动力工程学报

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锅炉技术

典型富氧风烟燃烧系统稳态建模研究

刘杰, 黄勇理, 曾天成, 柳朝晖, 郑楚光

2016, 36(9): 677-682.

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针对以CO₂减排为主要目的的富氧燃烧电站锅炉，对其风烟燃烧系统稳态过程循环烟气量和烟气组分体积分数进行建模分析，给出了风烟燃烧系统运行工艺参数和烟气调节变量之间的相互作用关系。结果表明：由模型所得烟气各组分体积分数与实测数据的吻合度较高，两者误差在5%以内；该模型为富氧燃烧系统的工艺设计和运行优化提供了合理有效的定量依据，同时也为风烟燃烧系统相关运行参数的测点配置、仪表选型、变量调节和设备操控提供参考。

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锅炉技术

强声波在电站锅炉中传播特性的研究

姜根山, 许伟龙, 孔倩, 安连锁

2016, 36(9): 683-689.

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对位于可听声频率范围的强声波在电站锅炉中的传播特性进行了研究。基于简单波假设理论，对声压级达到160dB的强声波传播过程中畸变和谐波生成的机理进行了分析研究，并计算了不同频率下声波的冲击波形成距离；计算得到炉内黏热流体介质中伯格斯方程的严格解，研究了发生非线性效应与耗散效应下强声波的传播特性；采用数值计算方法求解了弛豫流体介质中强声波传播的非线性波动方程，讨论了弛豫介质中声波的传播特性。结果表明：冲击波形成距离与声波频率成反比，随着声波频率的增大，非线性效应减弱，耗散效应增强。

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锅炉技术

准东煤气化动力学模型研究

陈鸿伟, 穆兴龙, 王远鑫, 罗敏, 张志远

2016, 36(9): 690-696.

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混合准东煤原煤与催化剂K₂CO₃、Ca（OH）₂并制成煤样，在化学反应动力学控制条件下研究其气化反应特性，分析了煤样质量、CO₂体积流量和颗粒直径对气化过程中内、外扩散阻力的影响，获得不同反应温度下均相模型、未反应芯收缩核模型和修正体积模型的拟合曲线，利用等转化率法计算气化反应活化能，并通过催化活性指数验证了该方法计算活化能的准确性。结果表明：在转化率为0.2、0.4、0.6和0.8时对应的活化能为100.1~130.2kJ/mol，3种模型计算所得活化能分别为128.97kJ/mol、140.33kJ/mol和139.43kJ/mol；均相模型为较合适的气化反应动力学模型。

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汽轮机与燃气轮机

燃气轮机燃烧室预混结构性能的数值研究

黄行良, 朱志劼, 叶文

2016, 36(9): 697-703.

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采用Fluent软件对某旋流预混燃烧室燃料与空气的预混和燃烧进行了数值模拟，分析了轴向叶片式旋流器叶片参数对预混均匀性、回火特性、总压损失和污染物排放的影响，并提出了燃料喷孔结构的改进方案。结果表明：旋流器叶片遮盖度为1.0~1.5，叶片角度为40°~55°，叶片数目为8~12时能够获得较好的燃烧性能；缩小燃料喷孔的孔径，采用旋流器与燃料喷孔合并的结构，合理布置燃料喷孔的位置3种改进方案均能有效改善预混均匀性，降低燃烧的最高温度，3种改进方案依次使NO_x的体积分数比原来降低91%、35%和91%。

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汽轮机与燃气轮机

振动平板单孔气膜冷却实验研究

高媛, 葛利顺, 王宏光, 韩铁鹰

2016, 36(9): 704-710.

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基于高温风洞实验台，采用红外热成像技术和机械振动机构对振动平板单孔气膜冷却特性进行了实验研究。测量吹风比在0.4~1.8范围内，静态以及振动状态下的气膜冷却效果，并分析了振幅（0~5mm）和频率（0~20Hz）等因素对气膜冷却效果的影响。结果表明：振动会削弱气膜冷却效果；与频率相比，振幅对气膜冷却效果的影响更大；随着吹风比的增大，同一振动对气膜冷却效果的影响变小；频率不同的振动对气膜冷却效果的影响相近，在X/D=5~10内，平均有效温比降低约3%；振幅不同的振动对气膜冷却效果的影响是相近的，在X/D=5~10内，平均有效温比降低约5%。

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自动控制

基于不同载荷测量量的独立变桨控制

周峰, 陈忠雷, 邓英, 田德

2016, 36(9): 711-715.

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讨论了依据3种不同载荷测量量的独立变桨控制，分别为叶片面外弯矩、轮毂旋转坐标系下的弯矩和机舱坐标系下的面外弯矩。结果表明：3种载荷测量方式的实施和维护的难度是依次递减的；与没有独立变桨控制的情况相比，3种方式均能有效地降低叶片面外载荷谐波分量及传递给机组其他部件的载荷；载荷控制并未明显影响机组的发电功率，但显著增加了变桨机构的动作量。

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自动控制

无速度传感器DFIG最大风能捕获终端滑模优化控制

吴忠强, 王昕懿, 赵习博

2016, 36(9): 716-725.

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针对双馈风力发电机（DFIG）这类复杂的强耦合、非线性系统，利用Backstepping终端滑模设计控制器实现最大风能捕获。采用微分跟踪器（TD）安排参考输入信号，解决初始误差大的问题。基于电流方程设计扩张状态观测器（ESO），对磁链和转速进行估计，以降低磁链和转矩脉动，实现无传感器运行，并对耦合等扰动项进行观测且加以补偿，从而简化Backstepping终端滑模控制器的设计。针对控制器和观测器中待整定参数较多的问题，利用萤火虫算法（FA）进行参数寻优。结果表明：该方案能够实现无静差跟踪，提高了系统的控制精度。

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环保技术与设备

基于改进偏互信息的火电厂SCR脱硝系统建模

秦天牧, 刘吉臻, 方连航, 刘红岩, 杨婷婷, 吕游

2016, 36(9): 726-731.

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由于传统偏互信息（PMI）法利用条件期望计算回归值时计算误差较大，会对筛选正确率产生不利影响，将插值法应用于回归值的计算，提出了改进偏互信息（IPMI）法并利用Benchmark验证方法的有效性。将IPMI法应用于火电厂SCR脱硝系统，选取出最优变量集作为支持向量机（SVM）模型的输入，并利用现场历史数据建立了IPMI-SVM模型，将其与传统SVM方法进行了对比。结果表明：IPMI-SVM模型具有较高的预测精度，IPMI法可有效提高模型的泛化能力和鲁棒性，降低了模型复杂度。

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环保技术与设备

基于风驱动算法的锅炉NO_x排放模型优化

牛培峰, 赵振, 马云鹏, 陈科, 王丘亚, 赵庆冲

2016, 36(9): 732-738.

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为了准确地预测电站锅炉的NO_x排放量，以某300MW亚临界循环流化床锅炉为研究对象，利用自适应风驱动优化（AWDO）算法和极端学习机（ELM）进行综合建模，并根据不同工况下现场收集的样本数据检验该模型的预测能力；将该模型的预测值与基本极端学习机、差分进化算法、粒子群算法和基本风驱动算法优化的极端学习机模型预测值进行比较。结果表明：AWDO算法可以更好地找到优化参数，该算法优化的极端学习机模型具有良好的预测精度和泛化能力，可以准确、有效地预测电站锅炉的NO_x排放量。

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新能源

基于尾缘分离模型的风力机独立变桨性能优化

张蕴宁, 叶舟, 李春

2016, 36(9): 739-745.

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为准确研究风力机高风速非定常气动特性，以NREL Phase VI实验叶片为算例，考虑三维旋转效应和尾缘流动分离现象，建立了Du-Selig三维失速延迟模型与Kirchhoff-Helmholz尾缘分离预估模型耦合的三维尾缘分离预估模型，并与升力面自由涡尾迹法结合，分析了叶片升力面弦向不同涡格数对模拟准确性的影响；基于尾缘分离因子的周向分布规律，通过独立变桨引入风轮旋转半周期的正弦波桨距角增量，抵消相对来流速度变化引起的攻角增大，以优化风力机气动性能。结果表明：升力面弦向采用2涡格的三维尾缘分离预估模型来模拟叶片法向力系数和弦向力系数最为精确；在每个旋转周期内，叶片尾缘分离因子在180°~360°方位角内较大，且在270°达到最大；经独立变桨后，尾缘分离因子得到减小，减小幅度与变桨幅值成正比，且变桨幅值为5°时，叶片主轴扭矩和挥舞力矩达到最佳优化效果。

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系统工程

基于自适应粒子群算法的燃煤-捕碳机组热力系统优化设计

付文锋, 侯艳峰, 王蓝婧, 李嘉华, 杨勇平

2016, 36(9): 746-752.

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以某1000MW超超临界燃煤机组为例，提出了一种新型燃煤-捕碳机组热力系统设计方案，建立了该方案下机组的热经济性计算框架及回热系统参数优化模型，并引入自适应粒子群算法进行优化计算。结果表明：新设计燃煤-捕碳机组的热经济性显著改善，循环热效率比捕碳改造机组相对提高10.7%；自适应粒子群算法收敛快、稳定性好，其优化结果明显优于其他方法，能够适用于燃煤-捕碳机组的热力系统优化设计。

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系统工程

大管径T型三通数值模拟及局部阻力特性分析

巩启涛, 杨俊红, 韩奎, 黄涛, 李静, 左鹏鹏

2016, 36(9): 753-758.

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针对供热系统管网三通分流处的局部阻力影响系统水力平衡及运行能耗的问题，通过Fluent软件模拟了400mm及以上管径T型三通内流体流动的速度场和压力场，分别考察了分流比q、雷诺数Re、管径比d及管间夹角θ对大管径三通局部阻力的影响。结果表明：在研究范围内，主管与侧支管间局部阻力系数ζ₀₁以及主管与直支管间局部阻力系数ζ₀₂均随Re的增大而减小，当Re达到4.8×10⁵时，基本不再变化；d<0.8时，ζ₀₁和ζ₀₂均随q的增大而单调递增，而当d≥0.8时，局部阻力系数均与q呈抛物线关系；q一定时，随着d的增大，ζ₀₁明显减小，当d>0.7时，减小趋势明显变缓；根据流动特征分析发现，随着θ的增大，侧支管内漩涡尺寸、流速梯度及流线弯曲程度明显增大，导致ζ₀₁明显增大，直支管内流速梯度略微增大，使得ζ₀₂略微增大。

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系统工程

材料沉降对水平圆形管道保温层设计的影响

赵旭, 沈惬, 张宁, 孙大明, 邹江

2016, 36(9): 759-764.

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定量分析了保温层材料下沉对经济厚度计算的影响，并通过分析整个保温层传热的热通路提出了经济厚度法的修正方法。在理论上研究经济厚度法的设计思路，通过修改设计参数值研究不同设计参数对经济厚度的影响。利用修正后的经济厚度法对黄台电厂实际运行的热力管道保温层进行设计。结果表明：采用修正后的经济厚度法可以使年总费用节约0.7%左右；热力管道直径D₀、下沉率M和管内介质温度T₀是影响经济厚度设计的主要参数。

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