,所提方法能够达到0.99的决定系数,较其他算法有更好的拟合效果；模型的预测时长仅1mim,预测效率有很大提升。

8 压气机静叶多工况联合优化设计方法研究

吴华州 , 蔡金名 , 酒鸣慧 , 迟志东 , 王仕敏 , 姜斌

2025, 40(3).

[摘要](57) [HTML](0) [PDF 8.57 M](40)

摘要:
通流优化是提升压气机性能的重要途径，针对燃气轮机的环境/工况适应性问题，设计目标的表述和优化变量选取至关重要。本文借助三维数值模拟手段和寻优算法，研究了燃气轮机压气机叶片最大挠度、最大挠度位置、最大厚度、最大厚度位置等参数对叶片变工况性能的影响规律。以拓宽三维叶片攻角适应性为目标，开展了三维叶片的优化设计，分析和总结了不同截面叶型参数的分布特征，探讨了宽适应性压气机叶片表面的气动布局和损失机理。研究结果表明:在两倍损失攻角范围内，中弧线挠度大小对气动损失的影响要大于挠度位置，最大厚度相对位置的影响则要大于最大厚度值，优化后叶片在零攻角与正负6°攻角下的总压损失降幅分别达到3.52%、9.31%、11.32%。

9 660MW超超临界机组直接空冷凝汽器的动态建模与仿真

刘湘璐 , 康英伟 , 于会群 , 杨平

2025, 40(3).

[摘要](71) [HTML](0) [PDF 2.33 M](45)

摘要:
摘要：为认识直接空冷凝汽器的动态特性，以某660MW超超临界机组的双“A”型直接空冷凝汽器为研究对象，在充分了解其工艺流程和结构特点的基础上，通过机理分析和合理简化，采用集总参数模块化建模方法，建立其动态数学模型，结合现场数据验证了模型准确性，并在汽轮机最大连续出力（Turbine Maximum Continuous Rating，TMCR）工况下对凝汽器动态特性进行仿真。仿真结果表明：仿真出的各种扰动下直接空冷凝汽器各参数的变化趋势均能通过机理分析给予合理解释；在各种扰动下，换热单元换热管束内总压和其换热管束外空气出口温度之间变化呈正相关关系；在同一扰动输入下，各换热单元换热管束内总压和换热管束外空气出口温度变化趋势相同，但在变化幅度上存在差异。本文的工作有助于加深对直接空冷凝汽器动态特性的认识，并为优化直接空冷系统的设计、控制及运行打下理论基础。

10 全凝烟气余热驱动吸收式热泵系统优化分析

姚彬 , 张欣

2025, 40(3).

[摘要](65) [HTML](0) [PDF 3.64 M](34)

摘要:
利用烟气多段换热和烟-水直接接触换热技术,开发适用于天然气燃气装置的低品位烟气余热回收系统,并设计了一套全凝烟气余热驱动吸收式热泵系统。通过能流分析和变设计工况分析,对系统进行工艺流程及设计参数的优化和夹点分析优化。结果表明,优化后系统的COP和供热水温度均高于一般单效吸收式热泵系统,尤其燃气-蒸汽联合循环余热锅炉的烟气余热回收,实现热电联产,供热成本低于一般的燃气供热电站。但实际应用中,驱动热源的热能不足的问题尚未得到有效解决,通过分析热泵节能运行模型特点,并联运行吸收热泵能提高系统整体性能,而采用电能和热能互补驱动的热功复合驱动热泵,有望解决系统驱动热源不足的问题。

11 基于iTransformer-KAN和DTW的给水泵双重故障预警研究

黄俊清 , 茅大钧

2025, 40(3).

[摘要](79) [HTML](0) [PDF 17.18 M](37)

摘要:
当前火电厂中的汽动给水泵普遍采用单预警模型,有误报、漏报的风险,而给水泵的故障会给汽水系统带来严重的影响。对此提出了一种双重故障预警的健康度评价模型。首先利用斯皮尔曼(Spearman)相关性分析筛选相关的特征参数作为输入,并通过双树复小波包变换(DTCWPT)对给水泵的振动数据进行降噪处理,提升输入数据的质量。其次,对iTransformer模型加以改进,建立了iTransformer-KAN故障预警模型,对给水泵驱动端轴承温度进行预测。最后,基于朗肯循环确定了给水泵的核心故障监测参数,并基于时间动态规整(DTW)映射出期望给水流量与实际出口流量的偏离度。在计算出预测残差值和实时偏离度值的基础上,基于核密度估计法(KDE)设定阈值,实现故障预警的功能；同时,为方便运行人员做出决策,构建健康指数指标,直观地展现出给水泵的运行状态和机组状态等级的变化。实验结果表明,所提出的方法在实际数据上的表现优异,预警效果优于其他对比模型,能够有效评估给水泵的运行状态,保障机组的安全运行。

12 光煤互补热电联产电厂耦合储热系统调峰性能研究

肖卓楠 , 安尧 , 刘英琦

2025, 40(3).

[摘要](59) [HTML](0) [PDF 10.17 M](41)

摘要:
针对太阳能间歇性导致光煤互补热电联产机组在不同时段机组调峰容量相差较大问题,以某电厂300 MW热电联产机组为研究对象,利用Ebsilon Professional软件搭建耦合储热光煤互补热电联产机组,基于典型日实际气象数据,讨论储热系统对光煤互补热电联产机组调峰性能的影响。结果表明,耦合储热后光煤互补热电联产机组运行更稳定,调峰容量只受到储热罐与导热油温差影响产生小幅波动,同时机组调峰容量得到了显著的提高,供热功率越大调峰容量提高越明显。在火电机组最小运行方式下,太阳能辐射功率最大时耦合储热后光煤互补热电联产机组调峰容量提高37.87%,夜间耦合储热后光煤互补热电联产机组调峰容量提高140.62%；耦合储热后光煤互补热电联产机组在额定供热功率下15:30、00:00调峰容量分别提升9.54%、29.42%。在机组最小运行方式下15:30、00:00调峰容量分别提升43.02%、147.71%；耦合储热机组调峰补偿收益更明显,无储热机组由于集热器热损失的影响夜间调峰补偿收益略低于原始热电联产机组。

13 基于中间点焓值预测的超临界锅炉过热蒸汽温度控制优化

梁五洲 , 崔智鹏 , 马素霞 , 徐婧

2025, 40(3).

[摘要](64) [HTML](0) [PDF 6.14 M](42)

摘要:
针对超临界燃煤锅炉调峰运行引起的过热汽温波动大、控制难度增加的问题,提出了基于中间点焓值预测的超临界燃煤锅炉过热蒸汽温度控制优化策略。首先,以历史运行数据为驱动,结合灰狼优化与极端梯度提升组合算法构建中间点焓值的预测模型；接着,采用自回归模型辨识给水流量扰动试验数据,获得不同工况下的给水流量动态响应特性与阶跃响应序列；然后,采用模糊加权方法设计多模型动态矩阵控制器,将中间点焓值的预测值作为前馈信号引入来优化过热汽温控制策略；最后,以某在役600MW超临界锅炉为研究对象进行分析,结果表明,提出的中间点焓值的预测模型误差在(?1%, 1%)之间,基于中间点焓值的预测的过热蒸汽温度控制优化策略可使过热汽温动态偏差控制在±5 ℃以内,提高了过热汽温的控制品质。

14 300MW空气透平机组主-调阀阀壳强度分析

高开楠 , 苏小云 , 舒伟林 , 王炜哲

2025, 40(3).

[摘要](59) [HTML](0) [PDF 4.95 M](42)

摘要:
采用Fluent软件对直管与弯管模型进行流固耦合与经验公式导热计算对比分析,得到两者温度分布差异；利用Abaqus软件对某空气透平机组高压阀阀壳进行有限元计算,得到阀壳在环境冷态启动阶段温度与Mises应力分布规律；利用Neuber理论修正线弹性模型,从而对阀壳进行疲劳寿命估计。结果表明:直管模型经验公式计算得到的温度相对误差为0.134%,弯管模型的相对误差为0.200%；阀壳中某些位置在环境冷态启动中由于温差产生很大的局部应力；阀壳一次环境冷态启动的寿命损耗率为0.02114%。

15 解耦式扭转异型涡发生器的换热特性及性能分析

许翔 , 韩中合

2025, 40(3).

[摘要](58) [HTML](0) [PDF 20.17 M](45)

摘要:
为了提高热力发电系统的热效率提高能源利用率,提出了一种新型解耦式扭转异型涡发生器,在保持中心部件不动的同时,分别控制每个叶片的扭转角度,使涡发生器的布置更加灵活以适应不同的流动条件。旨在通过改善管内流体的流动特性,增强传热效果。在雷诺数为6000-20000的范围内研究了新型涡发生器叶片形状,叶片攻角β,叶片前后沿比值H/H1,布置间距P对流动传热特性的影响,对比了结构参数对Nu,摩擦因子f,综合换热性能PEC以及协同角θ的作用。结果表明:涡发生器强化了管道核心流动和边壁流动,增强了整个管道的换热效果,比光滑圆管Nu提高了45.74％~46.49％。梯形叶片涡发生器的PEC最好,比矩形增大4.19％~9.62％,比三角形增大1.41％~2.57％。β和H/H1的增大均会使Nu和f增大,场协同角变小,在β=90°时,平均协同角θm最小可达84.22°,PEC最优为1.17~1.30。在H/H1=0.61、P=85 mm时,PEC最优可达1.21~1.31。在模拟数据的基础上,利用β、H/H1、P构建了Nu和f的相关性表达式,模型预测与实际数据吻合度较高。

16 自力式恒压压缩空气储能系统热力学特性

王光磊 , 苗井泉 , 徐震 , 黄汝玲

2025, 40(3).

[摘要](61) [HTML](0) [PDF 3.76 M](45)

摘要:
压缩空气储能技术是应对新能源电力大规模并网消纳问题的可行途径之一。针对传统恒容压缩空气储能系统的空气节流损失、储气室容量浪费等弊端，构建了基于抽水补偿的自力式恒压压缩空气储能系统，建立了压气机、膨胀机、换热器、储气室、水泵/水轮机等部件模型，研究了系统的稳态热力学性能。结果表明：相比同构型绝热压缩空气储能系统，自力式恒压压缩空气储能系统性能显著提高，且与储气压力、水泵进口压力和水轮机出口压力相关。当储气压力等于4.2MPa时，新系统的往返效率和储能密度分别增加1.62个百分点和5.72%，而当储气压力达到7.2MPa时，新系统的储能密度增加2.12倍。

17 热泵-压缩机联合蒸汽发生系统性能分析

殷航 , 应仕诚 , 刘广彬

2025, 40(3).

[摘要](66) [HTML](0) [PDF 15.95 M](50)

摘要:
高温蒸汽是加热、清洗等工艺流程的重要原料，采用热泵-压缩机联合系统是制备小规模高温蒸汽的有效手段。基于此建立了一个带经济器和内部换热器的热泵-压缩机联合蒸汽发生系统数学模型，选用R245fa、R600和R601作为热泵循环的工质。分析了热源温度(60-80℃)、冷凝温度(110-130℃)和蒸汽发生侧给水温度(25-45℃)对系统性能的影响，另外还分析了系统的运行经济性与环境效益。结果表明，系统COP随热源温度的升高而升高，但随冷凝温度和给水温度的升高而降低，采用R601工质的系统COP最高，最大COP为2.59，相较于R245fa和R600分别提升了约3.4%和3.9%。单位耗功产汽量随热源温度和给水温度的升高而增大，随冷凝温度的升高而降低，其中使用R601工质的系统单位耗功产汽量最大，为3.57 kg/kWh。系统总功耗随热源温度升高而降低，随冷凝温度升高而升高。系统的运行经济性与燃煤锅炉相近，但明显优于燃气锅炉，环境效益优于燃煤锅炉。

18 隔热屏对双喉道气动矢量喷管影响数值研究

丁浩元 , 周骏飞 , 徐惊雷 , 付佳宁

2025, 40(3).

[摘要](62) [HTML](0) [PDF 14.10 M](48)

摘要:
以某型双喉道气动矢量喷管为研究对象,采用在喷管收缩段内壁面布置隔热屏的冷却方式,基于Realizable k-ε模型的雷诺时均方法,数值研究了隔热屏与壁面间距(Δl=1mm,2mm,3mm)、尾部翻边结构对喷管壁面冷却效率及矢量性能的影响,并在Δl=2mm下进一步研究了隔热屏气膜孔对喷管冷却及矢量性能的影响。比较了喷管壁面冷却效率分布云图及对称面流线图,探究了隔热屏与壁面间距、翻边结构和气膜孔等对于冷却效率及矢量角的影响机理。结果表明:随着隔热屏与壁面间距的增加,承受热负荷最重的凹腔上壁面冷却效率从0.387增加至0.899,但喷管矢量角损失也从0.79°增大到1.64°,增加隔热屏尾部翻边结构可提升凹腔上壁面冷却效率并减少隔热屏对喷管矢量性能的不利影响。开设隔热屏气膜孔可进一步提高凹腔侧壁面冷却性能并减小矢量角损失。

19 稳焰器对增压锅炉旋流燃烧器冷态流场影响的数值模拟

张贺铭

2025, 40(3).

[摘要](74) [HTML](0) [PDF 10.93 M](38)

摘要:
为研究稳焰器对增压锅炉旋流燃烧器冷态流场的影响，建立了带小孔稳焰器的旋流燃烧器三维模型，基于Fluent软件，采用Realizablek-ε模型探究不同锅炉负荷（100%、50%、30%）、不同稳焰器尺寸（100mm、120mm、150mm）及稳焰器不同位置（0mm、10mm、20mm）对于速度及回流区等特性的影响，结果表明：在其他参数固定的条件下，随着锅炉负荷的降低，燃烧器内气体流速减小，流速最大值由140m/s减小到45m/s；回流区的长度及最大直径随负荷变化很小。在其他参数固定的条件下，稳焰器的尺寸越大，燃烧器内空气流速最大值越高，最大值最高约为160m/s，气体流动的扩散程度减小，收缩程度加大；稳焰器的尺寸加大，回流区长度由390mm增大到480mm，但回流区最大直径减小，由215mm减小到195mm，这表明回流区长度与稳焰器尺寸成正比，回流区最大直径与稳焰器尺寸成反比。对于带有小孔的稳焰器，存在小孔倒流现象，随着稳焰器尺寸增大，小孔倒流现象减弱，在实际应用中应选择合适口径燃烧器，避免该现象发生，降低稳焰器小孔因高温烟气回流而结焦的可能性。随着稳焰器出口平面到喷油器出口截面距离加大，燃烧器内空气流速最大值几乎不变，回流区长度及最大直径微弱增大。

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