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。

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。

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。

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。

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。

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)。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

以某型存在高周疲劳失效现象的涡轮为仿真模型,采用涡轮三维非定常流场与固体振动响应分析耦合的计算方法,开展故障状态点的仿真。针对不同的涡轮膨胀比和涡轮反力度工况,对比分析了气动状态发生变化后动叶负荷分布和气动激振力的变化规律,以及叶片振动应力的相对变化趋势。结果表明:在进气工况不变的情况下,随着涡轮工作膨胀比的增大,叶片平均激振力、激振力幅值和振动应力呈明显增大趋势;随着涡轮反力度的增大,叶片平均气动激振力明显增大,但对应的激振力幅值和振动应力呈下降趋势。

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。

燃料轴向分级(AFS)燃烧技术是目前重型燃气轮机的先进低污染燃烧技术。为了揭示H₂/CH₄燃料种类和射流角对轴向分级燃烧的再燃区流场、火焰结构的影响规律,使用高频粒子图像测速(PIV)技术和OH^*基自发光技术,探究射流当量比为0.6、动量通量比为6时90°和45°射流角对不同种类的燃料轴向分级流场、再燃火焰结构的影响。研究表明:当射流角为90°时,射流根部会产生明显的回流区;射流火焰存在周期性脉动;当射流角为45°时,剪切层在射流根部不会产生明显的回流区,射流火焰燃烧更加稳定,燃料在低速区的化学停留时间更短,对于火焰传播速度快、容易回火的氢气燃料有较好的适应性;甲烷燃料掺氢增加了射流火焰的传播速度,随着掺氢比的增加,射流火焰从脱体火焰逐渐变为连续火焰,迎风侧射流火焰分支出现,反应区长度缩短并且变小,火焰强度增强,火焰根部向喷嘴出口移动并最终附着在射流喷嘴出口。

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。

分析了燃氢燃机透平在导热/对流/辐射耦合作用下的流动传热和冷却特性,发展了能够计算高H₂O与CO₂分压比的灰气体加权和(WSGG)模型。结果表明:燃氢燃机工质中水蒸气含量增大导致金属壁面温度升高;加入辐射的影响后,H₂O和CO₂含量对传热的影响呈相反的结果,这主要是由于CO₂的对流传热能力强于H₂O,而H₂O的辐射能力强于CO₂;在对流、导热、辐射3种传热方式都存在的燃氢透平冷却耦合系统中,气膜冷却的速度场几乎不受影响,而温度场则深受耦合及辐射的影响,所定义的耦合条件下气膜冷却效率能够表征燃氢条件下气膜的冷却性能,因此在燃氢燃机透平冷却的设计中,燃氢导致的热负荷恶化需纳入设计变量中。

针对涡轮动叶凹槽状叶顶近压力侧气膜冷却设计的结构,设计了2条全肋条、1条全肋条和1条压力侧尾缘半肋条与1条吸力侧尾缘半肋条的3种凹槽状叶顶肋条布局设计。采用数值求解三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程和标准k-ω湍流模型研究了肋条布局的凹槽状叶顶气膜冷却效率和气热性能,研究了4种吹风比下2条全肋条布局的凹槽状叶顶的传热冷却性能。在吹风比为1.0时,对比分析了典型凹槽状叶顶和3种肋条布局凹槽状叶顶的气动传热特性和气膜冷却效率。结果表明:数值预测的叶顶传热系数分布与实验测量结果吻合良好,验证了数值方法的可靠性;吹风比1.0时,全肋条凹槽状叶顶具有最高的平均气膜冷却效率;全肋条布局凹槽状叶顶具有最高的平均气膜冷却效率;相比于典型凹槽状叶顶,全肋条布局凹槽状叶顶能够使气膜冷却效率提高2.2%;压力侧半肋条布局的凹槽状叶顶具有最低的平均传热系数和总压损失系数;肋条布局通过调控叶顶涡系与冷气的迁移路径而显著改变了凹槽状叶顶的流场结构,进而影响气热性能和气膜冷却效率;全肋条布局的动叶凹槽状叶顶具有最佳的综合气热性能和气膜冷却效率。

在当量比0.3~0.5的条件下,针对旋流数为0.62与无旋流2种微混扩散燃烧器开展了试验研究,考察了旋流作用对微混扩散燃烧流场、火焰结构、NO_x排放以及燃烧不稳定性的影响。实验运用OH^*化学发光法与粒子图像测速(PIV)技术捕获了火焰与流动结构。结果表明:加入旋流能够通过改变流场结构,使火焰高度降低44%,进而缩短停留时间,最终实现NO_x排放体积分数减少63.4%;无旋流微混扩散火焰脉动的主要驱动因素是高当量比下火焰径向膨胀区的生成,而旋流的加入可以抑制径向膨胀区的生成,从而在宽负荷范围内实现抑制燃烧振荡的效果。

提出一种基于Bezier曲线的气膜冷却孔出口参数化构型方法,通过调整Bezier曲线的控制点,改变气膜冷却孔的出口形状。采用拉丁超立方抽样(LHS)和数值模拟的方法,获得大量不同气膜冷却孔出口形状下的气膜冷却效果,结合径向基函数神经网络(RBF-NN)所构建的预测模型和遗传算法(GA)进行气膜冷却孔出口形状优化。结果表明:优化后的气膜冷却孔可以有效抑制肾形涡对(CVP)的强度与大小,减小冷却气流与热主流的掺混损失;优化后的气膜冷却孔具有扩张的冷却通道,降低了冷却气流出口法向上的动量,有效抑制了冷却气流对于热主流的穿透,提升了气膜冷却效率;在吹风比M=0.91的情况下,最优孔形的气膜冷却效率较圆孔和扇形孔分别提升了40.48%和17.82%。

现有风电机组偏航误差评估方法多借助激光雷达或依赖长期(大于3个月)运行数据。针对新机组首次维护前的短期运行数据偏航误差计算问题,提出一种基于实际功率曲线阈值筛选的偏航误差算法。首先,通过Bin法求解机组实际功率曲线,利用实际功率曲线阈值方法在无需机舱传递函数(NTF)的条件下剔除可能降低计算准确度的数据;其次,对筛选后的数据集做风速分仓,利用区间均值法求解各风仓代表偏航误差;最后,使用风速加权法求解偏航误差。在江苏某陆上风电场的实践应用表明,所提出的算法针对短期和长期运行数据均可获得有效的偏航误差计算结果。

提出了一种光电互补的氯碱化工与冷热电氢多联供系统,通过建立热力学模型,探究了不同关键参数对系统各单元性能的影响规律,并对系统运行策略进行了分析。结果表明:与传统氯碱系统相比,多联产系统能量利用效率可提高14.65百分点,全年可减少31%的碳排放总量,可节约系统日购电成本25.4%~51.1%。

为了深入研究关键参数对氢混重型燃气轮机总体和关键部件热力性能的影响,构建了氢混重型燃气轮机的热力性能计算模型,阐述了模型中关键参数的定义与设定。研究了不同氢气掺混比例、透平初温、压气机压比和冷却空气量等关键参数对燃气轮机功率和热效率等性能指标的影响,分析了不同氢气掺混比例下的透平气动参数变化,进一步揭示了掺氢对燃气轮机性能的影响机制。结果表明:氢气的掺混比例、透平初温、压比和冷却空气量是影响氢混重型燃气轮机性能的关键参数;掺氢比变化时,透平气流角、出口马赫数等透平气动参数的变化则影响透平气动性能和燃气轮机的热力性能。

为解决ANSYS-Fluent软件无法兼具高精度和高效率的辐射光谱模型问题,将基于查值表法和机器学习法的全光谱相关k分布(FSCK)模型进行二次开发并嵌入Fluent中,将其与内置的辐射传输方程(RTE)求解器耦合,用于常见燃烧气体和碳黑混合物的辐射换热计算。通过对一维平板以及2组不同火焰的辐射换热进行计算,并以逐线(LBL)模型为基准,与Fluent中自带的灰体气体加权和(WSGG)模型结果进行比较。结果表明:无论是否含碳黑,FSCK模型的计算结果均比自带的WSGG模型更加准确。

燃气透平叶栅端壁区域的流动呈现高度复杂的强三维特性,端壁冷却设计不仅需要考虑端壁强烈的二次流对冷却特性的影响,也需要考虑冷却布局对近端壁流动与换热特性的影响。针对燃气透平叶栅端壁冷却需求,结合数值模拟和试验测试方法,系统研究了不同冷气质量流量比条件下,离散气膜孔、泄漏流、端壁改型等措施对端壁表面气膜冷却、换热、流动及叶栅气动特性的影响。结果表明:采用合适的气膜孔射流角和布局、泄漏流冷却单元几何结构和端壁表面微尺度肋等方式可以有效提高端壁表面的气膜冷却有效度;上游槽缝及轮缘密封泄漏流可以对端壁上游及前半部分近吸力面区域提供较好的冷却保护,而叶片装配间隙泄漏流对于端壁下半部分靠近叶片吸力面区域的冷却更加有利;扇形气膜孔布置及曲线型装配间隙不仅能提高气膜冷却有效度,还可以有效控制气动损失。

以某F级燃机压气机为研究对象,考虑燃机实际运行过程中腐蚀和磨损作用导致的压气机叶顶间隙变化,通过三维数值模拟方法开展了不同腐蚀/磨损状态下多级轴流压气机的性能退化机理研究,分析了叶顶间隙变化对多级轴流压气机性能的影响规律。结果表明:叶顶间隙增大会导致压气机特性曲线整体向质量流量减小的方向偏移,使得压气机的质量流量、效率及压比均产生一定程度的衰退;随着叶顶间隙的增大,压气机峰值效率逐渐降低,喘振裕度明显降低;叶顶间隙增大会导致压气机通道内的流动分离加剧,动叶叶顶间隙变化对压气机流动分离的影响更严重;静叶吸力面尾缘附近的流动分离导致形成低马赫数区,同时逆流的低速涡团导致叶根附近的损失显著增大,造成压气机性能衰退。

从燃气轮机透平叶片冷却设计角度,总结了近年来国内外研究者对数据驱动方法的研究及其应用进展。介绍了数理统计、机器学习以及深度学习等3类数据驱动方法,阐述了数据驱动方法相对于实验和数值仿真的优势,重点归纳了数据驱动方法在对透平叶片冷却特性的预测和不确定性量化、对数值仿真中的湍流模型改进,以及对现有数据和知识的融合能力等方面的应用。基于当前研究热点和发展趋势,提出了燃气轮机透平叶片冷却设计中数据驱动方法下一步应重点开展的方向,包括发掘数据融合的潜力,提高泛化能力,降低数据成本,并进一步研究数据处理方法,对比不同数据驱动方法的优劣,发展适用于复杂冷却设计的数据驱动方法等。

为了解决选择性催化还原(SCR)脱硝系统中NO_<i>x排放控制遇到的时效滞后和负荷波动引发的响应问题,采用强化学习来调控比例积分微分(PID)参数,基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法,重新设计了Critic网络的损失函数,并引入了一个延迟队列来模拟系统的延迟性,并将所提控制策略应用到国内某660 MW超超临界火电机组中。结果表明:强化学习控制方法在调节时间、超调量、稳定性方面均优于传统的PID控制方法;所提控制策略克服了传统PID控制方法无法解决的时效滞后和负荷波动问题,具有重要的理论与实际应用价值。

“双碳”目标下,为进一步降低综合能源系统(integrated energy system,IES)碳排放,提升可再生能源消纳能力,提出一种IES低碳经济运行优化策略。首先引入阶梯型碳交易机制约束IES的碳排放;然后建立耦合电转气(power to gas,P2G)和碳捕集系统(carbon capture system,CCS)模型,并细化P2G两阶段运行;接着在传统热电联产机组(combined heat and power,CHP)中引入卡琳娜循环与电锅炉联合运行,构造热电灵活输出的CHP模型;最后以系统运维成本、碳交易成本、购能成本和弃风弃光成本之和最小为优化目标,构建IES低碳经济调度模型,并设置不同运行场景对比分析。结果表明:IES碳排放减少38.45%,运行总成本降低10.37%,验证了所建模型的低碳性和经济性。

在全温全压条件下对自主研发的F级燃气轮机轴向分级燃烧室进行了燃烧试验研究,以探究设计点工况下燃烧室的压力损失、出口温度分布、火焰筒壁面温度、污染物排放、燃烧效率和热声稳定性等燃烧性能。结果表明:在设计点工况下,燃烧室总压损失系数为5.4%;燃烧室出口温度分布系数为0.06,燃烧室出口径向温度分布系数为0.03;燃烧室火焰筒壁面温度低于850 ℃;NO_x摩尔分数维持在1.9×10^-5 ,CO和未燃碳氢(UHC)排放基本为0,燃烧效率维持在99.99%以上;压力脉动各特征频率对应幅值均低于3 kPa,表明燃烧室热声状态稳定。

以某F级燃气轮机燃烧室火焰筒为研究对象,考虑热障涂层及冷却结构对火焰筒气动传热影响,基于流热固耦合方法对额定工况下的火焰筒进行了内部流场、温度场和应力场分析,并将数值分析结果与火焰筒实际损伤情况进行对比。结果表明:数值分析结果的火焰筒高应力区域与火焰筒实际损伤区域基本吻合,采用流热固耦合方法可以预测火焰筒实际损伤情况;不同位置的热障涂层陶瓷层隔热效果相近;基体和热障涂层陶瓷层在冷却结构附近的区域均为高应力区域。