主要综述了光解水、光发酵、暗发酵、暗-光发酵耦合等生物制氢技术,分析各方法的产氢机制、工艺优劣、影响因素和研究现状等,同时对比了生物制氢反应器的类型与特点。结果表明:生物制氢在低品位能源处理与高级能源生产方面具有巨大潜力。最后,给出了目前生物制氢技术的发展建议。

半闭式CO₂循环具有高效和零碳排放的特点,针对目前集成液化天然气(LNG)冷能的半闭式CO₂循环发电系统,提出了一种高效的LNG冷能的梯级利用方式。结果表明:基准案例中空分和压缩过程的能耗分别降低了70.4和75 MW,系统净效率为63.76%,相比于常规循环提升9.48个百分点;在此基础上,采取改进循环参数、匹配回热器热容等优化措施后,优化案例的净效率进一步提高至72.22%,系统的效率为51.27%。相比于仅在循环过程集成LNG冷能的参考系统Ⅱ,冷能利用的效率提高了28个百分点。

针对风电机组数字化智慧运维中面临的风电场多台机组运行数据过载、故障信息冗余、运维知识查询效率低下和全生命周期运维知识推理不足等问题,提出面向风电机组运维数据的知识图谱构建方法。首先,利用风电机组设备维修工单等文本数据进行故障部件、故障原因等重要信息的提取,给出风电机组运维数据的知识图谱构建全流程;其次,在构建过程中分别针对故障实体、属性抽取、关系抽取进行建模分析。结果表明:风电运维知识图谱有助于机组运维人员准确地掌握故障根因,高效获取运维措施,保障信息化、智能化条件下风电机组维修能力;与关系型数据库相比,该设计方法在查询精度和时间方面具有更好的运用效果。

重型燃气轮机联合循环效率可超过60%,是一种高效率的热功转换设备。燃气轮机具有的优异调峰能力使其在以新能源为主体的新型电力系统中发挥越来越重要的作用。概述了重型燃气轮机压气机的工作特点、结构特征和主要技术指标,重点介绍了国际主流燃机厂商典型型号压气机研制及技术进展。总结了重型燃气轮机压气机设计体系的研究进展,并基于我国重型燃气轮机研制现状,对标先进重型燃气轮机技术发展趋势,提出了通流气动布局优化技术、高性能叶型技术、跨音级叶片全三维设计技术、高度集成设计系统等重点技术发展方向。

基于通道几何尺寸对印刷电路板换热器(PCHE)流动与传热特性的影响,采用数值方法研究了通道高度对翼型翅片PCHE流动传热性能的影响。结果表明:通道高度显著影响PCHE的紧凑性、阻力与传热性能;在相同雷诺数条件下 (Re=6 000~14 000),随着通道高度H的减小(通道高度与横向节距之比H/S_T=0.12~0.60),范宁摩擦因子f先降低后升高,H/S_T=0.24翼型翅片通道的f最低;H/S_T=0.24~0.60翼型翅片通道的柯尔本-j因子j几乎相同,H/S_T=0.12翼型翅片通道的j有所增加;j/f适合于评价不同高度翼型翅片通道的综合性能,以j/f作为综合性能评价指标时,H/S_T=0.24翼型翅片通道的综合性能最佳。

针对实现隐蔽攻击需要获取攻击目标高精度估计模型的问题,提出一种基于共生生物搜索算法优化长短期记忆神经网络(SOS-LSTM)的隐蔽攻击方法。首先,将攻击目标的反馈控制器输出和输入信号作为长短期记忆神经网络的数据集,通过训练得到受攻击区域的估计模型,再利用估计模型设计隐蔽攻击器向受攻击对象施加攻击信号。此外,使用SOS算法优化LSTM的网络参数来提升隐蔽攻击器的性能。对核电站一回路控制系统进行隐蔽攻击的仿真实验结果表明,该攻击方法在对目标控制系统输出信号实现预先设定攻击行为的同时具有较高隐蔽性。

为解决电网波动剧烈导致的火电机组运行平稳性问题,提出一种考虑火电运行平稳性的飞轮储能辅助二次调频控制策略。首先,建立了超超临界火电机组联合飞轮储能的二次调频控制模型;其次,提出了一种基于多层变增益速率限制的AGC指令非线性分解方法;最后,综合机组平稳性和系统AGC性能设计了适应度函数,借助鲸鱼优化算法(WOA)实现了最优化的速率限制算法参数获取。基于上述方法设计了火储协同二次调频控制策略。以某1 000 MW火电机组-飞轮储能联合系统为例进行了仿真验证。结果表明:所提控制策略在不影响系统调频性能的前提下可以使联合系统有效响应系统高频指令,减小了火电机组的动作幅度,提升了机组运行的平稳性。

为了减弱太阳能波动对光煤互补发电系统性能的影响,提出了新型光煤互补发电系统,建立了关键设备模型及子系统模型并进行验证,对新型光煤互补发电系统的热力性能及技术经济性进行了研究。结果表明:系统热力性能随运行负荷的下降而下降,随太阳辐照强度增加而先升高后下降;系统年均输出功率为699 MW,年均节煤率为7.506 g/(kW·h),年均光电效率为10.82%;储热时长为10 h时系统技术经济性最优,此时全寿命周期内净现值为4.18×10⁴万元,内部收益率为11.81%,动态投资回收期为12.6 a,平均度电成本为0.402元/(kW·h),盈利能力较强。

针对应用于第四代气冷堆的超临界二氧化碳再压缩循环系统进行了优化研究。通过建立完善的热力学及㶲经济性模型,并根据核电模块化的需求引入空间紧凑性指标,从热力学性能、空间紧凑性、㶲经济性能等多个维度对超临界二氧化碳再压缩循环系统开展研究,分析了关键参数对超临界二氧化碳再压缩循环系统性能的影响,并进一步开展了多目标优化以提高系统的适用性。结果表明:通过多目标优化研究,循环的综合性能得到提升,多目标优化得到的最优点的㶲效率、单位功率成本率和单位功率换热面积分别为71.5%、3.11美分/(kW·h)和0.191 m²/kW。

氨煤混燃涉及复杂的化学反应过程,是否会加剧氮氧化物的生成是倍受关注的问题。通过化学反应动力学计算方法,研究了氨煤混合燃烧的气相反应中NO生成和还原的反应路径,以及不同因素对NO生成的影响。结果表明:温度T=1 300 ℃、过量空气系数α=0.84时,相较于纯煤燃烧,掺氨比例为0.3时能够降低反应器出口NO体积分数96.5%,原因是此工况下氨分解产生大量的NH₂和NH等自由基,其还原反应的反应速率更快,从而使含N基元向N₂转化;T=1 300 ℃下,掺氨比例为0.3时较为合适,此时反应器出口的NO和NH₃体积分数均较低;小比例掺氨燃烧会增大NO的生成速率和NH₃的分解速率,导致反应器出口NO体积分数增大,且温度越高,该现象越明显;α<1的还原性气氛和较低的温度(T≤1 300 ℃)能够有效降低NO的排放。

通过对太阳能聚光投入辐射进行分频,建立光伏与光热驱动有机朗肯循环综合供电系统。在冷却背板温度100 ℃的限制下,对该系统进行热力学分析,筛选了适宜的循环工质,获得了有机朗肯循环(ORC)系统优化的蒸发温度。结果表明:isobutene作为光伏系统的冷却工质和ORC系统的循环工质时系统效率最高,分频技术将冷却背板散热负荷转移至集热器,可降低光伏板的散热需求,从而降低循环工质质量流量,对提高系统发电能力有积极作用,该系统可将单纯光伏发电效率提高9百分点;同时,分频效率和太阳能电池吸收波段对综合供电系统的总效率影响较大。

在碳减排背景下,燃气轮机燃烧室需要在出口温度不断提高的同时控制NO_x排放、提高功率调节范围和燃料适应性。为了应对以上挑战,燃气轮机厂商正在发展轴向分级燃烧技术。本文介绍了轴向分级燃烧原理,分析了轴向分级参数、交叉射流火焰形态、喷嘴结构和燃料种类对污染物排放和燃烧不稳定性的影响。现有研究表明,降低一级燃烧室当量比、增强二级燃烧室的掺混均匀性能够降低污染物排放;轴向分级燃烧室的热声振荡特性复杂,合理选取分级参数能够抑制振荡。轴向分级燃烧室的减排效益和工况调节能力已经在商业运行中得到验证。基于目前研究现状,展望了轴向分级燃烧技术的关键问题和未来研究方向。

由于气膜冷却问题中湍流的复杂特性,传统雷诺平均(RANS)方法会低估湍流的热扩散强度,导致冷却效果计算不准确。对此提出了一套基于物理信息神经网络(PINN)的湍流建模框架,基于RANS流场和大涡模拟(LES)温度场,建立了数据驱动的湍流普朗特数神经网络模型,在RANS求解器中嵌入该模型,可以动态调整湍流的热扩散强度,获得了与LES高度一致的温度场。结果表明:PINN是构建数据驱动湍流模型的良好方法,对于湍流普朗特数的建模可以有效提升RANS方法对温度预测的准确性。

为了实现垃圾焚烧发电机组稳定、高效、环保的有效协同,对垃圾焚烧炉燃烧过程进行了多目标优化。提出一种极限学习机(ELM)和带有外部输入的非线性自回归滑动平均模型(NARMAX)相结合的动态建模方法,并通过改进麻雀算法(ISSA)对模型参数进行优化,分别建立了垃圾焚烧炉蒸汽质量流量、锅炉效率和第一烟道温度的动态模型;并将 ISSA-ELM-NARMAX模型与传统BP神经网络模型、ELM-NARMAX模型和SSA-ELM-NARMAX模型进行对比,最后基于改进非支配遗传算法(NSGA-II)对燃烧过程进行多目标优化,寻找焚烧炉最佳运行参数。结果表明:基于 ISSA-ELM-NARMAX的垃圾焚烧炉燃烧过程动态模型更加精确有效,所提出的控制策略可以为焚烧炉司炉人员提供操作指导。

为了缓解醇胺溶液碳捕集的高能耗问题,加入了纳米级羟基氧化铝作为催化剂以有效降低再生能耗。基于传热学基本理论,将解吸过程分为升温阶段和恒温阶段,建立了分阶段的能耗评估模型,获得了实时热负荷变化曲线。该模型比传统的能耗评估方法更精确,更容易确定能耗最低的操作条件。利用该模型,探究了催化和无催化条件下再生热负荷最低的解吸温度,结果表明:在适中的解吸温度下再生能耗最低。此外,分析了解吸过程的总包反应动力学,发现反应级数模型最适合描述乙醇胺溶液再生反应速率,该模型的动力学参数证明了催化剂通过降低反应活化能的方式节省再生能耗。

采用真空气体渗氮工艺在不同温度下对SP-700钛合金表面进行了渗氮强化。利用扫描电子显微镜、光学显微镜、显微维氏硬度仪、往复摩擦磨损试验仪、白光干涉三维表面轮廓仪和电化学工作站,分别测试了强化层的表面和截面形貌、硬度、耐磨性能和电化学腐蚀性能;通过浸泡腐蚀方法测定了涂层在HF溶液中的腐蚀行为。结果表明:渗氮温度对SP-700钛合金的微观形貌影响较大,随着温度的升高,试样表面氮化物数量增加,氮化物层更加致密;高温渗氮试样的硬度较基体提高了约1.9倍,相对耐磨性可达51.34;所有试样在3.5%NaCl溶液中均能自发钝化,有较好的耐电化学腐蚀性能;渗氮试样在HF腐蚀液中表现更优,渗氮温度越高,试样的耐腐蚀性能越好。

面对日益紧迫的减碳降耗需求,发展高效低碳的先进热力循环愈发重要。提出了一种基于天然气的零碳排放的半闭式超临界CO₂循环,并通过工质拆分,将半闭式循环拆解为开式循环和闭式循环,以阐明循环热功转化的过程;进一步采用循环拆分法将复杂重构循环拆解为若干简单循环,建立不同流程重构措施的热力学评价模型,直观地揭示不同循环构型的节能机理;通过参数敏感性分析获得各个流程改良措施关键参数的最优点。结果表明:再热、分流再压缩、中间冷却、部分冷却等多种循环流程改良措施均可有效提高循环效率,其效率增益为1.79~5.59个百分点;多种流程改良措施集成优化后,系统净发电效率较基础循环提高10.18个百分点。

为探究燃煤锅炉的深度调峰能力,针对某超临界630 MW锅炉炉膛水冷壁开展了水动力和壁温特性研究,建立了水动力和壁温特性数学模型,计算并分析了(20%~30%)锅炉最大连续蒸发量(BMCR)负荷的水冷壁压降、流量分配、出口工质温度和壁温沿炉高方向的分布特性等。结果表明:在20%和30% BMCR负荷,水冷壁螺旋管段的热偏差较小,热负荷分布均匀,水冷壁垂直管段出口蒸汽温度偏差较大,该区域更易出现温度超限的情况;在30% BMCR负荷时,锅炉可以以干态工况安全运行;在28.8% BMCR负荷时,水冷壁入口工质温度为280.0 ℃,锅炉干态运行时水冷壁壁温最高值超过450.0 ℃;在27.3% BMCR负荷时,锅炉干态运行时水冷壁壁温最高值超过500.0 ℃,此时可以通过转湿态运行或调节入口温度的方式降低壁温。

为进一步提高翼型的气动性能,基于灰鲭鲨尾鳍上尾叉型线结构,提出一种仿生襟翼结构。利用SST k-ω湍流模型模拟仿生翼型的气动性能和内流特征,分析了仿生襟翼相对位置和角度的影响,得到了气动性能最优的仿生襟翼翼型,并将其与格尼襟翼进行对比。结果表明:安装仿生襟翼后,翼型升阻比较原翼型显著提高;当襟翼相对高度不变时,减小襟翼安装角和增大襟翼与尾缘间的距离均导致翼型失速提前;安装角为45°且逆流向安装在尾缘处的仿生襟翼翼型气动性能最优,其升力系数较格尼襟翼翼型在失速前平均提高5.9%;安装仿生襟翼后流场结构更复杂,流场内涡的位置、数量及大小均有所改变。

提出了一种基于改进鲸鱼算法优化Transformer网络超参数(IWOA-Transformer)的故障预警方法。该方法利用非线性收敛系数和高斯变异对鲸鱼算法(WOA)进行改进,以提高WOA的收敛速度和避免其陷入局部最优;再采用改进鲸鱼算法(IWOA)优化Transformer的超参数,建立磨煤机故障预警模型;然后,通过预测值和实际值的相似度函数确定自适应阈值,结合专家系统判断故障类型并提出解决方案,实现磨煤机故障预警;最后,以某350 MW热电机组中速磨煤机为例进行故障预警试验。结果表明:所提IWOA-Transformer模型可显著提高预警速度和准确率,具有工程实用价值。

为了优化风电场整体的功率输出和疲劳载荷,提出分群优化方法。建立风机尾流干扰的神经网络判定模型,以风机的相对坐标和来流风速作为特征值来判断风机之间是否存在尾流干扰;引入连通分量分解算法,将风电场划分为多个互相无尾流干扰的气动解耦机群;采用改进的自适应评估粒子群算法,以提升功率和抑制载荷为目标对所有机群进行并行优化。结果表明:与贪婪算法和整体优化方法相比,所提分群优化方法在功率提升和载荷抑制方面的效果均较好,且其稳定性更好。

提出了一种以固体氧化物燃料电池(SOFC)/燃气轮机(GT)为原动机,以掺氢天然气为燃料的综合能源系统。建立了风光发电和制氢设备、SOFC/GT系统、冷热电能源转换和存储设备、碳捕集设备等多种类型能源利用设备的数学模型,在考虑多种负荷平衡约束、设备运行约束和"双碳"目标约束的情况下研究了综合能源系统的性能与经济性。结果表明:随着燃料掺氢比的增加,SOFC/GT系统发电效率从60.36％增加到64.79％,综合能源利用率从87.80％增加到90.80％;系统使用可再生能源制氢时,碳排放量最低,尽管考虑了碳交易收益,但高昂的制氢成本导致系统运行成本最高。

为实现煤炭高效低碳化发电,提出了一种基于分级气化和化学回热的燃烧前CO₂捕集发电系统。该系统将煤气化过程解耦为600 ℃的热解过程和1 400 ℃的气化过程,利用燃气轮机的排烟余热来驱动热解过程,此外利用合成气的显热驱动热解气重整。将新系统与参比系统进行热力学性能比较,分析了不同关键参数对新系统性能的影响。结果表明:在90%碳捕集率下,新系统的净发电效率、效率和度电CO₂排放量分别为39.97%、38.94%和85.27 g/(kW·h),相较于参考系统,分别提高了2.33个百分点、2.34个百分点和降低了5.27 g/(kW·h);新系统性能提升的主要原因在于其气化过程的不可逆损失大幅减少,为参比系统的62.13%;当气化温度为1 200 ℃、水碳比为1.4、碳捕集率为80%时,系统净发电效率最高,可达41.3%;随着碳捕集率的增加,净发电效率及度电CO₂排放量均降低,其中度电CO₂排放量最低可达51.1 g/(kW·h)。

为探究声波助燃技术在W型火焰锅炉中的应用潜力,试验研究了实时负荷为315 MW的W型火焰锅炉在声波激励作用下的燃烧特性。在锅炉主燃区、燃尽区分别交错布置12台和4台声波激励装置,每3台1组循环投运,驱动声波激励装置工作的电机频率为35 Hz,相应进气压力维持在0.35~0.47 MPa。试验中,通过电厂集控室集散控制系统(DCS)监测记录了脱硝塔A/B侧进口NO_x质量浓度、脱硫装置进口SO_x质量浓度和机组煤耗的变化。结果表明:投入声波激励装置后,脱硝塔A/B侧进口NO_x质量浓度分别下降了6.08%、5.47%,SO_x质量浓度下降了1.24%,机组平均煤耗下降了1.5 g/(kW·h);对省煤器和空气预热器出口的灰分采样分析发现,与无声波激励的情况相比,飞灰含碳质量分数分别下降了1.64%和1.70%,声波助燃技术能有效提高W型火焰锅炉的热效率和降低污染物排放。

为了控制雾羽和节约水资源,搭建了高位收水机械通风冷却塔热态实验系统,分别对外部冷却模块(干湿联合冷却塔)和内部凝雾模块(凝雾式冷却塔)的消雾、节水及热力性能进行对比分析,研究了环境温度、循环水进水温度及循环水量对冷却塔性能的影响。结果表明:干湿联合冷却塔和凝雾式冷却塔均具有消雾和节水能力,但实现二者的消雾和节水是以降低冷却塔冷却性能为代价的;与原塔相比,干湿联合冷却塔和凝雾式冷却塔的循环水温降约降低了1.5 K;干湿联合冷却塔和凝雾式冷却塔的消雾和节水性能受运行参数的影响很大,且凝雾式冷却塔的节水量和节水率高于干湿联合冷却塔。

提出一种模型-数据联合预测方法,通过机理分析建立对象动态模型,并引入未来太阳辐射强度、用户负荷预测数据进行即时模型预测,通过注意力机制改进的卷积-长短时记忆混合神经网络建立数据预测模型,并引入历史数据进行滚动数据预测,然后利用卡尔曼滤波器对2种预测模型的输出结果进行融合,实现储能量的联合预测。结果表明:联合预测兼具2种方法的优势,能很好地解决储能量预测误差随时间累积的问题,并能够及时表征气象因素突变和系统运行方式改变时储能量的变化情况,在各种天气状况下均具有良好的预测精度。

设计了一种以 S-CO₂和石英石为储能介质、再压缩S-CO₂布雷顿循环为动力循环的塔式太阳能热发电储能一体化系统。基于Gensystem计算平台,建立了动力循环、太阳能集热系统、S-CO₂斜温层储热罐的数学模型,研究了集热系统性能和S-CO₂斜温层储热罐的储、释热动态特性。在此基础上,分析了一体化系统的热力性能和经济性能。结果表明:经过13次循环储、释热过程,斜温层储热罐出口温度趋于稳定。释热结束时,斜温层储热罐热流体出口温度下降了63 K,储热结束时,冷流体出口温度升高了46 K。与配置双储热罐的塔式太阳能热发电系统相比,一体化系统夏至日和冬至日日均发电效率分别提高了1.8%和1.7%,系统总投资降低了9.46%,平准化度电成本下降了9.45%,投资回收期缩短了1.8 a。

中心拉杆转子是燃气轮机的核心部件,但转子运行工况恶劣、事故频发,需要开展复杂接触状态下多尺度、多载荷作用的强度研究,以保障叶盘结构运行安全。基于粗糙表面接触模型和三维有限元方法,建立了考虑微观界面尺寸和粗糙度的燃气轮机轮盘Hirth齿接触界面热固耦合特性分析模型,探究了接触面微观尺度参数以及端面齿宏观尺度几何参数的影响。结果表明:端面齿的最大等效应力随齿根圆角半径的增大、压力角的减小而减小;端面齿的最大等效应力和平均接触压力均随着表面粗糙度的增大而减小。

为实现火电机组碳排放量的简便准确计量及掌握运行因素对机组碳排放强度的影响,在排放因子法技术上,参考传统q-γ-τ矩阵结构形式,根据求解火电机组碳排放量的需要,并掌握运行参数对发电碳排放强度的影响,建立了火电机组碳排放量及碳敏感性通用矩阵模型,确定了矩阵填写规则。采用热平衡法结合物料衡算法验证了模型的准确性,并与排放因子法核算结果对比;核算了某火电机组24 h的碳排放量,分析了排烟氧量、主蒸汽温度和压力波动时的发电碳排放强度的扰动量ΔM_CO2。结果表明:相较于排放因子法,本文所提模型缩短了碳排放量核算的时间跨度,且能提高碳排放量核算的精度;该机组24 h的碳排放量为5 780.644 t;当排烟氧量降低0.1%时,ΔM_CO2为1.772 6 g/(kW·h);当主蒸汽温度升高0.5 K时,ΔM_CO2为3.020 6 g/(kW·h);当主蒸汽压力增加0.2 MPa时,ΔM_CO2为0.378 8 g/(kW·h)。

采用红外热成像技术考察了不同冷气压降下圆孔、扇形孔和扩张孔的发散冷却特性。结果表明:由于旋流冲击效应,壁面出现局部低冷效区域,且与孔型无关;孔型变化仅影响壁面的冷却效果,增大冷却空气压降可改善冷效效果,低冷效区域的面积也随之减小;冷却孔型和冷却空气压降的差异会导致最低冷效点位置发生迁移;随着冷气速度的增大,该点位置向上游方向迁移;就均匀性而言,冲击点圆孔的最低效率比面积平均值降低14.3~27.5百分点,扇形孔和扩张孔的最低冷效与平均水平差别更大,冷效均匀性更差;扩张孔的综合冷却效率最高,但均匀性最差。

为研究超临界二氧化碳(S-CO₂)在水平管道中加热流动时产生的浮升力效应对其流动传热特性的影响,进行了相同工况下光管与内插螺旋丝管的流动传热实验。研究了壁面热流密度与质量流速对浮升力效应的影响,并且讨论了管道中插入螺旋丝后对壁面温度分布、传热模式等的影响。结果表明:由于浮升力的作用,S-CO₂在水平加热流动中,会沿重力方向产生温度分层,导致顶部、底部的壁面温度产生较大的温度差值,最大壁面温度差值达到48 K;管内插入螺旋丝后有效抑制了浮升力导致的温度分层现象,底部传热系数提高了60%以上,顶部传热系数提高了140%以上。根据实验结果对4种传热关联式进行验证,发现Bishop公式的综合表现最好。

火力发电机组在运行过程中燃烧温度场分布不均,会导致炉膛受热面超温、爆管以及形成烟气走廊等问题。通过对运行过程中锅炉温度场分布的判断,及时关注其运行状况并进行燃烧调整,以提高锅炉运行的安全性、稳定性和经济性。以某发电厂660 MW超超临界锅炉为例进行燃烧优化调整试验及数值模拟。结果表明:通过对各受热面温度以及燃烧器处壁温变化进行分析,同时结合制粉系统各粉管风速及煤粉浓度的偏差、燃烧器内和外二次风风量及强度、直流风风量大小的调整以及炉膛贴壁风的测量,发现不同磨煤机运行组合方式以及二次风配风方式等因素对锅炉运行存在较大影响,具体表现为壁温超温、燃烧器温度以及受热面还原性气氛等方面,进而影响锅炉的经济运行;调整后屏式过热器、高温过热器和高温再热器壁温超温现象消失,燃烧器不存在烧损情况,NO_x生成量也在合理的范围内。

为实现降低碳排放的绿色环保目标,天然气掺氢燃烧成为燃气轮机的重要发展趋势。针对天然气掺氢燃烧特性,对自主研发的F级重型燃气轮机新型DeNO_x燃烧器展开全温、全压、全尺寸高掺氢比例的燃烧试验,从温度、排放、嗡鸣和加速度等性能参数分析燃烧器掺氢燃烧适应性。结果表明:该燃烧器在30%~40%掺氢比例,55%~100%基本负荷段的NO_x排放质量浓度均可控制在30 mg/m³以内;随着掺氢比例的增加,火焰转换发生在更低的负荷,有利于稳定升负荷,同时燃烧器出口温度升高,但未发生回火。

提出一种基于水力脉动的抽水蓄能机组轴系扭振特性辨识方法,即采用应变测试技术获取随机性动态扭矩信号;设置触发阈值,将扭矩信号和阈值的交点及其后一定长度的样本点组成样本信号;对足够多样本平均后,信号中随机响应和正/负速度冲击响应被平均掉,剩余则为幅值冲击响应信号;用指数函数拟合冲击响应信号,从中得到扭振固有频率和阻尼。将该方法应用于某抽水蓄能机组扭振特性辨识。试验结果表明:25%负荷工况下水力脉动幅度较大,触发阈值对阻尼和频率辨识结果的影响较小;负荷升高后扭矩脉动幅度减小,触发阈值对频率识别值的影响较小,但会影响阻尼识别值;该方法无需施加扭矩激励,可以实现安装状态下扭振特性辨识,具有较强的工程应用价值。

针对CO₂化学吸收系统中存在的高再生耗能和吸收剂长时间高温受热产生热降解的问题,提出了一种新型管式降膜再沸器。通过对降膜流动特性分析,开展了液体分布器结构优化设计研究,并且在200 m³/h烟气CO₂化学吸收中试平台进行了系统热工实验,以验证降膜再沸器的传热传质性能并寻找最优操作参数。通过降膜流动实验发现,优化接管开孔和分布槽孔径后的液体分布器不均匀度可显著降低至0.026。结果表明,随着管内液相流速的增加及层流与湍流状态的转变,降膜再沸器总传热系数呈先减小后增大的趋势。同时,随着蒸汽质量流量由60 kg/h增加至70 kg/h和80 kg/h,再生率可由10%左右上升至20%左右,最高可达到24.7%,从而促进了胺溶液的二次解吸。增加蒸汽流量和胺溶液进口温度,降膜再沸器热流量逐渐增大,整体传热性能逐渐增强,总传热系数随之增加。所开发的CO₂化学吸收管式降膜再沸器,实现了降低吸收剂在再沸器内停留时间,同时提升了再沸器传热效率及胺溶液CO₂再生率,有望显著降低碳捕集再生热耗。

为分析来流畸变对燃气轮机压气机颤振特性的影响,建立了径向畸变的入口来流总压模型,基于影响系数法研究了不同相位角和不同畸变强度的径向来流总压畸变对压气机流场特征及气弹稳定性的影响。结果表明:相位角为90°和180°的径向来流总压畸变会使危险工况下的气动阻尼最小值有所增大,气弹稳定性提升;相位角为180°的径向来流总压畸变可以在所有叶间相位角下提高压气机的气弹稳定性;相位角为0°和270°的径向来流总压畸变均会提高压气机发生颤振的风险,需要尽量避免。

为改善空气冷却重型燃气轮机热力性能,提出了一种能够高效利用抽气能量的新型空气冷却燃气轮机系统并研究了其热力性能的变化。以传统典型F级燃气轮机不同环境温度下的性能数据作为对比基础,通过数值仿真分析了新型高效空气冷却燃气轮机中冷却系统设计参数变更条件下的系统性能指标变化,计算对比了3种运行模式下的热力性能。结果表明:新型高效空气冷却燃气轮机能够有效降低压气机抽气温度,进而改善燃气轮机热力性能。在夏季工况下,进口温度分别被冷却到30、20、15 ℃时,燃气轮机功率分别升高了25.92、40.49、48.22 MW,燃气轮机效率分别提升了0.78、1.19、1.40个百分点。

对乏汽供热用大型射汽器的性能进行了全面分析和研究。结合射汽器的固有特性,在300 MW等级机组的乏汽供热系统中对射汽器变工况性能进行了试验研究,得到了不同机组背压、动力蒸汽压力和出口压力下射汽器的性能曲线。建立了一种射汽器全工况特性的性能参数求解方法。结果表明:性能参数求解结果与试验数据吻合度高。

为提升有机工质向心透平的效率与性能,对400 kW有机工质向心透平进行了一维气动设计。在一维气动设计结果的基础上进行建模,并结合三维数值模拟预测了有机工质向心透平在设计工况下的性能。以向心透平等熵效率为目标,采用均匀试验法对动叶轮的子午流道进行优化设计。结果表明:与原始向心透平相比,优化后的向心透平流场压力分布层次更加分明,整体熵增减小,产生的摩擦损失、尾迹损失明显减小,叶片做功能力增大,向心透平内部的流动情况得到了改善,等熵效率由原来的82.33%提高到85.92%,输出功率也增大了18.04 kW。

利用数值模拟方法计算不同雷诺数工况下棒束通道内特别是在定位格架下游的热工水力参数,从沿程压降、努塞尔数、综合局部换热因子等方面分析了不同冲孔模型对定位格架下游段速度和湍流强度的影响,并计算了不同雷诺数范围内的最佳冲孔面积。结果表明:当雷诺数不小于5 871时,相比于未冲孔模型,冲孔模型均能起到降低下游段压降的效果;雷诺数大于6 605时,在搅浑叶片表面冲孔会降低叶片出口处的纵向涡量,进而会导致下游流场远场段的努塞尔数降低;当雷诺数小于7 339时,冲孔面积比为15%时综合换热因子的提升最大,但雷诺数大于7 339时,下游远场的局部综合换热系数会随着冲孔面积的增大而逐步降低。