动力工程学报

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锅炉技术

超临界循环流化床锅炉水冷屏竖直集箱流量分配数值模拟及试验研究

张冬青, 杨冬, 刘计武, 肖峰

2013, 33(1): 1-5.

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针对上海锅炉厂有限公司350 MW超临界循环流化床锅炉水冷屏的结构,建立了竖直集箱内空气-水两相流动试验平台.根据质量守恒、动量守恒和补充方程,建立了水冷屏竖直集箱内流量分配的数学计算模型,进行了35%额定负荷时不同干度试验工况下竖直集箱内流量分配的计算,得到了各支管内质量流量不均匀系数、最大质量流量偏差系数、体积流量含气率不均匀系数和最大体积流量含气率偏差系数,并将理论计算值与试验值进行了对比.结果表明:对于单一工况,从第1根支管到第4根支管,质量流量逐渐增加,质量流量偏差系数从负数增大为正数,体积流量含气率逐渐减小,体积流量含气率不均匀系数从正数减小为负数;计算所得数据的变化规律与试验结果一致,且随着干度的增大,计算值与试验值的偏差逐渐减小.

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锅炉技术

三通集箱过热器压力分布与流量分配的数值模拟

周云龙, 刘袖

2013, 33(1): 6-10.

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为了解三通结构对过热器流量分配的影响从而解决三通集箱过热器的爆管问题,利用Fluent软件对过热器模型进行了数值模拟,研究了三通结构集箱过热器内的静压分布、速度分布、各支管流量分配及各支管入口处流体的流速分布和静压分布.结果表明:三通结构附近流体的压力低且速度大,而远离该区域的流体则压力高且速度小;三通中涡流区域的支管入口有小涡流,而其他区域的支管入口没有出现小涡流;集箱内涡流下部的支管流量偏小,正对集箱入口处的支管流量最大;将第7管屏和第11管屏的入口形状改为圆形,改造后支管的流量明显增大.

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汽轮机与燃气轮机

1 000 MW超超临界汽轮机高压外缸蠕变强度的分析

蒋浦宁

2013, 33(1): 11-16.

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以1 000 MW超超临界汽轮机高压外缸为研究对象,通过引入Norton-Bailey材料蠕变本构方程和Cocks-Ashby多轴韧度系数,对汽缸轴对称二维模型的温度场、应力场和CA蠕变等效应变分布进行了计算,找出了结构设计中不合理区域并提出相应的结构改进方案.结果表明:经改进的高压外缸结构设计是合理的;CA蠕变等效应变计算结果均小于推荐考核标准,该1 000 MW超超临界汽轮机高压外缸的高温蠕变应变强度能够满足设计要求.

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汽轮机与燃气轮机

汽轮机转子初始裂纹高周疲劳安全性分析方法及其在焊接转子中的应用

史进渊, 邓志成, 汪勇, 杨宇,刘岩, 刘霞, 王争艳, 杨彦磊

2013, 33(1): 17-24.

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介绍了汽轮机转子高周疲劳寿命的设计方法.提出了汽轮机转子初始裂纹高周疲劳安全性的分析方法,转子高周疲劳的平均应力σ_m、应力幅σ_A和应力强度因子范围ΔK_I的计算方法以及转子钢疲劳裂纹扩展门槛值ΔK^R_th的经验计算公式.给出了汽轮机转子初始裂纹高周疲劳安全性的分析思路、分析方法、评价判据以及半转速1 000 MW核电汽轮机焊接低压转子的高周疲劳安全性分析应用实例.结果表明:转子初始裂纹高周疲劳分析方法能够应用于汽轮机转子的安全性评价,并可以为汽轮机转子的结构优化和长周期安全运行提供依据.

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工程热物理

腔体长度对三角形入口突扩腔体射流流场的影响

贠英, 陈冬林, 米建春, 邓涛, 成珊

2013, 33(1): 25-30.

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采用粒子图像测速(PIV)技术对三角形入口突扩腔体喷嘴在5种不同腔体长度下的出口段射流流场进行了测量,分析了腔体长度对三角形入口突扩腔体喷嘴射流流动特性的影响.结果表明:当腔体长径比L/D≤1.06时,射流不发生振荡;当腔体长径比L/D=1.36时,射流发生偏斜;腔体长度继续增加,当长径比L/D=1.67时,射流发生自激振荡,并在1.67≤L/D≤2.42内维持这种状态.

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工程热物理

角点处理的特征无反射边界条件直接数值模拟

李德波, 杨建山, 樊建人, 罗坤, 岑可法

2013, 33(1): 31-36.

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对特征无反射边界条件中角点耦合处理方法进行了分析,提出了新的角点耦合处理数学方法.对空间发展的可压缩圆孔射流进行数值模拟,并将模拟结果与试验值进行了对比.结果表明:新的角点耦合处理数学方法在处理声波反射方面是有效的,数值模拟结果与试验值吻合较好.

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辅机技术

三分仓空气预热器热力计算的简化方法

李杨, 周元祥, 谢天, 江浩, 黄嘉驷, 常东锋, 王浩, 李欣

2013, 33(1): 37-41.

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提出了空气预热器热力计算的一种简化方法,该方法以空气预热器实际运行状况为前提,以回转式空气预热器的计算标准方法为基础.以某350 MW超临界机组省煤器的改造方案为例,采用该方法对空气预热器进行了热力计算,得到空气预热器出口烟气温度和空气温度的变化量.结果表明:该方法无需考虑蓄热元件的板型、结构和材质等参数的影响,尤其是在空气预热器发生堵灰和沾污情况下,避免了计算公式中一些难以估计的参数,准确性大大提高;采用该简化方法计算得到的排烟温度、热一次风温度和热二次风温度与哈尔滨锅炉厂有限责任公司的计算结果一致,2种方法计算结果的相对误差小于1%.

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辅机技术

新型弯扭叶片旋转煤粉分离器分离性能的冷态数值研究

闫顺林, 魏杰儒, 董标, 杨玉环

2013, 33(1): 42-46.

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根据MPS89k中速磨煤机直叶片旋转煤粉分离器结构,提出了一种新型变截面弯扭动叶的旋转煤粉分离器.利用Fluent软件对该分离器的综合性能进行了数值模拟,分析了不同叶片结构的综合性能,获得了转子动叶的最佳结构参数.结果表明:新型变截面弯扭动叶旋转煤粉分离器转子动叶的最佳扭转角度为25°,转子动叶最佳结构下的流场分布比较均匀,静叶两端气流回流减少,静叶底部冲刷和磨损程度减小,使用寿命延长;转子动叶最佳结构下的出口煤粉细度为1.39%,综合分离效率为95.83%,该分离器内部气固两相流场的通风阻力为1 174 Pa,能够满足工程要求.

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辅机技术

自然通风湿式冷却塔加装斜面挡风墙的数值研究

周兰欣, 马少帅, 弓学敏, 刘正良

2013, 33(1): 47-52.

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以火电厂冷却塔相关理论为基础,借助Fluent模拟软件,建立了某1 000 MW机组湿式自然通风冷却塔的三维传热传质模型,采用离散相模型分析了循环冷却水的流动与热力特性,模拟了冷却塔内部气水流场及其传热过程.结果表明:在雨区加装斜面挡风墙可使外界部分空气直接进入中心区域与冷却水发生传热,改善了冷却塔的传热效率;且当加装与竖直方向呈30°夹角的斜面挡风墙附加外围导流板时,出塔水温最低,比加装十字挡风墙的冷却塔出塔水温降低了0.96 K.

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辅机技术

基于流固耦合的离心风机叶轮动力特性分析

吴正人, 王松岭, 戎瑞, 孙哲

2013, 33(1): 53-60.

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采用数值计算软件CFX和Ansys对离心风机叶轮进行了流固耦合模拟研究,对叶轮的强度、模态和振动特性进行了计算和分析.结果表明:考虑流固耦合作用后,风机的气动性能几乎没有变化,但是叶轮最大总变形量减小2.5%,最大等效应力增大3.6%;考虑预应力效应后,叶轮的固有频率提高,且不同阶次条件下的提高幅度不同;在稳定运行工况下,叶轮周围气流压力的主要脉动频率与叶片通过频率相同;叶轮的固有频率部分落入局部共振区域,该区域的等效应力远小于叶轮材料的疲劳极限,不会导致叶轮疲劳破坏.

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能源系统工程

并联型IGCC甲醇多联产系统集成与性能指标研究

朱志劼, 顾华年, 范雪飞, 陈健, 刘传亮

2013, 33(1): 61-65.

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对不同燃气轮机配置及型式的并联型IGCC甲醇多联产系统进行了探讨,建立了相应的分析评价指标,通过Aspen Plus及Gtpro商用计算软件对多联产系统方案进行了模拟计算,得出各系统方案的性能分析参数,分析了动力与化工集成对系统性能指标的影响,比较了不同配置系统性能的差异.结果表明:IGCC与多联产系统的结合能实现规模效应,有助于IGCC比投资成本的降低和该技术的应用推广;不同形式的甲醇-电力多联产系统中,并联型甲醇-电力多联产系统具有较高的能源利用效率和供电效率,其中F级的系统能源利用效率达到56%,供电效率达到40%.

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能源系统工程

1 000 MW超超临界直接空冷机组初始温差值的优化设计

韩中合, 马务, 王智

2013, 33(1): 66-70.

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以空冷系统年总费用为目标函数, 对某1 000 MW超超临界直接空冷机组进行了变工况计算,比较了不同初始温差值t_I和迎面风速下机组的年总费用,分析了机组最佳t_I随煤价、凝汽器管束价格和环境温度的变化情况.结果表明:机组的t_I取32 K,迎面风速为2.2 m/s时,机组的年总费用最低;煤价对年总费用的影响最明显,当煤价较高时,可以采取较低的t_I,以提高机组热效率,降低煤耗.

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能源系统工程

基于热经济学结构理论的汽轮机组回热系统故障定位研究

王勇，纪冬梅，郑莆燕，唐海宁,李晓坚

2013, 33(1): 71-75.

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以某600 MW超临界燃煤机组回热系统为研究对象,引入热经济学结构理论诊断模型,通过热力学稳态仿真模型对某组元发生故障后的故障指标值进行计算.基于诊断模型,采用“记忆”方法,把内在故障的定位与诱导故障的分离结合起来,完成了故障源的定位.结果表明:该故障诊断模型具有简捷、准确的特点,通过不同边界条件下的热经济学计算就能完全确定故障组元的位置,可以作为热力系统故障诊断的有效工具.

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核电技术

汽水分离器性能试验研究

路铭超, 李亚洲, 熊珍琴

2013, 33(1): 76-80.

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可视化

在常温常压条件下对2个简化试验件进行了空气-水混合物的两相可视化分离试验研究.通过改变入口空气流量、入口水体积分数以及入口液滴粒径等条件,测量并获得试验件的汽水分离效率以及阻力曲线.结果表明:2个试验件的内筒内壁均形成明显水膜,在各试验工况下分离效果良好;带有切向口的试验件2的分离水在切向出口和下降通道中的分布受入口空气流量和水流量的影响较大;试验件2的总阻力及旋叶阻力均大于试验件1的;入口液滴粒径对分离效率无显著影响.

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