动力工程学报

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    锅炉技术
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    660MW超超临界CFB锅炉失电事故下受热面安全性分析及紧急补水泵选型
    李银龙, 杨冬, 李维成, 邓启刚, 周旭, 鲁佳易, 周棋
    2022, 42(5): 393-401. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.001
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    以某电厂660 MW超超临界循环流化床(CFB)锅炉为研究对象,建立了锅炉在失电事故发生后受热面内的瞬态流动传热计算模型,开发了以Fortran语言为基础的受热面内瞬态流动传热计算程序,通过计算得到了锅炉失电后考虑金属管壁蓄热时受热面出口工质温度和管壁温度等热力参数的变化规律。结果表明:该CFB锅炉配备压力为35 MPa、输水量为140 t/h的紧急补水泵可以保证受热面壁温安全,研究结果对带有外置床的超(超)临界CFB锅炉紧急补水泵选型及电厂处理此类事故具有重要意义。
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    掺混LNG的煤粉气流气相燃烧过程中NO生成机理研究
    康志忠, 张鑫, 丁先, 赵虎军, 孙哲
    2022, 42(5): 402-406. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.002
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    为研究液化天然气(LNG)的加入对降低旋流燃烧器出口NO生成的影响机理,使用化学动力学分析方法,研究了掺混LNG的煤粉气流的气相燃烧反应过程。结果表明:LNG投运量为50%时,反应器内NO体积分数下降约16%;在低过量空气系数(α＜1)和反应温度T＞1 350 K时加入LNG对降低NO体积分数的效果较好;在过量空气系数α＜1的情况下,增加LNG投运量可以促进NO生成量的降低,但在过量空气系数α>1的情况下,增加LNG投运量对降低NO体积分数的影响很小。
  • 锅炉技术
    热力管道热胀应力范围按不同标准计算的差异性探讨
    匡江红, 余斌
    2022, 42(5): 407-412. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.003
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    现行国家标准GB/T 32270—2015《压力管道规范动力管道》和ASME B31.1—2020《ASME压力管道规范,B31—动力管道》(Power piping,ASME code for pressure piping,B31)中关于发电厂界区内热力管道热胀应力范围的计算采用了不同的公式。以3个简单管系为例,按照2个标准给出的计算公式,采用力法计算热胀应力范围,并对计算结果进行了对比分析。结果表明:对于平面管系和空间管系的直管段,由于ASME B31.1—2020中热胀应力范围计算公式中增加了轴向力项,各节点热胀应力范围值均比按照GB/T 32270—2015计算得到的值大;而对于空间管系的弯管段,由于扭矩的影响,有可能会出现相反的情况。
    • 自动控制
  • 自动控制
    发电厂控制器设备映射区驱动级调度操作系统设计与实现
    张强, 高升, 郭荣, 汪勇
    2022, 42(5): 413-420. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.004
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    在控制器内部基于IEC61131-3标准控制环境的语言和工具,提出将电厂现场设备组抽象为互斥和非互斥2种典型模型,分别采用五状态进程、无扰模式切换、双队列循环等算法构建上层映射区内的现场设备驱动级操作系统,并结合循环流化床锅炉飞灰岛仓泵组和电厂水泵组场景分别进行互斥式设备操作系统和非互斥设备操作系统的设计与实现。结果表明:操作系统的应用优化了设备调度和运行效率,减少了人员操作工作量,能够挖掘群组设备的备用潜力,使状态维护得到实现,提高了电厂运行的可靠性和经济性,有较好的应用和推广潜力。
  • 自动控制
    SCR脱硝系统的强化学习复合串级控制
    陈皓炜, 贾新春, 孙小明, 侯鹏飞
    2022, 42(5): 421-428. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.005
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    针对选择性催化还原(SCR)脱硝系统存在多扰动、大迟延、大惯性等特点,提出基于改进的双延迟深度确定性策略梯度(ITD3)算法、比例积分(PI)控制器和扰动观测器(DOB)的一种ITD3-PI复合串级控制算法。首先,借鉴PID控制思想提出了一种ITD3算法,通过对出口NOx质量浓度设定值与测量值之间的误差进行微分和积分运算生成新的环境状态,并将新的状态、测量值和误差同时储存于经验池中;然后,利用DOB来估计脱硝过程的扰动,并进行前馈补偿;最后,对ITD3-PI复合串级控制与TD3-PI复合串级控制、复合串级PID控制和串级PID控制进行对比实验。结果表明:所提方法控制速度快、超调量小、抗干扰能力强,为强化学习在SCR脱硝系统中的应用提供了新的思路。
    • 监测与测量
  • 监测与测量
    基于CEEMDAN样本熵与卷积神经网络的轴承故障诊断
    肖俊青, 金江涛, 李春, 许子非, 孙康
    2022, 42(5): 429-436. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.006
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    针对强噪声背景下滚动轴承振动信号故障特征难以提取和识别困难的问题,提出将自适应白噪声平均总体经验模态分解(CEEMDAN)样本熵与卷积神经网络(CNN)联合的故障诊断方法(CEEMDAN样本熵-CNN方法)。基于分形理论,采用CEEMDAN算法分解振动信号并提取其非线性特征,通过分形盒维数筛选最优IMF分量,以其样本熵构成的特征向量输入CNN模型,实现轴承故障的分类和诊断,并进行t-SNE聚类可视化分析。结果表明:在不同工况下,与经验模态分解(EMD)样本熵和集成经验模态分解(EEMD)样本熵方法相比,所提CEEMDAN样本熵-CNN方法具有良好的识别能力和泛化性能,其可视化分析结果更具直观性。
    • 工程热物理
  • 工程热物理
    三维套管式加肋相变蓄热单元的传热特性分析
    任智彬, 黄河, 高佳徐, 赵明
    2022, 42(5): 437-443. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.007
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    采用数值模拟方法研究了不同模型的相变蓄热单元蓄/放热过程以及入口流体温度对蓄热过程的影响。结果表明:沿轴向方向,不同截面的蓄/放热时间相差很大,轴向方向的自然对流对蓄/放热的影响较小;添加分形肋片提高蓄/放热速率的效果最好;在蓄热过程中,模型4和模型5的蓄热时间相比于模型1均缩短了45.4%;在放热过程中,模型2~模型5相比于模型1的放热时间分别缩短了12.3%、13.7%、27.4%和34.2%;提高入口流体温度可以显著缩短蓄热时间,但蓄热速率的增幅逐渐减小,当入口流体温度高于358.15 K时,入口流体温度对融化时间的影响明显减小。
  • 工程热物理
    基于化学爆炸模式分析方法的二甲醚对冲扩散火焰中NOx排放机理研究
    熊得杨, 亢银虎, 高新, 王泉海, 卢啸风
    2022, 42(5): 444-449. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.008
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    研究了化学爆炸模式分析(CEMA)方法在NOx排放机理中的应用及可行性,揭示了主导NOx排放路径的作用机理,并确定了NOx排放的关键反应动力学因素。结果表明:CEMA方法可以准确表征NOx排放路径;在化学当量等值面,基元反应R309(N+NO=N2+O)和R371(CH+N2=HCN+N)分别在低、高全局拉伸率下对NOx的排放影响最显著,减小其反应速率能极大地控制NOx的排放量。
    • 辅机技术
  • 辅机技术
    齿形襟翼结构尾缘轴流风机性能仿真研究
    郑楠, 叶学民, 杨天康, 李春曦
    2022, 42(5): 450-457. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.009
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    以某两级动叶可调轴流风机为例,采用大涡模拟(LES)对不同齿长的齿形襟翼结构下的风机性能、涡结构和气动噪声进行了计算,分析了其内流特征、噪声源分布和降噪机理。结果表明:齿形襟翼可有效提升风机性能,且全压增幅与齿长成反比;齿形襟翼风机全压效率最高点向大体积流量侧移动,运行高效区变宽;随着齿长的增加,齿形襟翼的静压均值呈现先减小后增大的趋势,其中方案4的静压均值较原风机下降402 Pa,高频降噪最为显著;齿形襟翼可降低湍流脉动强度,尾迹涡的大小和分布区域减小,同时前缘分离涡数量也减少;齿形襟翼尾缘处产生了2对反向对称涡,其相互作用强烈,能量耗散加快,是齿形襟翼结构尾缘能降噪的主要原因。
    • 新能源
  • 新能源
    海上风力机多场平台构建及地震动力学研究
    闫阳天, 李春, 缪维跑, 岳敏楠, 牛凯伦
    2022, 42(5): 458-467. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.010
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    为研究大型海上风力机在地震、湍流风、波浪及海流等复杂环境载荷作用下的动力学响应,建立了考虑多环境载荷和土-构耦合效应的精细支撑结构有限元模型,并基于模态法验证了有限元模型的精度和考虑土-构耦合效应的必要性,同时研究了大型风力机的结构响应。结果表明:结构的动力特性受土-构耦合效应影响显著;在地震载荷作用下,结构多个自由度响应激增;由于湍流风、波浪及海流载荷作用,导致支撑结构受外载荷形成阻尼效应影响更为显著;在研究地震动力学响应时,湍流风载荷、浪流载荷不可忽略。
    • 系统工程
  • 系统工程
    基于容积法的超临界二氧化碳循环发电系统负荷调控策略研究
    贺碰, 张靖煊, 黄伟光
    2022, 42(5): 468-474. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.011
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    以再压缩超临界二氧化碳(S-CO2)循环系统为研究对象,开展了基于容积法的系统降负荷调控策略研究,着重分析了系统对充放工质的动态响应并据此优化了调控策略。结果表明:采用常规容积法(直接排放工质)降负荷时,系统会因S-CO2的真实气体效应产生运行不稳定性问题,通过先提升主压缩机入口温度再进行工质排放,则可避免这一问题,并可有效降低由于降负荷带来的系统循环热效率损失;最终的超临界升温-等温-降温容积法优化调控方案在50%负荷时循环热效率最高可达到额定工况的90%。
    • 材料研究
  • 材料研究
    先进超超临界机组用Inconel617与C-HRA-2合金高温低周疲劳性能试验研究
    周港宝, 卞双, 陈震宇, 陈正宗, 包汉生, 张乃强
    2022, 42(5): 475-483. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.012
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    针对先进超超临界(A-USC)机组用进口和国产候选镍基合金Inconel 617和C-HRA-2,进行了700℃下应变幅为0.25%~0.75%的轴向应变控制低周疲劳(LCF)试验研究。通过循环应力响应、循环应力-应变特性、疲劳寿命预测及断口形貌分析,研究了2种合金的LCF性能。结果表明:材料的循环应力响应和疲劳寿命与应变幅有关;C-HRA-2合金的循环硬化程度明显高于Inconel 617合金,但循环硬化后2种合金的峰值应力幅相近;2种合金的稳定迟滞回线均表现出non-Masing行为;Manson-Coffin模型和能量法均能有效预测疲劳寿命;不同应变幅下2种合金的疲劳源均萌生于试样表面,Inconel 617合金的疲劳裂纹以穿晶方式扩展,而C-HRA-2合金以穿晶和沿晶混合的方式扩展。
  • 材料研究
    新型铁素体耐热钢抗蒸汽氧化性能对比研究
    马云海, 王延峰, 张作贵
    2022, 42(5): 484-491. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.05.013
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    研究了新型铁素体钢G115钢及对比材料T92钢在650℃/27 MPa的超临界蒸汽中的氧化行为。氧化2 000 h后,用扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析氧化膜表面及横截面形貌、微观结构和元素分布,用电子背散射衍射(EBSD)对氧化膜结构和物相进行表征。结果表明:G115钢的抗蒸汽氧化性能较T92钢优;2种铁素体钢氧化后生成的氧化膜结构类似,氧化膜可以分为3部分,氧化膜外层为粗大的柱状Fe3O4,氧化膜内层为Fe-Cr尖晶石和少量的Fe3O4,内氧化物区为FeO+Cr2O3混合物;氧化到2 000 h,2种铁素体钢氧化膜外层中的孔洞增多,氧化膜中产生了贯穿性裂纹等缺陷,氧化膜的剥落倾向增大。