动力工程学报

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锅炉技术

高效宽负荷率超超临界锅炉垂直管圈水冷壁在低质量流速下的传热特性

王思洋, 王文毓, 沈植, 聂鑫, 杨冬, 宋宝军, 贾培英

2017, 37(2): 85-90.

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在压力p=21~29.8 MPa、质量流速G=600~1 100 kg/（m²·s）、热负荷q=330~793 kW/m²工况范围内，对低质量流速优化内螺纹管的传热特性进行了实验研究，并根据实验数据得到了近临界压力区和超临界压力区的传热实验关联式.结果表明：在近临界压力区，亚临界部分的传热特性好于超临界部分的传热特性，质量流速增大能推迟传热恶化，热负荷增大则使传热恶化提前发生，内螺纹管抑制膜态沸腾（DNB）的能力有所减弱；在超临界压力区，压力越低，大比热容区内强化传热作用越显著，在其他条件一定时，超临界水的热物性变化对管内传热的作用由质量流速和热负荷共同决定；质量流速不变，继续增大热负荷，大比热容区内的传热将由强化转变为恶化.

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锅炉技术

双孔射流流化床内颗粒混合特性的离散单元法数值模拟

张俊强, 纪律, 李斌, 陈海生, 边禹铭

2017, 37(2): 91-97.

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将计算流体力学与离散单元法相结合，采用Fortran语言编程，根据牛顿第三定律实现气固耦合，从微观角度剖析了颗粒在流化床内的运动机制.利用Lacey混合指数对流化床内不同特性区域的颗粒混合程度进行了定量分析，并研究了颗粒混合特性的影响因素，得到颗粒轴向和径向混合序列图、气体和颗粒速度分布以及整床和三区的颗粒混合指数分布.结果表明：颗粒受到空气射流作用后，随着混合和偏析的不断进行，最后达到随机完全混合状态；相同表观气速下颗粒轴向混合进程快于径向混合进程；表观气速增大，喷泉区尺度增大，使颗粒径向混合能力得到改善，但对轴向混合能力的影响微弱.

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锅炉技术

弱还原性气氛中碱金属盐对煤灰沾污特性的影响

陈鸿伟, 张志远, 何骏鹏, 梁占伟, 杨新

2017, 37(2): 98-104.

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将碱金属盐添加剂折算为对应的碱金属氧化物加入不同种类的煤灰中，在弱还原性气氛中进行烧结实验以研究煤灰沾污特性.结果表明：天池能源煤具有较强的沾污特性，这是因为其煤灰中Na元素含量较高；煤灰中加入碱金属盐可以明显促进煤灰的烧结，降低煤灰的初始沾污温度；煤灰的沾污特性受到碱金属盐与灰样中固有矿物成分的共同作用；低温阶段Na基化合物对煤灰烧结特性的影响强于K基化合物，而高温阶段则是K基化合物的影响更强.

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汽轮机与燃气轮机

汽轮机排汽缸加强筋板的优化设计及影响

陈涛文, 朱燕群, 丁星华

2017, 37(2): 105-110.

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采用拉丁立方试验设计、三阶响应面近似及Hooke-Jeeves直接搜索算法的组合优化策略对排汽缸下部的加强筋板进行了优化设计，并通过选取大量样本点，研究了加强筋板不同几何参数对排汽缸气动性能的影响，同时在变工况下对筋板优化后的排汽缸进行了校核计算.结果表明：筋板到排汽缸子午平面的距离X和筋板倾角θ对排汽缸气动性能影响较大，而筋板底边到排汽缸出口的距离Y和筋板长度L对排汽缸气动性能影响较小；合理布置筋板，可有效提高排汽缸的静压恢复能力，降低出口不均匀性，但也会增加一定的总压损失.

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汽轮机与燃气轮机

进口压力对预混燃烧不稳定性及NO_x排放影响的大涡模拟

石黎, 付忠广, 沈亚洲, 王瑞欣

2017, 37(2): 111-118.

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采用三维全可压缩大涡模拟方法分析了不同进气/进口压力对预混燃烧不稳定性及NO_x排放的影响.结果表明：由于内部剪切层的不稳定性，不同进口空气压力时，燃烧室内中心回流区的边界形成2个螺旋形的进动涡核；较高的进口空气压力时，燃烧室内更容易发生燃烧不稳定现象.增大进口空气压力使得燃烧室内温度升高，反应物浓度增大，NO_x排放量升高.

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监测与测量

风电机组齿轮箱高速轴端轴承热-应力耦合故障分析

谭博文, 邱颖宁, 李丹, 冯延晖

2017, 37(2): 119-125.

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建立了风电机组齿轮箱高速轴端轴承的热阻网络模型，研究了在变风速、变载荷情况下轴承的动态热特性.采用Ansys Workbench有限元方法进行三维热-应力耦合分析，并模拟轴承及其在故障条件下的温度、形变及热应力特征.结果表明：风速、轴承内圈和滚动体之间的接触热阻及润滑油的对流接触热阻对轴承的温度有显著影响；轴承正常运行时，最大形变出现在内圈与滚动体接触面，最大热应力出现在外圈外表面边缘；当轴承出现胶合以及磨损故障时，其温度分布、热流量及热应力均有不同程度变化.

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监测与测量

声波在电站锅炉含颗粒介质气体中的衰减特性

姜根山, 许伟龙, 安连锁

2017, 37(2): 126-133.

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采用数值计算方法研究了可听声频率范围内声波在电站锅炉炉膛中的衰减机理，建立了电站锅炉含颗粒介质气体中的声衰减系数计算公式，得到了声衰减系数与声频率、颗粒介质体积分数、颗粒粒径及烟气温度的关系.根据多体多次散射理论，对颗粒介质体积分数较大的循环流化床锅炉中的声波衰减特性进行了讨论，并对其声衰减系数进行了修正.结果表明：对于一般燃煤锅炉，随着烟气温度的升高以及颗粒介质体积分数和声频率的增大，声衰减系数增大，随着颗粒粒径的增大，声衰减系数减小；循环流化床锅炉中的声波衰减主要来源于颗粒介质表面的热传导耗散.

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环保技术与设备

钙基吸收剂脱碳的模型建立及参数研究

胡玥, 徐钢, 段栋伟, 高亚驰, 张锴, 杨勇平

2017, 37(2): 134-139.

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针对天然气联合循环（NGCC）电厂烟气CO₂脱除问题，对钙基吸收剂循环煅烧与碳酸化CO₂脱除法进行了研究.利用Matlab建立数学模型，并分析了碳酸化反应温度、碳酸化塔床料量、循环吸收剂摩尔流量以及补充吸收剂摩尔流量对CO₂捕集率的影响.结果表明：由于NGCC电厂烟气中CO₂摩尔分数较低，为达到90% CO₂捕集率（r_cc），其碳酸化反应温度应为594℃，明显低于燃煤电厂的碳酸化反应温度（650℃）；随着循环次数的增加，吸收剂的吸收能力明显下降；在补充吸收剂摩尔流量（F₀）一定时，r_cc随着单位发电量碳酸化塔床料量（W_CaO）和循环吸收剂摩尔流量（F_R）的增加先大幅增加，后趋于稳定；在W_CaO一定时，r_cc随着F₀和F_R的增加而增加，但当F_R增加到一定值时，碳酸化塔中床料量不足，使得进入其中的CaO颗粒转化率未全部达到最大平均转化率X_ave，r_cc反而下降.

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系统工程

1 000 MW机组瞬态过程蓄热机理与煤耗计算

杨志平, 宋阳, 郭喜燕, 孙伟鹏, 冯庭有

2017, 37(2): 140-147.

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建立了瞬态过程工质蓄热模型、金属蓄热模型和煤耗计算模型，对某1 000 MW机组瞬态工况试验过程进行了计算分析，得到了试验过程机组蓄热率和蓄热影响下机组发电标准煤耗增量曲线，分析了不同负荷下各受热面的蓄热分布情况，并与现场实测数据进行了对比.结果表明：机组总蓄热率与金属总蓄热率的变化趋势几乎一致，金属总蓄热率约为工质总蓄热率的1.5~2倍；工质蓄热率中水冷壁工质所占比例最大，过热器工质所占比例最小；受蓄热影响，机组升负荷试验过程中，发电标准煤耗最大增加了3.48 g/（kW·h），而在降负荷试验过程中，发电标准煤耗最大减少了3.2 g/（kW·h）.

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系统工程

基于风扇磨仓储式制粉系统的褐煤烟气预干燥发电系统分析及优化研究

韩小渠, 刘明, 严俊杰, 种道彤, 刘继平, 肖峰

2017, 37(2): 148-155.

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基于风扇磨仓储式制粉系统的褐煤烟气预干燥发电系统建立了全厂(火用)分析模型，从热力学第二定律角度探究该系统的节能原理.以某600 MW超临界机组为例，对各级子系统及主要设备展开(火用)分析.结果表明：褐煤烟气预干燥发电系统的全厂效率相对常规褐煤发电系统可提高3.42%；采用仓储式制粉系统将干燥乏气与煤粉分离，杜绝了水分在炉内的循环，提高了燃烧温度，有效地降低了燃烧过程的(火用)损失，提高了锅炉效率；褐煤烟气预干燥系统的(火用)效率只有20.20%，不完善程度较大，通过优化低温炉烟抽取点至省煤器出口，可减小干燥介质混合过程的(火用)损失，从而使全厂效率提高0.33%.

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材料研究

锅炉奥氏体不锈钢在模拟煤灰和高硫烟气环境中腐蚀行为的研究

李琰, 鲁金涛, 杨珍, 朱明, 谷月峰

2017, 37(2): 156-162.

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在模拟煤灰和高硫烟气环境中研究了3种锅炉用奥氏体不锈钢TP347HFG、Super304H和HR3C在650℃的高温腐蚀行为及腐蚀机理.通过不连续称重法测量试样质量的变化，采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）和X-射线衍射（XRD）等分析方法研究腐蚀产物的形貌、元素分布和腐蚀产物物相.结果表明：经500 h高温腐蚀后，3种合金均出现腐蚀损失，但HR3C腐蚀程度较TP347HFG和Super304H轻；TP347HFG和Super304H合金腐蚀产物分层生长且剥落严重，外层氧化膜为Fe₂O₃，内层为Cr₂O₃层及大量内硫化物；HR3C表面形成了保护性的（Cr，Fe）₂O₃氧化膜，未见明显的剥落现象.

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核电技术

反应堆压力容器概率断裂力学计算中的不确定性分析

王东辉, 李锴, 张静

2017, 37(2): 163-166.

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为评价输入参数对反应堆压力容器特定运行事件下失效概率计算结果的影响，建立了反应堆压力容器概率断裂力学计算模型，对计算所用主要参数进行敏感性分析，得到了缺陷类型及形状、辐照脆化程度、材料化学成分及温预应力对容器失效概率的影响，并分析了各参数的敏感程度.结果表明：输入参数的可靠性是保证概率断裂力学分析结果可靠有效的前提，材料化学成分及缺陷深度等参数对计算结果有重要影响.

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核电技术

基于缩比模型的非能动余热排出热交换器二次侧新装导流板效应实验研究

陆道纲, 张钰浩, 王忠毅, 曹琼, 傅孝良, 杨燕华

2017, 37(2): 167-172.

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为了减弱内置换料水箱（IRWST）在非能动余热排出热交换器（PRHR HX）余热排出过程中的热分层现象，建立了分离效应缩比实验台架，在PRHR HX二次侧管束区域新装不同数量的导流板，通过实验评价导流板设计方案对IRWST内温度分布、流动特性及PRHR HX传热效果的影响。结果表明：导流板设计方案能够有效改变水箱自然循环特性，提高水箱下部冷流体的利用率，从而降低IRWST内的热分层程度，4导流板、8导流板设计方案分别使IRWST内热分层程度降低了32.3%和37.3%；但导流板造成竖直管束间浮升流体最大流速降低，使得传热系数有所减小，工程应用中需综合考虑各类因素的影响，得到最优化设计方案。

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