动力工程学报

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锅炉技术

CO₂效应对煤焦颗粒增氧燃烧影响的数值研究

金旭东, 周月桂, 金圻烨, 郑婷婷

2016, 36(12): 941-944.

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采用考虑炭粒表面氧化还原反应以及气相CO-O₂反应的连续膜模型，在增氧燃烧中添加一定量的CO₂并采用Ar来调节煤焦颗粒表面温度，分析O₂浓度效应、CO₂化学效应及热效应对煤焦颗粒表面燃烧速率的影响.结果表明：当增氧燃烧系统中O₂体积分数从21%提高到26.5%时，煤焦颗粒表面温度升高154 K，燃烧速率增大，且着火时间和燃尽时间均提前；在煤焦颗粒增氧燃烧过程中，O₂浓度效应对煤焦颗粒表面燃烧速率的影响占主导作用，其次是CO₂化学效应，而热效应的影响最低，三者影响的相对贡献率分别为56.4%、25.7%和17.9%.

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锅炉技术

炉内燃烧温度对准东煤灰熔融特性影响的实验研究

周文台, 何翔, 魏增涛, 陈端雨, 施鸿飞, 马达夫

2016, 36(12): 945-950.

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当炉内燃烧温度为950℃、1 150℃和1 350℃时，改变炉膛出口氧体积分数，分别设置为2.0%~2.5%、4.0%~4.5%和6.5%~7.0%，在准东煤沾污结焦实验台上进行实验，并收集沾污段的飞灰进行可燃物化验、电子扫描电镜扫描和X射线荧光光谱仪检验等分析.结果表明：炉内燃烧温度升高会使煤粉表面烧结性更强，阻碍了氧气向煤粉内部的扩散，导致飞灰可燃物质量分数增大；钠元素在950~1 150℃存在某种形式的快速释放，而钾元素则不会；炉内燃烧温度越低，煤灰熔融温度越低，结渣性越强，但这不是引起炉内沾污积灰的主要原因；炉膛出口氧体积分数的变化对飞灰成分和碱金属析出的影响较小.

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锅炉技术

煤粉颗粒热解时的膨胀与其物理化学性质的关系

张盛诚, 何榕

2016, 36(12): 951-957.

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通过建立数学模型来研究煤粉颗粒热解时的膨胀规律，用分形孔隙模型生成煤粉的孔隙结构，描述热解过程发生的化学反应、气体在孔隙中的扩散和煤粉颗粒的膨胀与收缩.对模型计算结果进行拟合，得到描述煤粉颗粒膨胀的微分方程，通过与其他研究者模型计算结果的对比验证该微分方程，分析了煤种的官能团含量、煤粉颗粒的孔隙率和比表面积对其膨胀的影响，并定义了一个综合了煤的物理化学性质的参数X.结果表明：官能团含量上升，煤粉颗粒的最大膨胀率和煤焦的膨胀率增大；孔隙率或比表面积增大，煤粉颗粒的最大膨胀率和煤焦的膨胀率减小；参数X越大，煤粉颗粒在热解过程中会发生更大的膨胀.

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汽轮机与燃气轮机

超临界汽轮机红套环高压内缸开裂的强度有限元分析及运行对策

邓志成, 史进渊

2016, 36(12): 958-962.

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介绍了某型号超临界汽轮机红套环高压内缸强度有限元分析方法，对红套环高压内缸额定负荷稳态工况以及冷态启动、温态启动、热态启动和极热态启动等瞬态工况进行了强度计算与分析，得出了红套环高压内缸额定负荷稳态工况和瞬态工况下的温度场分布和最大应力比，并提出了该汽轮机的优化运行措施.结果表明：红套环高压内缸开裂部位瞬态工况下的应力过大是产生裂纹的主要原因之一；推荐的优化运行措施包括该汽轮机应多带基本负荷，减少机组启停次数，降低启动过程中负荷在29%~56%内主蒸汽的升温率，特别应降低负荷在53%~56%内主蒸汽的升温率.

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汽轮机与燃气轮机

利用遗传算法进行离心压缩机整级优化设计

程超, 秦国良

2016, 36(12): 963-969.

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建立了离心压缩机整级的物理损失模型，编制用于离心压缩机整级性能参数优化的遗传算法程序，并对优化前后该离心压缩机整级性能进行了数值模拟分析，以证实损失模型的可靠性以及将CHC遗传算法引入离心压缩机级性能参数优化的可行性.结果表明：与优化前相比，优化后整级的性能得到了一定程度的提升，级内流动更加合理，消除了分离，减少了损失.

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工程热物理

颗粒帘换热器中颗粒空隙率的计算方法与实验研究

李恒, 陈冬林, 程松青, 吴秀珍, 叶托, 文聪, 熊颖

2016, 36(12): 970-975.

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运用流动过程能量守恒原理与Ergun公式，推导出基于颗粒帘工况条件与运行参数的颗粒空隙率计算公式，并根据实验测试结果计算得到各工况条件对颗粒空隙率的影响规律.结果表明：颗粒空隙率沿下落行程呈现先减小后增大的规律；颗粒空隙率随进气速度及颗粒帘初始厚度的增大而增大，随颗粒粒径及颗粒质量流量的增大而减小；进气速度、颗粒帘初始厚度对颗粒空隙率的影响大于颗粒粒径、颗粒质量流量对颗粒空隙率的影响.

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环保技术与设备

富氧燃烧CO₂压缩纯化试验研究

李延兵, 赵瑞, 陈寅彪, 黄卫军

2016, 36(12): 976-981.

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以富氧燃烧碳捕集技术为基础，开展CO₂压缩纯化技术研究，搭建了300 t/a CO₂压缩试验平台，在该平台上开展各种体积分数CO₂的压缩试验，寻找最佳运行参数.结果表明：当CO₂体积分数为80%时，液化温度为-30℃、压力为3.0 MPa是最优的液化条件，在该条件下CO₂液化率较高（81.86%），液体CO₂消耗电功最低为1 273 kJ/kg，液体CO₂纯度大于99%；该平台可协同脱除NO_x和SO₂等污染物.

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环保技术与设备

介质阻挡放电过程中臭氧生成性能试验研究

朱燕群, 林法伟, 袁定琨, 马强, 王智化, 周俊虎, 岑可法

2016, 36(12): 982-986.

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采用高频高压等离子体电源对圆管形放电室进行放电试验，研究了放电电压、氧气体积流量和氧气体积分数等关键参数对臭氧生成的影响.结果表明：臭氧质量浓度随放电电压的升高而不断增加，但当放电电压继续升高时，温度升高引起臭氧分解加速，最终导致臭氧质量浓度下降；氧气体积流量增加，臭氧质量浓度减小，在氧气体积流量为1 L/min时，臭氧质量浓度最高可以达到138 g/m³，臭氧电耗先减少后增加；氮气的存在会增大击穿电压，因此氧气质量浓度越高，越容易被电离，臭氧质量浓度越高，臭氧电耗越低.

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环保技术与设备

基于高斯过程回归的燃煤烟气汞排放预测

钟美, 赵兵涛, 黄朔

2016, 36(12): 987-992.

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选取对烟气汞排放影响显著的特征参数，采用一类新的随机过程方法——高斯过程回归模型来预测烟气中单质汞、氧化汞和颗粒汞的排放浓度，分别讨论了协方差函数和样本比例对模拟预测精度的统计学影响.结果表明：平方指数协方差函数优于有理二次协方差函数和Matern协方差函数；预测精度随样本比例的增大而提高；高斯过程回归模型优于常规非线性模化方法并显示出更好的鲁棒性，对烟气中汞的形态预测有较好的适用性.

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新能源

风电场风速对风机叶片性能影响的模拟分析

胡斌, 刘双

2016, 36(12): 993-999.

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建立了风机叶片的三维数学模型，采用计算流体动力学软件Fluent对风机叶片流场进行了模拟分析，通过调用Static Structural模块进行叶片形变分析，并在Workbench平台下实现了流固耦合.基于该方法研究了不同风速下的流场分布情况和叶片变形情况.结果表明：本文计算值与文献[14]中的测量值吻合较好，两者最大误差不超过5%，验证了本文数学模型和计算方法的正确性；随着风速的增大，叶轮表面的速度值也在增大，气动压强分布的不均匀性更加明显；当风速由5 m/s增大至12.5 m/s时，叶片的最大形变量增大了0.91 m，叶片形变量与风速呈非线性变化关系；挥舞是叶片的主要振动形式.

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新能源

基于LCA的风力发电、光伏发电及燃煤发电的环境负荷分析

贾亚雷, 王继选, 韩中合, 庞永超, 安鹏

2016, 36(12): 1000-1009.

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基于生命周期评价理论，建立风力发电、光伏发电及燃煤发电的生命周期评价体系，研究生命周期各阶段的环境负荷并进行对比分析.结果表明：在电厂建设阶段，燃煤发电碳足迹最低，为1.94 g/（kW·h），风力发电碳足迹最高，为9.42 g/（kW·h）.在发电运营阶段，光伏发电碳足迹几乎为零，风力发电碳足迹为0.2 g/（kW·h），燃煤发电机组碳足迹最高，为83.3 g/（kW·h）.风力发电和光伏发电在电厂建设阶段碳足迹占比较高，分别为99.4%和99.78%；燃煤发电在发电运营阶段碳足迹占比最高，为96.13%.在整个生命周期中对全球变暖影响最大的是燃煤发电，为3.63×10^-5标准当量，影响最小的是风力发电，为7.9×10^-7标准当量；对环境酸化影响最大的是光伏发电，为6.7×10^-6标准当量，影响最小的是风力发电，为1.6×10^-7标准当量；风力发电和光伏发电的固体废弃物排放几乎为零.

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新能源

全流式地热发电系统性能分析及在双级系统中的应用

赵军, 余岳峰

2016, 36(12): 1010-1016.

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建立了全流式地热发电系统模型，基于螺杆膨胀机内效率与膨胀比的关系，分析了膨胀机最佳入口工质干度.以此为基础，分析以90~150℃饱和水为热源的全流式地热发电系统的发电性能并与有机朗肯循环（ORC）系统进行比较.结果表明：螺杆膨胀机入口工质干度存在最佳值，使得系统净功率最大；当热源温度处于90~130℃时，全流式地热发电系统具有较好的性能，而当热源温度处于130~150℃时该系统则无明显优势；全流式地热发电系统适合于带有一定干度蒸汽的热源，可以减少节流造成的损失；对于温度处于130~150℃的热源，双级系统中第2级的全流式地热发电系统对第1级的ORC系统的排热具有很好的回收效果.

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水轮机技术

混流式水轮机模型空化状态与声发射信号特征关系试验

刘忠, 邹淑云, 陈莹, 李志鹏

2016, 36(12): 1017-1022.

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为了获取水轮机空化状态下声发射信号的特征参数及其变化规律，在混流式水轮机模型空化试验基础上，采集了不同空化状态时典型测点的声发射信号，基于传统分析方法提取了声发射信号的事件计数、振铃计数、频率中心和电压有效值等特征参数，分析了这些参数随水轮机空化系数的变化关系.结果表明：随着水轮机空化系数的逐渐减小，从无空化、空化初生到完全空化状态，声发射信号的各特征参数发生了较为明显的规律性变化，整体上，事件计数不断减小，振铃计数、频率中心和电压有效值等不断增大，变化幅度随空化状态所处阶段有所不同.

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