动力工程学报

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锅炉技术

W型火焰锅炉内无烟煤掺烧优化数值模拟

朱光明, 姚斌, 段学农, 吴增金, 焦庆丰, 杨奕, 陈一平

2012, 32(5): 345-350.

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对两种典型无烟煤进行了工业分析及热重试验,应用双混合分数(PDF)模型对不同无烟煤掺烧方式下直吹式制粉系统W型火焰锅炉进行了数值模拟,得到了炉内烟气温度场、氧体积分数分布场及烟气速度场.结果表明:两种无烟煤的工业分析参数基本相当,但可磨性和燃烧特性存在明显差异;在炉前掺烧方式下,炉膛温度、氧体积分数分布以及速度场均较对称,但煤粉燃尽率比分磨掺烧方式下明显偏低,炉膛出口烟气温度比分磨掺烧方式下偏高;在分磨掺烧方式下,磨煤机运行模式对燃烧经济性有较大影响;无烟煤与无烟煤也存在混煤掺烧优化的空间,分磨掺烧方式可提高燃烧经济性.

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锅炉技术

流化床启动过程中底料磨损行为研究

孙佰仲, 谭平, 王擎, 刘洪鹏, 李少华

2012, 32(5): 351-355.

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以国内首台自主研发的65 t/h低倍率油页岩循环流化床锅炉底料灰为研究对象,在小型流化床试验台上考察了流化风速、流化时间和床层温度等因素对底料磨损程度的影响,据此建立了二阶磨损模型.结果表明:流化状态下页岩灰的磨损先后经历快速衰减和稳定磨损2个阶段,页岩灰在流化床内的质量保持率呈指数衰减趋势;随着流化风速增大,床层温度升高,磨损相对加剧;二阶磨损模型能够很好地描述流化床内页岩灰质量的变化规律.

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汽轮机与燃气轮机

超临界600 MW汽轮机运行方式的优化研究

范鑫, 秦建明, 李明, 付晨鹏

2012, 32(5): 356-361.

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阐述了汽轮机变负荷运行的优化原理,介绍了某电厂600 MW超临界汽轮机组变负荷运行优化试验的情况,并按照机组高调阀的实际流量特性,通过不同典型负荷下(包括540 MW、480 MW、420 MW、360 MW、330 MW和300 MW共6个负荷)的热效率对比试验,得到了机组优化后的变负荷运行方式,考虑了机组排汽压力的修正,给出了相应运行曲线的拟合函数.结果表明:优化后的运行方式在机组低负荷运行时,汽轮机热耗率明显降低,优化后的运行方式有效地提高了机组变负荷运行时的经济性.

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汽轮机与燃气轮机

斜缝气膜冷却曲面模型的数值模拟

黄逸, 徐强, 戴韧, 卓文涛, 李莹

2012, 32(5): 362-367.

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为研究燃气轮机叶片表面曲率对气膜冷却性能的影响,对二维斜缝曲面模型(凹面、凸面和平板)进行了数值模拟,选取冷却流体射流入射角35°、主射流密度比1.5,采用RNG k-ε湍流模型计算得到不同吹风比(0.5、1.2和2.0)下斜缝气膜冷却曲面模型壁面的传热系数.结果表明:低吹风比(M=0.5)时,壁面压力梯度越大,传热系数越小;中吹风比(M=1.2)时,射流对主流扰动加剧,传热加强,凹面总体传热系数比凸面小;高吹风比(M=2.0)时,曲率对传热系数的影响减弱,传热系数差异不大.

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汽轮机与燃气轮机

不同吹风比下双出口孔射流气膜冷却数值模拟计算

李广超, 吴冬, 张魏, 吴超林

2012, 32(5): 368-372.

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为了获得吹风比对新型气膜冷却孔冷却效率的影响规律,利用Fluent软件求解Navier-Stokes方程,对吹风比分别为0.5、1.0、1.5和2.0时单入口-双出口孔射流冷却效率进行了数值模拟计算,得到了不同吹风比下的流场和冷却效率.结果表明:吹风比对冷却效率有很大影响;随着吹风比的提高,不同次孔方位角下的冷却效率变化规律也不相同;当次孔方位角γ=30°时,吹风比为1.0时的冷却效率最高;当γ=45°时,冷却效率随着吹风比提高而提高;当γ=60°时,冷却效率随着吹风比提高而降低;在研究高吹风比对气膜冷却效率的影响时,γ=45°最佳.

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自动控制与监测诊断

核电站蒸汽发生器水位的自抗扰多模型控制方法研究

谷俊杰, 冀乃良, 孙玉洁, 谭俊龙, 王东旭

2012, 32(5): 373-377.

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针对核电站蒸汽发生器水位控制的非线性分布特点,在自抗扰控制技术的基础上结合多模型控制提出了蒸汽发生器水位系统新的控制方案.在该控制方案中,对蒸汽发生器设计了多模型控制系统,并针对各个模型分别设计了不同负荷下的自抗扰控制器,可以对扩张状态进行在线实时估计,因此设计的扰动补偿不依赖于模型便能够达到快速消去扰动的效果.将该方法用于蒸汽发生器水位控制系统进行仿真研究,结果表明:该控制方案实现了对蒸汽发生器水位良好的动态控制,具有较强的鲁棒性和抗干扰能力,且算法简单,便于调试.

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自动控制与监测诊断

伪随机序列声源信号在电站锅炉声学测温中的应用

张世平, 安连锁, 李庚生, 沈国清, 冯强, 邓喆

2012, 32(5): 378-382.

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为了获得电站锅炉炉膛温度信息,开发了单路径炉膛烟气温度声学监测系统,引入伪随机序列作为声源信号.在国内某200 MW和300 MW锅炉上进行了热态试验研究,并利用自制的K型陶瓷热电偶对测量温度进行了标定.结果表明:伪随机序列信号可以作为声学测温的声源信号,但由于其频带过宽,必须进行处理,使其能量集中;测温系统测量的烟气温度与热电偶测量温度相比,误差在2%以内;基于伪随机序列声源的声学测温系统所测温度曲线与负荷曲线吻合,具有很好的稳定性.

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自动控制与监测诊断

微波谐振腔测量蒸汽湿度非等动能取样误差分析

韩中合, 张美凤, 钱江波

2012, 32(5): 383-387.

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为了准确计算微波谐振腔的取样误差,分析了非等动能取样原理,针对2种不同的取样端,采用拉格朗日方法计算水滴运动轨迹,得到了不同工况和水滴尺寸下由于取样偏差导致的湿度测量误差.结果表明:当马赫数较小时,取样误差受水滴尺寸影响较小;而马赫数较大时,取样误差不仅与水滴尺寸密切相关,而且明显受工况的影响;通过优化谐振腔的取样端结构,可以有效减小由于取样产生的测量误差;由于电厂汽轮机排汽马赫数较小,通过取样修正,微波谐振腔可以达到较高的取样精度.

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自动控制与监测诊断

含间隙碰撞振动系统的非线性振动特性

卢绪祥, 刘正强, 黄树红, 李录平

2012, 32(5): 388-393.

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基于广义Hertz接触理论,建立了含对称间隙结构的碰撞振动动力学模型,采用四-五阶Runge-Kutta法进行了数值求解,并通过分析不同频率比、激振力幅值和间隙下的分岔图、相图、Poincaré图和功率谱图研究了该模型的非线性振动特性.结果表明:随着频率比、激振力幅值和间隙的改变,碰撞振动系统出现了周期、倍周期和混沌运动;频率比和激振力幅值对系统的非线性振动特性影响很大,出现了较宽的混沌带,而间隙对系统响应的影响相对较小,但在较小间隙的变化范围内,系统的振动特性变化却较显著.

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辅机技术

湿式冷却塔加装挡风板的数值研究

李永华, 甄海军, 汤金明

2012, 32(5): 394-398.

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针对我国北方冬季湿式冷却塔运行时填料下表面、进风口以及基环面等处容易结冰的问题,在冷却塔的进风口处加装挡风板,建立了冷却塔内的传热传质模型,并采用CFD软件模拟和分析了在不同横向风速和不同环境温度下加装不同层数的挡风板时冷却塔的热力特性.结果表明:在风速小于4 m/s时,塔内的迎风面空气温度较低,极易结冰;随着风速的增大,低温区逐渐向背风侧转移;当风速为8 m/s,环境温度分别为-10 ℃、-17 ℃、-23 ℃时,分别在冷却塔内加装1层、3层和5层挡风板,能大大改善塔内温度场,有效防止塔内结冰.

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辅机技术

CaCO₃溶液中黄铜和紫铜表面结垢特性

盛健, 张华, 史雪菲, 赵萍

2012, 32(5): 399-403.

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为研究CaCO₃析晶污垢在黄铜和紫铜表面的生长特性,在35 ℃、0.5 mmol/L的CaCO₃溶液中,通过静态反应,采用称重法获得不同浸入时间的结垢质量,并采用扫描电子显微镜(SEM)得到不同浸入时间污垢的微观形貌.结果表明:相同条件下紫铜比黄铜更易结垢;pH升高不仅使结垢量增大而且促进四方形文石和方解石的形成,并且四方形文石逐步重结晶形成热力学最稳定晶型(方解石);pH升高使本体溶液中均相成核率和金属表面异相成核率均增加,且均相成核率增加更多.

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辅机技术

两种柱形涡流发生器CaSO₄析晶污垢特性实验研究

徐志明, 刘坐东, 王宇朋, 张仲彬

2012, 32(5): 404-407.

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为得到涡流发生器污垢规律,采用质量浓度为2 100 mg/L的硫酸钙过饱和溶液进行了传热过程中的污垢生成实验,并通过离线称重法得到了装有涡流发生器试片表面单位面积污垢沉积量生长曲线.结果表明:涡流发生器直径和排列间距对壁面污垢沉积量有显著影响.当涡流发生器直径(4 mm)一定时,试片表面单位面积污垢沉积量均随着涡流发生器排列间距的增大而增加;在排列间距(10 mm)一定时,污垢沉积量随着涡流发生器尺寸的增大而减少.

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新能源

串行流化床生物质气化合成二甲醚的模拟

江宏玲, 肖军, 沈来宏

2012, 32(5): 408-413.

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以稻秸秆为研究对象,利用Aspen Plus软件建立了串行流化床生物质气化制取合成气合成二甲醚(DME)的模型,研究了不同气化温度、水蒸气与生物质的质量比(m_S/m_B)、DME合成温度、合成压力、吸收塔操作压力及吸收剂与DME的配比(n_A/n_D)对合成工艺的影响.结果表明:对于采用串行流化床生物质水蒸气气化技术制取DME的一步法合成系统,建议气化温度取750 ℃左右,m_S/m_B取0.3,DME合成温度取260 ℃,合成压力取4 MPa,用水作吸收剂,吸收塔的操作压力控制在3~4 MPa,n_A/n_D取0.5;在此工况下,1 kg生物质(干燥基)所能产生的二甲醚物质的量约为6.1 mol.

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材料科学

长期服役后高中压转子30Cr1Mo1V钢的性能研究

赵双群, 林富生

2012, 32(5): 414-419.

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通过室温拉伸、高温拉伸和冲击等试验研究了经过长期服役后的高中压转子30Cr1Mo1V钢不同位置的性能变化,并分析了转子强度和韧性变化的原因.结果表明:转子服役温度高的部位碳化物的形貌、分布和大小均发生变化,贝氏体和铁素体中的碳化物析出、聚集或长大,而原奥氏体晶界和贝氏体与铁素体边界处碳化物析出增多,碳化物颗粒变得粗大;不同位置的拉伸性能差别不大,服役温度最高位置的拉伸强度最低,冲击韧性下降;不同部位总冲击能量的降低主要表现为裂纹形成能的降低,而裂纹扩展能区别很小;高中压转子30Cr1Mo1V钢服役时高温位置的韧脆性转变温度(FATT₅₀)比低温位置明显升高.

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材料科学

模拟气氛下硫酸露点的腐蚀试验研究

赵钦新, 张知翔, 杜文智, 张智超

2012, 32(5): 420-424.

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针对我国电站锅炉排烟温度普遍偏高、低温腐蚀严重的问题,选取目前应用较为广泛的抗硫酸露点腐蚀较好的Corten钢、ND钢、316L钢和GR2钢为研究对象,以20号钢和20G钢作为对比材料,分别在壁温为43 ℃、55 ℃、65 ℃、75 ℃以及85℃下对上述6种钢材进行了72 h 低温腐蚀试验,并通过电镜和能谱仪对试验结果进行了分析.结果表明:6种钢材的抗腐蚀能力的排序依次为GR2钢>ND钢>316L钢>Corten钢>20G钢>20号钢;ND钢是制造烟气深冷装置的理想材料;在壁温为65 ℃左右时,ND钢受到的低温腐蚀较轻.

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