2025年第40卷第5期文章目次

王振环 , 崔然成 , 胡红艳 , 邓立君

2025, 40(5).

[摘要](59) [HTML](0) [PDF 8.98 M](25)

摘要:
为了确定不同形状和级数组合的换热器对烟气消白系统传热性能的影响,采用了空气焓差法测试换热器的综合性能,并结合Solidworks Flow Simulation软件进行换热性能模拟分析。计算了换热器的制冷能力、温度和压力分布,并将模拟结果与实验测试结果进行了比较,发现其误差均在15%以内。实验和模拟结果表明：在相同条件下,波纹形换热器的制冷性能优于蜂窝形换热器,提高了8.8%～39.5%。此外,波纹形换热器的空气侧出口温度和压降分别降低了1.2%～4.8%和15.1%～7.7%。随着级数组合的增加,对流传热的影响使得空气侧出口温度明显降低,特别是波纹形换热器的制冷能力上升更加明显。本研究为烟气消白系统中换热器的工程应用和设计提供了一定的参考价值。

2 基于正余弦优化算法的多区域多电源互联电力系统负荷频率控制

李英 , 王金平 , 刁怀佳 , 张春晖

2025, 40(5).

[摘要](48) [HTML](0) [PDF 2.18 M](32)

摘要:
为进一步提高多区域多电源互联电力系统负荷频率闭环调节的性能,以两区域包含火电、水电及燃机等多个发电单元的互联电力系统为模型,提出了用正余弦优化算法对各发电单元的控制器进行动态优化的策略,对两区域发电功率为2000MW、负荷为1740MW的互联电力系统的负荷频率控制系统进行了建模,研究了以绝对误差的积分准则(ITAE)为优化约束函数,对两区域电力系统中的火电、水电以及燃机的负荷频率PID控制器参数动态优化模型,并分析了经过优化后控制器调节特性。研究表明：在区域内施加1%扰动条件下,控制器的调节时间约为2s,最大超调为0.0009pu,区域内频率偏置系数变化50%条件下频率最大超调约为0.003 pu,调节时间为2.6s,区域内发电单元调整系数变化50%,区域频率最大超调约为0.001 pu,调节时间约为2.5s。

3 某船舶汽轮机进汽管噪声分析及改型应用

宋少雷

2025, 40(5).

[摘要](53) [HTML](0) [PDF 3.77 M](22)

摘要:
动力装置的噪声是影响舱室工作环境的直接因素，为降低某新型汽轮机的运行噪声，本文采用数值计算与试验验证的方法，对其进汽管原方案和改型方案进行了流动与噪声分析，并得到了现场噪声实测支撑，验证了噪声分析方法的可信性。计算与试验结果均表明，改型方案气动及噪声特性优化效果明显，原方案等径直角三通输送流体时交接处会产生较强的低速漩涡，产生噪声约101.3dB。改型方案异径135度非标三通在交接处低速漩涡消失，产生噪声水平约50dB

4 计及不确定性与需求响应的综合能源系统优化

杜深慧 , 曹士靖

2025, 40(5).

[摘要](46) [HTML](0) [PDF 16.36 M](27)

摘要:
为增加可再生能源的吸收能力和缩减碳排放，提出了计及不确定性与需求响应的综合能源系统优化方案。首先，构建综合能源系统的总体架构，建立数学模型；其次，针对源荷两侧不确定性因素，采用拉丁超立方抽样法和基于改进K-means聚类算法进行处理；设计了一个双层优化模型，在MATLAB环境下，采用改进BAS-GA算法结合基于Yalmip平台下调用CPLEX 12.10求解器进行求解；最终，通过对比不同方案下的系统规划及运营费用，进行实例验证。结果表明，相较于实施综合需求响应措施前，电力负荷、热负荷、氢负荷的峰谷差分别降低了16.8%、14.9%及13.6%。在采纳IDR方案之后，光伏、蓄电池和电锅炉的规模上均较前者有所降低，具体减少幅度为13.54%、21.83%和11.16%。实施IDR措施可以使整体配置降低313kW，这进一步证明了该方案在降低系统配置规模方面的有效性。

5 涡流发生器间距对矩形吸收器流动换热性能影响

赵雨涵 , 张海林 , 詹银晓

2025, 40(5).

[摘要](48) [HTML](0) [PDF 9.09 M](22)

摘要:
为了探讨涡流发生器间距对矩形吸收器换热性能的影响。研究采用了TiO2-Cu水基纳米流体作为传热流体,在矩形吸收器内部布置了穿孔挡板涡流发生器。利用FLUENT软件进行数值模拟,分析了不同穿孔挡板安装间距以及穿孔直径对吸收管内部流体流动和传热性能的影响,结合涡结构、边界层理论以及场协同原理对强化传热机理进行解释,并给出强化传热效果最佳的涡流发生器结构参数。研究表明：涡流发生器间距的改变对流动结构影响较大,较小的间距拥有强度较大的回流区纵向涡,主流被限制在吸收管中心。对于较大的间距,回流区形成横向涡并裹挟主流冲击受热壁,充分促进吸收管内的流体混合和能量交换。综合换热性能随着间距的增加表现出先增大后减小的趋势,当挡板间距为0.75H,穿孔直径2.5 mm时,吸收器内部具有最好的强化传热效果。

6 电机定子热功耗对离心泵空化特性的影响

曹子睿 , 刘锦涛 , 罗磊 , 闫晗

2025, 40(5).

[摘要](42) [HTML](0) [PDF 9.57 M](22)

摘要:
为研究电机定子热功耗对以全氟三乙胺为工质的空间离心微泵空化性能的影响,本文基于Z-G-B空化模型,首先对比了不同空化数下考虑热效应与不考虑热效应的数值计算结果,并在工质物性随温度变化的基础上,探究了不同的电机定子热功耗输入对离心微泵空化特性的影响。结果表明,热效应会显著抑制空化的发展,其影响不可以忽略。在考虑热效应的基础上,离心微泵空化特性受冷却回路结构限制,并没有随着热源输入的增大而发生明显变化。

7 考虑固定/移动储能的综合能源系统光伏消纳能力研究

张洋瑞 , 王洪莹 , 冯波 , 宋亚奇 , 韩桂楠 , 张冰玉

2025, 40(5).

[摘要](37) [HTML](0) [PDF 2.15 M](17)

摘要:
为了实现农业农村地区光伏发电的最大化消纳,本文构建了含有分布式光伏、微型燃气轮机、余热锅炉、燃气锅炉、电锅炉、固定式储能系统、移动式储能(电动汽车)和农业自然村的综合能源系统(IES)。以光伏消纳率最高为目标,同时考虑系统运行成本,并结合能源平衡约束、能源购买约束、设备运行约束、固定式储能约束和电动汽车约束。为了对比分析固定式储能和电动汽车对IES光伏消纳率的影响,设立了考虑不同固定式储能容量配置和电动汽车数量的6种场景,通过对比分析发现,借助固定式储能和电动汽车,可以使光伏消纳率由67%提升到100%,同时确保IES的经济性。

8 考虑柔性负荷和碳交易机制的微电网运行优化

刘立衡 , 王金平 , 华山

2025, 40(5).

[摘要](35) [HTML](0) [PDF 2.25 M](22)

摘要:
本文针对某微电网运行模型，设计了考虑运行成本、排放成本、柔性负荷成本和碳交易机制成本的多目标函数，针对不同目标的组合方式，设计了微网运行的四种方案。仿真优化时，针对传统引力搜素算法进行了改进，为防止算法寻优过程中陷入局部最优，过早收敛，设计了多种群引力搜素算法。仿真结果表明，多种群引力搜素算法的优化结果明显优于遗传、粒子群和狼群等经典算法。此外，对四种方案的优化结果的比较，也说明了在微网系统中引入柔性负荷和碳交易机制，可有效提升微网运行的经济性。

9 基于不同布局的大型垂直轴风力机气动性能研究

谢龙君 , 黄浩达 , 岳敏楠 , 缪维跑 , 刘青松 , 李春

2025, 40(5).

[摘要](41) [HTML](0) [PDF 16.79 M](19)

摘要:
垂直轴风力机(VAWTs)集群布置可提高风场整体功率密度,且通过合理布局在有限占地面积下实现更高的功率输出并降低度电成本。本文以三叶片H型VAWT为研究对象,采用数值模拟并结合正交设计方法优化研究了两台相同VAWT在三维风场中交错、并联及串联三种布局下的流场特性、转矩系数及风场性能因子。结果表明：对于交错布局,来流与风轮轴心连线夹角、风轮间距及风轮旋转方向对气动性能有着不同程度的影响,并通过不同因素影响程度优化得出最优交错布局；当两风轮间距为特定值时,并联布局的性能因子高于交错布局；当风轮间距超过此特定值时,最优交错布局输出功率高于并联布局；串联布局会导致性能因子下降,从而降低VAWT的输出功率。

10 燃煤机组对电网的灵活性支撑:冷端优化协同负荷调整

祝令凯 , 钟子威 , 巩志强 , 郑威 , 梁凯 , 郭俊山 , 宋继伟

2025, 40(5).

[摘要](46) [HTML](0) [PDF 12.90 M](24)

摘要:
当前,燃煤机组对电网的重要支撑体现在负荷调整的灵活性。本文探讨了燃煤机组冷端运行优化协同负荷调整的可行性,以提升机组负荷调整的灵活性和响应AGC辅助服务的能力。依托330MW燃煤机组,建立了冷端系统动态模型。分析结果表明,对于夏季典型日,冷端优化可使参考机组平均背压由7.31kPa降至6.02kPa,提升供电量56.6MW.h,一定程度上提升了机组负荷调整能力,电力现货市场收益提升22215元。引入冷端优化跟随负荷调整,可提升机组AGC响应能力。背压较低时(7.3kPa),引入冷端优化跟随AGC指令,降负荷效果好,响应-3%Pe/min指令,综合性能指标Kp从2.96升至5.03。背压较高时(11.8kPa),冷端优化适用于跟随AGC指令升负荷,响应+3%Pe/min指令,综合性能指标Kp从3.66升至5.28。

11 15MW风力机停机状态下叶片失速颤振分析

陈雪轲 , 连波 , 竺晓程 , 沈昕 , 欧阳华 , 杜朝辉

2025, 40(5).

[摘要](33) [HTML](0) [PDF 6.86 M](16)

摘要:
随着风力机叶片的大型化和柔性化，叶片气弹问题面临极大挑战。由于风力机在自然环境中工作，不但需要考虑正常运行工况的安全稳定性，还需要考虑停机工况，因此论文通过OpenFAST对IEA 15 MW风力机叶片在停机工况下的失速颤振问题开展了数值研究。结果表明：45 m/s均匀风速下，具有实际结构阻尼的叶片在-60~-17°和10~78°偏航风向范围内会发生大振幅的失速颤振；针对50°和-35°两个典型颤振风向进行分析，发现风向为50°时存在大小为31m/s的临界风速使叶片振幅突增，而风向为-35°时叶片振幅随风速增大呈对数增加，不存在突增过程，表明在正负偏航风向下叶片呈现出不同的振动失稳过程；湍流风下，湍流强度对正风向的影响大于负风向，增大来流湍流强度会使风向50°时叶片颤振临界风速减小。

12 舰船燃气轮机压气机各级导静叶角度偏离最优对其特性的影响分析

徐汉卿

2025, 40(5).

[摘要](42) [HTML](0) [PDF 12.43 M](16)

摘要:
在舰船综合电力系统中，武器上舰对原有提供动力的舰船燃气轮机运行性能提出更高要求。原有的轴流压气机导/静叶调节规律需要适应电力系统快速变化的复杂工况，以扩大燃气轮机高效运行范围。为此，基于原有最佳导/静叶调节规律，细化研究各级导/静叶角度变化对于压气机性能的影响规律。本文以NASA74A型轴流压气机为研究对象，针对原有最佳导/静叶调节规律，研究不同转速下导/静叶偏离最佳角度变化（0～±15°）对压气机特性和稳定工作范围影响规律。分析表明：在60%额定转速下，当进口导叶和前两级静叶偏离最佳角度±5°时，压气机最高效率点变化不明显，最高效率总压比偏差1%以内。但+5°偏转使得压气机稳定工作范围扩大，喘振裕度有所提升；在-5°偏转时，压气机稳定工作范围缩小，喘振裕度也下降约1.3%。此外，在60%～100%额定转速范围内，导/静叶分别偏转±5°时压气机特性曲线偏离最佳角度特性逐渐增大，尤其对于80%额定以上转速的特性，由于流道内激波的出现将使得压气机最高效率降低，相比于进口导叶角度偏转，前两级静叶角度偏转对压气机特性影响更大，且转速较高时应选择较小的导/静叶偏转角度。上述研究成果对舰船综合电力系统燃气轮机运行特性的优化具有指导意义。

13 供热回水温度对CO₂跨临界热泵系统性能的影响研究

史维秀 , 周俊伟 , 张振 , 吕一帆 , 潘利生

2025, 40(5).

[摘要](38) [HTML](0) [PDF 8.99 M](20)

摘要:
环境温度和热用户实际用热情况会影响供热回水温度,进而显著影响CO₂跨临界热泵系统性能。针对这一变工况问题,建立了CO₂跨临界热泵系统理论分析模型,采用理论分析方法考察了常规CO₂跨临界热泵系统和带回热器的CO₂跨临界热泵系统在不同供热回水温度下供热温度、制热性能系数COP_h等性能参数的变化规律。结果表明：对于两种CO₂跨临界热泵系统,随着供热回水温度的升高,系统供热温度在某一特定温度范围内迅速跃升,而后保持不变(常规热泵系统)或持续升高(带回热器热泵系统)；系统COP_h总体呈现下降趋势,且在较低的压缩机排气压力下,COP_h有较大的降低幅度。常规热泵系统中,最大供热回水温度随压缩机排气压力的升高呈线性上升趋势。与常规热泵系统相比,带回热器的热泵系统在一定程度上提升了系统供热温度和COP_h,压缩机排气压力越低,提升幅度越明显,在所考察的工况中,COP_h提升幅度最大可达97.3%。同时,带回热器的热泵系统在一定程度上避免了高供热回水温度下蒸发器侧无蒸发现象的发生,具备更好的高温工况适应性。

14 自然通风冷却塔非等间距及非等高填料耦合布置方式的数值研究

王波 , 梁泓立 , 庞乐 , 刘虎

2025, 40(5).

[摘要](43) [HTML](0) [PDF 7.20 M](18)

摘要:
冷却塔填料均匀布置不能充分发挥填料区的冷却能力,可通过填料区布置优化的方式改善冷却塔冷却性能。以某电厂自然通风逆流湿式冷却塔为研究对象,利用数值模拟的方法,对填料区堆放高度及填料间距不均匀布置对冷却塔性能的影响进行探究。结果显示,填料采用内区1 m、外区1.25 m的非等高布置时,最佳分区半径为30.50 m,该布置方式冷却塔的计算出水温度降低0.7 K。在采用上述非等高布置的基础上进一步对外区填料和内区填料分别采用20 mm和30 mm布置间距时,在最佳分区半径下,计算出水温度在非等高布置的基础上进一步降低0.2 K。在合适的分区半径下,填料非等间距非等高布置时冷却塔的出水温度较仅采用非等高布置时更低,塔内空气动力场分布更加均匀,冷却性能更好。

15 掺氢天然气可燃极限动力学特性与机理研究

卢欣 , 赵俊 , 赵延芳 , 亢银虎

2025, 40(5).

[摘要](41) [HTML](0) [PDF 6.17 M](23)

摘要:
本文基于“火焰控制连续算法”对掺氢天然气层流平面预混火焰传播极限进行了高精度的数值模拟，揭示了掺氢比对可燃极限的影响机制，并基于化学爆炸模式分析(CEMA)方法深入揭示了可燃极限的形成机制与主导控制因素。研究发现:ωH2对贫燃传播极限的影响很微弱，而在富燃极限处由于剩余氢气热解所产生的H基、以及氢气的优先扩散效应拓宽了富燃区的可燃极限。整体而言，氢气的优先扩散特性对甲烷传播极限的影响是比较微弱的，而氢气的化学特性对贫燃和富燃极限都会产生显著影响，并且对富燃极限的影响更大。氢气的化学特性主要在贫燃极限处起主导作用，而扩散特性主要在富燃极限处发挥主导作用。对于掺氢甲烷预混传播火焰，尽管预热区上游的燃料初始裂解反应放热很微弱，但此区域内EXTC模式的出现控制着火焰整体稳定性，利用多孔介质燃烧器能够显著拓宽贫燃/富燃传播极限。对贫燃与富燃极限，导热都是最重要的因素，其次是N2(贫燃)与H2(富燃)的扩散传输过程。

16 基于K均值聚类和VMD-COA-BiLSTM的光伏功率预测

查航伟 , 成燕 , 黄瑞承

2025, 40(5).

[摘要](36) [HTML](0) [PDF 9.65 M](21)

摘要:
光伏发电功率受气象因素的影响，呈现出不稳定性和间歇性，准确预测光伏功率有助于实现大规模并网并保障电网的稳定运行。本文以DKASC Solar Centre光伏电站数据为研究对象，提出一种基于气象相似日的变分模态分解算法、长鼻浣熊算法和双向长短期记忆神经网络(VMD-COA-BiLSTM)的光伏功率短期预测模型。针对光伏数据的复杂非线性特征、噪声干扰以及高维特征等问题，通过K均值聚类将数据划分为三种天气类型，增强模型映射能力；利用VMD将聚类之后的原始信号分解，采用中心频率法确定最佳模态数，充分提取集合中的输入因素信息，提高数据质量；将分解后的各分量分别输入BiLSTM网络进行预测，采用COA优化BiLSTM的超参数配置，实现不同天气类型下的光伏功率的准确预测。实验结果表明：本文提出的模型相比于COA-BiLSTM模型，在晴天、多云和阴雨天的RMSE分别降低了35.24%、45.54%和42.88%。

17 基于热电协同的工业供热用户端水汽转换技术研究

徐宝萍 , 李营 , 赵玺灵

2025, 40(5).

[摘要](39) [HTML](0) [PDF 7.92 M](22)

摘要:
为解决分散锅炉、热电联产集中供应工业蒸汽等传统技术手段效率低、污染严重且蒸汽长距离输送困难的问题,本文结合余热回收水汽转换技术以及热电协同技术,设计了基于热电协同的工业供热用户端水汽转换系统流程,并提出了基于分时电价不同时段的运行策略。为了对比热电协同制汽系统与常规制汽系统的能耗与经济性,构建了系统主要部件热力模型以及系统评估模型,并结合EES对福建省某实际工业用热项目进行了计算分析。此外进一步对比了热电协同制汽系统在不同余热品位、需求蒸汽压力以及分时电价下的综合效率和供热成本。结果表明,热电协同制汽系统可以显著降低供热成本,且在余热品位不足、适宜的需求蒸汽压力、更大的峰谷差以及更低的平均电价条件下更能发挥作用。在可再生能源持续发展的背景下,基于热电协同的工业供热用户端水汽转换技术优势突出、应用前景十分广阔。

18 基于NMD的引风机轴承故障特征挖掘

张海峰 , 张晋阳 , 范永胜 , 何新荣 , 刘志坦 , 王鹏程 , 邓艾东

2025, 40(5).

[摘要](39) [HTML](0) [PDF 14.60 M](24)

摘要:
针对引风机变工况运行导致轴承故障特征难以挖掘这一问题,本文提出了一种基于非线性模态分解(Nonlinear mode decomposition, NMD)的无转速计阶次跟踪方法,该方法首先利用NMD获取信号低频部分的非线性模态分量,然后利用Hilbert变换提取该分量的瞬时频率,之后将该瞬时频率作为轴承的转频对时域信号进行角域重采样；最后利用基于粒子群算法优化的平方包络盲反卷积算法(Square envelope blind deconvolution algorithm based on Particle Swarm Algorithm Optimization, PSO-SEBD)实现对轴承故障特征阶次的提取。实验结果表明,和常用的信号分解方法相比,该方法能够更准确地提取转速信息,并能在噪声环境下实现轴承故障特征阶次的可靠提取。

19 基于神经网络的重型燃机压气机叶型性能预测

刘岩松 , 阙晓斌 , 吴帅 , 虞培祥

2025, 40(5).

[摘要](40) [HTML](0) [PDF 8.81 M](23)

摘要:
为解决重型燃气轮机压气机定制叶型设计参数多，传统设计方法效率低的问题，通过人工神经网络方法建立了快速预测重型燃机压气机定制叶型损失和落后角的代理模型。在该模型中，根据重型燃机压气机定制叶型造型方法和S1分析工具建立初始数据库。为进一步提高计算效率，对叶型设计参数进行了敏感度分析，识别叶型设计关键参数并对代理模型降维。结果显示：代理模型具有良好的预测精度，且预测时间相较传统设计方法大幅降低；针对关键参数对代理模型降维，可以降低训练成本，增强模型合理性，提高在叶型优化设计中的应用价值。

20 结合实际运行工况的透平叶片服役寿命评估研究

张山子 , 沈逸文 , 陈明敏 , 何磊 , 朱彤

2025, 40(5).

[摘要](43) [HTML](0) [PDF 10.04 M](19)

摘要:
燃气轮机常工作在非额定负荷的工况，但实际电厂燃机部件损伤估计使用的等效运行小时数统计方法中并未详细区分负荷状态，导致燃机透平叶片的服役寿命评估偏离实际损伤状态。为了提升透平叶片服役寿命评估的准确性，将运行负荷分为0~60%、60%~85%和85%~100%三个负荷区间，以区间上限表征该负荷区间的状态，基于三个负荷区间的透平叶片的边界参数，研究运行负荷变化对透平叶片蠕变寿命和低周疲劳寿命的影响，并结合某燃机电厂两年实际运行工况的统计数据，对比研究现有方法与基于部分负荷工况的透平叶片损伤寿命评估值。结果表明，60%负荷和85%负荷的5万小时最大蠕变应变分别是额定负荷设计工况的0.83和0.97倍，低周疲劳寿命分别是设计工况的4.01和1.78倍。基于部分负荷工况的总损伤比现有方法计算的总损伤降低了29.3%；通过与实际运行机组现状对比分析，认为所提出的改进方法对问题的描述和计算更加精准，分析结果更加可靠，可为定制化检修服务提供依据。

21 基于集值统计法的燃气轮机气路模糊评估模型

张怡 , 曹云鹏

2025, 40(5).

[摘要](38) [HTML](0) [PDF 1.62 M](23)

摘要:
燃气轮机因其高功率密度和热效率在多个领域有广泛应用，但运行中的高速旋转和复杂结构导致性能随时间衰退，因此，对燃气轮机气路系统进行状态监测和评估至关重要。本文针对燃气轮机气路系统的健康状态评估问题，提出了一种基于集值统计法的模糊综合评估模型。首先，通过层次化分解将气路系统分为目标层和项目层，利用概率密度法确定底层参数的健康状况，并将其转化为0至1之间的数值以反映运行状态；接着，采用模糊综合评估法，结合集值统计法确定权重，建立了气路评估流程；此外，本文引入了变权重理论以适应系统发生故障时的评估需求，从而建立气路评估模型并得到其运行状态健康情况。通过实例分析计算获得集值统计法定权的可靠度为94.09%，以多组测试数据验证了评估模型的科学性与可行性，评估结果与仿真数据吻合，置信度达到98%，为燃气轮机气路系统的健康状态评估提供了理论支持和实践指导。

22 某油气分离器试验装置设计及结构特征对分离效率的影响研究

杨继申 , 邢健 , 贾兴运 , 程会川 , 张志红 , 熊德明 , 戴大利

2025, 40(5).

[摘要](42) [HTML](0) [PDF 9.58 M](18)

摘要:
为实现航空发动机拟实工况下动压式油气分离器分离效率测试，攻克油气分离器两相流动计算仿真准确性无法验证的难题，本文以某型动压式油气分离器为研究对象，设计了真实发动机运转工况下的油气分离器分离效率测试方案，搭建了动压式油气分离器分离效率与流阻效率测试装置，并基于数值仿真计算方法与试验测试，开展不同分离器关键结构对分离效率影响规律研究，探究了排料斗几何形状、筒体长度、挡板深度等因素对动压式油气分离器分离效率的影响。研究结果表明，双层方进口分离器相较于传统分离器，其滑油分离效率ηc和空气分离效率ηd分别提升了5%和17%，油气质量分离比ηe提高了50%。

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