动力工程学报

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汽轮机与燃气轮机

长叶片相邻围带或凸肩接触转速计算方法

陈德祥, 徐自力, 曹守洪, 范小平, 吴其林

2012, 32(9): 661-665.

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提出用围带或凸肩接触面上的法向作用力来表征叶片相邻围带或凸肩的接触关系,并通过迭代计算接触法向力从0转变为正的临界转速值(即接触转速).迭代计算中,接触面上的法向作用力由三维接触有限元分析获得,并取上一次有限元分析结果作为本次有限元分析的初始值来提高收敛速度.应用该方法对工作转速为3 000 r/min的某200 MW汽轮机组末级叶片相邻围带、凸肩的接触转速进行了计算.结果表明:迭代7次后接触转速的计算误差小于11.7 r/min;该叶片围带、凸肩接触法向力随转速的加快而增大,且在工作转速下达到最大值.

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汽轮机与燃气轮机

汽轮机叶顶间隙内非定常流动的数值分析

曹丽华, 张冬雪, 胡鹏飞, 李勇

2012, 32(9): 666-671.

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为了分析叶顶间隙泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度的变化规律,以某汽轮机高压级为研究对象,采用SST k-ω湍流模型,应用PISO算法对叶顶间隙内的非定常流动进行了数值模拟.结果表明:叶顶间隙泄漏流是有规律的周期性的非定常流动,泄漏涡的影响范围、运行轨迹和强度随时间和叶顶间隙的变化而变化;泄漏流对主流的影响呈现出从弱到强、再从强到弱的周期性变化规律;叶顶间隙泄漏涡在T/4时刻的强度和影响范围均达到最大,在T/2时刻,静叶脱落涡和动叶吸力面前部的泄漏涡混合形成新的涡系,而动叶吸力面后部的泄漏涡却与其边界层的脱涡混合,离开吸力面.

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锅炉技术

电站锅炉水冷壁管水动力和传热特性的试验研究方法

俞谷颖, 张富祥, 杨勇, 于猛, 朱才广

2012, 32(9): 672-677.

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介绍了电站锅炉水冷壁管水动力和传热特性研究的试验方法,阐述了其中采用的电加热试验管段和实炉辐射加热水冷壁管等方法,对各种试验方法的特点进行了比较和分析,并给出了1 000 MW超超临界压力塔式直流锅炉螺旋管圈水冷壁管水动力和传热特性实炉试验研究和水动力试验台试验的结果.这些结果可作为水冷壁系统设计中的参考依据.

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锅炉技术

一种多级惯性煤粉浓缩器的结构优化

张亚青, 李娜, 周屈兰, 田明泉, 沈吉兆

2012, 32(9): 678-681.

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采用正交试验的原理和数值模拟方法对一种多级惯性煤粉浓缩器进行了试验和模拟,研究了煤粉浓缩器结构参数对煤粉浓淡比的影响,由正交设计获得了多级惯性煤粉浓缩器的最优组合结构.结果表明:与由经验设计得到的结构相比,优化结构煤粉浓缩器的浓淡分离效果有所提高,为采用试验方法对惯性煤粉浓缩器结构进行深入研究奠定了基础.

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锅炉技术

一种评判煤灰结渣特性的新方法

文孝强, 刘彦臣, 关晓辉

2012, 32(9): 682-687.

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针对煤灰结渣特性单一评判指标的预测精度普遍偏低的问题,基于偏最小二乘算法(PLS)和交叉验证理论建立了煤灰结渣特性预测模型,该模型有4个输入变量,即煤灰的软化温度、碱酸比、硅比和硅铝比,1个输出变量,即结渣程度.提出了指标的同向性和异向性的概念,依据所提出的概念对各单一指标对煤灰结渣特性的作用进行了定性分析与讨论,结合拟合方程,给出了煤灰结渣特性的评判依据.通过对测试样本进行检验,结果表明:所提出的PLS预测模型的预测精度远高于单一评判指标的预测精度,所建模型是合理可行的.

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工程热物理

不同振动参数下脉动气流横掠圆柱体的传热研究

郑友取, 李国能, 胡桂林, 张治国

2012, 32(9): 688-693.

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在脉动气流强化传热实验台上进行了层流(雷诺数Re为171)中不同振动参数(频率f分别为15 Hz、30 Hz、45 Hz、59 Hz,振幅p_rms为45～286 Pa)下脉动气流横掠高温共烧陶瓷发热管的传热实验研究.结果表明:层流中低频大振幅的脉动气流能显著强化圆柱体的传热过程,相对努塞尔数随着压力振幅的增大而增大,随着脉动频率的增大而减小,最大相对努塞尔数Nu_r可超过2.55;在Re=171时,脉动气流强化传热的经验公式为Nu_r=0.268 4+0.586 7p_rms^{0.388 3}/f ^{0.317 0},该经验公式的相关系数为R=0.994 1,揭示了脉动气流强化圆柱体传热过程对振动参数的非线性依赖性.

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工程热物理

基于“液包气”雾化的脱硫喷嘴特性实验

刘定平, 余海龙

2012, 32(9): 693-697.

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在一种内置拉法尔气体喷管两相流“液包气”喷嘴的设计基础上,搭建了多相雾化实验台,进行了喷嘴雾化性能实验,研究了气液质量比(w)对喷嘴雾化颗粒粒径分布均匀性、索特尔平均雾化直径、雾化角等性能指标的影响,推导出“液包气”喷嘴液气压力比和气液质量比的经验公式及适用范围,得到了内置拉法尔喷管两相流“液包气”喷嘴气液质量比的临界点为0.057.结果表明:液气压力比随着w的增大而减小;当w=0.057时,液气压力比为0.92;气体流量系数与气液质量比呈反比关系;“液包气”喷嘴单相雾化效果远差于两相时的雾化效果,且随着喷嘴液相压力的提高,雾化效果变好,但压力对雾化效果的影响越来越弱.

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新能源

新型双风轮风力机气动特性的三维流场数值模拟

周云龙, 杨承志, 李律万

2012, 32(9): 698-704.

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基于Simplic算法,采用SST k-ω湍流模型,利用Fluent 6.3数值模拟软件对新型的小型双风轮风力机的气动特性进行了三维流场研究,并与同规格单风轮风力机的三维流场进行了比较.结果表明:与单风轮风力机相比,随着后风轮叶片数目的增加,新型双风轮风力机的湍流强度变大,风力机运行的稳定性在一定程度上有所降低;当后风轮的叶片数目合理时,后风轮对前风轮的影响较小,且可以有效地捕捉到前风轮的漏风,使得新型双风轮风力机的风轮在获得较大迎风面积的同时可以保持较高的转速,进而能够高效地实现风能的两级利用,明显提高发电功率和增大风能利用系数.

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能源系统工程

300 MW燃煤电厂热力系统仿真研究

张超, 赵海波, 金波, 郑楚光

2012, 32(9): 705-711.

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基于过程系统工程的建模和仿真原则,针对某电厂300 MW燃煤机组开发了一套稳态热力学仿真系统,并详细阐述了模型建立的基本思路和方法,通过改变输入参数、负荷和环境条件,仿真电厂在不同工况下的运行特性.结果表明:系统仿真所获得的结果与实际电厂的性能测试数据相比误差不超过2%;通过仿真可获得主要物流、能流的热力学参数(包括质量流量、温度、压力、比焓、比熵等)和主要设备的运行参数(包括汽轮机和泵的等熵效率、加热器端差、热传导系数等),为燃煤电厂的实际运行优化、

分析、热经济学分析等提供基础数据.

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能源系统工程

增压富氧燃烧与捕集CO₂电站的经济性分析

阎维平, 董静兰, 任海锋

2012, 32(9): 712-717.

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以300 MW燃煤锅炉汽轮发电机组为研究对象,计算了其在6~8 MPa压力下增压富氧燃烧的经济性,并与常压富氧燃烧下的经济性进行了对比分析.结果表明:由于系统压力的提高,烟气中水蒸气的凝结热得以回收,用于加热汽轮机低温凝结水,减少汽轮机抽汽,使汽轮机出力增加,电厂的毛输出功率接近320 MW;增压富氧燃烧的空气深冷分离制氧(ASU)功耗大大增加,占毛输出功率的26%,而烟气压缩(CPU)的功耗大大降低,约为毛输出功率的0.2%;综合考虑电站其他辅机功耗后,6~8 MPa下增压富氧燃烧的电厂净效率比常压富氧燃烧下提高了4.5%.与常压富氧燃烧发电机组相比,增压富氧燃烧在CO₂的捕集、压缩液化与封存(CCS)技术中的经济性明显提高.

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能源系统工程

IGCC气化炉水循环计算与分析

吴努斌, 刘建斌, 蹇浪, 任晞青, 徐鸿

2012, 32(9): 718-722.

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以某整体煤气化联合循环(IGCC)气化炉为例,通过建立控制循环水系统数学模型进行了计算和分析,解决复杂结构IGCC气化炉水系统流量、热量分配和阻力平衡问题.结果表明:高循环倍率使足够的循环水量流过受热面,能确保受热面不发生传热恶化;气化炉上段三组水冷壁管组在目标流量下压降很大,若优化布置结构、简化汽水流程,并尽量避免汽水混合物沿受热管道向下流动, 则能有效提高效率、降低成本.

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材料科学

长期运行后汽轮机转子裂纹扩展行为的研究

侍克献, 林富生

2012, 32(9): 723-727.

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对运行16年的30Cr1Mo1V亚临界汽轮机高中压转子进行解剖试验,采用直流电位法对材料在538 ℃下的蠕变裂纹、蠕变-疲劳裂纹萌生与扩展行为进行了研究,分析了不同初始应力强度因子对蠕变裂纹扩展孕育时间和蠕变裂纹扩展速率的影响,并对高温段和低温段的相关性能进行了比较,研究了不同保持时间对蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响,同时还分析了不同条件下裂纹扩展行为的时间或循环相关性.结果表明:疲劳缩短了蠕变-疲劳裂纹的扩展孕育期,加速了裂纹的扩展;载荷保持时间较短情况下,蠕变-疲劳裂纹扩展行为与循环相关;载荷保持时间较长情况下,裂纹扩展行为与时间相关.

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材料科学

一种预测TP347H钢长时持久强度的方法

党莹樱, 彭志方, 彭芳芳

2012, 32(9): 728-732.

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基于多区LMP法,利用TP347H钢的高温(700 ℃、750 ℃)短时(≤5×10³ h)试验数据预测其长时持久强度(600~750 ℃,5×10³~2×10⁵ h).结果表明:在应力-时间图中根据σ/σ_TS的特定比值对应力分区,用低应力-长时区LMP参数中的C值计算长时持久强度,其预测值与真实值吻合良好;与传统的单区LMP法相比,多区LMP法的应用不仅显著降低了持久强度的过估倾向而且大大缩短了试验时间,为这类钢的长时持久强度评估提供了准确而有效的方法.

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材料科学

基于“环境破坏说”的氧化皮剥落理论

徐洪

2012, 32(9): 733-740.

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在“环境破坏说”的基础上阐释了锅炉高温受热面氧化皮剥落的理论.双层氧化皮内、外层界面存在的空穴是氧化皮剥落的内因,氧化皮承受的应力是氧化皮剥落的外因.氧化皮空穴的成因又可分为内因和外因,内因主要是金属含铬量,外因主要包括蒸汽参数和蒸汽含氧量等.主蒸汽含氧量与铬酸根含量之间具有显著的正相关性,而主蒸汽氢电导率是反映氧化皮铬蒸发的特征指标.外层氧化皮剥落以后,内层氧化皮会继续增厚,但难以剥落.对于已经发生了氧化皮大面积剥落的超(超)临界锅炉,如果检查确认高温受热面氧化皮剥落比较完全,剥落之氧化皮清理比较彻底,则在相当长时期内氧化皮剥落问题都将不再是运行忧患.

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