动力工程学报

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锅炉技术

燃烧设备对塔式锅炉受热面热偏差的影响

肖琨, 辛娜娜, 张建文

2019, 39(11): 865-869.

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以某1 000 MW超超临界塔式锅炉为例，采用数值模拟手段研究了燃烧设备对锅炉受热面热偏差的影响，并将数值模拟结果与实际运行数据进行了对比。结果表明：四角切圆燃烧技术在炉内形成的高温高速烟气圆环是受热面热偏差呈马鞍形分布的主要原因；改变燃烧器中心夹角，将影响该圆环的位置和大小，进而影响受热面热偏差的分布；采用反吹式水平浓淡煤粉燃烧器，减小偏置辅助风偏置角度可以起到减小燃烧器中心夹角的效果；分离燃尽风反切可以有效减小锅炉烟气侧热偏差。

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锅炉技术

烟道补燃宽负荷脱硝技术的研究与应用

祝志福, 宋国辉, 朱景权, 王洪明, 丁吉钰, 吕为智, 孟永杰, 陶丽

2019, 39(11): 870-875.

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针对燃煤机组深度调峰过程中低负荷下脱硝系统的投运问题，以某300 MW亚临界机组为研究对象，基于烟气直接加热的原理，提出了尾部烟道补燃宽负荷脱硝技术，通过烟道燃气补燃来直接加热烟气。结果表明：该技术可大幅度提升选择性催化还原（SCR）入口烟气温度，在低负荷下SCR入口烟气温升达10~30 K，在调峰过程中满足脱硝系统正常投入的要求；在启动过程中，投运补燃燃烧器可极大地缩短脱硝系统投运时间，满足并网且投入脱硝系统的需求。

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汽轮机与燃气轮机

基于Gauss过程回归的超临界二氧化碳透平设计-优化方法

施东波, 刘天源, 谢永慧, 张荻

2019, 39(11): 876-883.

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针对传统超临界二氧化碳（S-CO₂）透平设计方法精准度差、设计及优化周期长的问题，基于一元流动理论建立了快速的S-CO₂向心透平热力设计方法，结合高精度的三维气动分析方法，提出了一种基于Gauss过程回归的设计-优化方法，利用热力设计以及Gauss过程回归预估透平气动设计的真实效率，并在模拟退火过程中检验设计结果的有效性，通过S-CO₂透平的设计及优化算例证明了该方法的高效性。结果表明：透平等熵效率从初始设计方案的83.68%提升至最优设计方案的91.20%，对于传统的气动设计及模拟退火方法需要120次的气动分析，而该方法仅需24次气动分析，大幅缩短了设计-优化时间，具有较高的工程实用价值。

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汽轮机与燃气轮机

基于燃气轮机的板翅式换热器特性分析及结构优化

崔娜, 孙文超, 谭春青, 汪建文

2019, 39(11): 884-892.

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针对微型燃气轮机板翅式换热器结构参数与燃气轮机性能之间的耦合关系，建立了板翅式换热器多目标分析和优化模型。在此基础上，分析了2种设计条件（定燃烧室吸热量和定涡轮出功）下板翅式换热器关键参数对板翅式换热器和燃气轮机性能的影响。结果表明：影响燃烧室吸热量和涡轮出功的主要因素为换热器压损而并非换热器效能，2种设计条件下各参数的变化趋势一致（除燃烧室吸热量和涡轮出功外）；在对翅片结构进行优化后，涡轮出功增大了6.8%，燃烧室吸热量减少了5.1%；相对于基本参数，优化后翅片厚度、翅片间距和波纹角减小，翅片高度增加，保证了板翅式换热器具有较小的压损；采用耗散最小和采用熵产最小为优化目标时无明显区别。

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工程热物理

半周加热内螺纹管中超临界水传热特性的数值模拟及机理分析

曲默丰, 李娟, 董乐, 周熙宏, 杨冬

2019, 39(11): 893-899.

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为了研究700 ℃高效超超临界锅炉和超超临界循环流化床锅炉水冷壁管中工质水的流动传热规律和机理，采用SST k-ω湍流模型模拟了大比热容区内半周加热条件下长度为2 m、水力直径为19 mm的垂直上升四头内螺纹管中超临界水的流动传热特性。结果表明：半周加热条件下内螺纹管内壁温度和热流密度呈现类似抛物线分布，在内壁热流密度变化不大的局部区域（圆周角φ=0°~90°），内壁温度在肋底与背风侧交点处达到最大值，在肋顶与迎风侧交点处达到最小值，内壁热流密度的变化趋势与之相反，这是由内螺纹肋的旋流作用造成的，内壁热流密度的周向分布不是影响超临界水传热特性的唯一因素；超临界水发生传热强化现象主要是由于其在边界层内的比热容份额较大导致的，而与湍动能的大小无关。

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工程热物理

不稳定蒸汽射流凝结振荡实验研究

岳晓宇, 王禄涛, 种道彤, 赵全斌, 陈伟雄, 严俊杰

2019, 39(11): 900-905.

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对不稳定蒸汽射流凝结压力振荡现象进行了实验研究。结果表明：在不同的蒸汽质量流率和过冷水温度下蒸汽射流存在3种凝结流型，即喘振、半球形汽泡振荡和周期性汽泡振荡；压力振荡发生频率随着蒸汽质量流率的增加而增大，随着过冷水温度的升高先增大后减小，最大压力振荡发生频率出现在由喘振/半球形汽泡振荡区向周期性汽泡振荡区转变时；喘振和半球形汽泡振荡区的压力振荡幅值随蒸汽质量流率的增加而减小，周期性汽泡振荡区的压力振荡幅值随蒸汽质量流率的增加而增大；3种流型下的压力振荡幅值均随过冷水温度的升高而增大。

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环保技术与设备

基于纳米流体的可凝气体直接抽提CO₂再生实验研究

于伟, 刘飞, 王涛, 熊一力, Yann LE MOULLEC, 方梦祥

2019, 39(11): 906-911.

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为进一步降低化学吸收过程中吸收剂的再生能耗，提出了基于纳米流体吸收剂的可凝气体直接抽提CO₂再生工艺，制备了基于SiO₂、TiO₂、γ-Al₂O₃纳米颗粒和乙醇胺（MEA）溶液的纳米流体吸收剂，并选定戊烷、己烷和环己烷作为吹扫气，研究了基于纳米流体吸收剂的可凝气体直接抽提CO₂再生性能，并对再生速率、循环负荷和再生能耗等参数进行了分析。结果表明：纳米流体吸收剂样品具备良好的稳定性；相比于传统再生方式，戊烷吹扫具有最优的再生效果，可降低超过40%的再生能耗。

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环保技术与设备

改性吸收剂选择性脱除SO₃技术研究

杨江毅, 陆强, 曲艳超, 刘丁嘉, 崔敏姝, 李文艳, 杨勇平

2019, 39(11): 912-918.

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为了解决常用于控制SO₃的碱性吸收剂在脱除SO₃的同时也会脱除SO₂的问题，对前期筛选获得的高效脱除SO₃的吸收剂NaHSO₃进行改性处理，以继续提高其对SO₃的选择性脱除能力，并对实验结果进行了动力学分析。结果表明：被NaHCO₃改性的吸收剂对SO₃的选择性脱除效果最佳，且当NaHSO₃与NaHCO₃的质量比为10∶1时，在温度为300 ℃、空速为60 000 h^-1的条件下连续反应1 h后，对SO₃的脱除率为91%左右，选择率为100%；颗粒内扩散不是控制SO₃脱除过程的唯一因素，改性吸收剂NaHSO₃+NaHCO₃对SO₃的脱除主要通过化学吸附进行。

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环保技术与设备

飞灰中活性SiO₂吸附痕量元素汞的DFT研究

董静兰, 耿晓, 刘彦丰, 高正阳

2019, 39(11): 919-925.

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为探究痕量元素汞在飞灰中的富集特性，利用密度泛函理论（DFT）研究了Hg⁰和HgCl在飞灰中的主要活性成分SiO₂表面上的吸附机理，对优化后的吸附构型进行能量计算、AIM理论和Mayer键级分析，并利用定域化分子轨道（LMO）图分析相互作用类型。结果表明：Hg⁰在无定型SiO₂表面缺陷位的吸附能均小于50 kJ/mol，为较弱的物理吸附；HgCl在无定型SiO₂表面缺陷位的吸附能均远大于50 kJ/mol，吸附构型均为典型的化学吸附，且SiO₂-HgCl为共价键相互作用。

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新能源

基于EEMD的SOA-KELM风电功率概率性短期区间预测

杨锡运, 康宁, 杨雨薇, 苏杰

2019, 39(11): 926-933.

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针对风电功率概率短期区间预测问题，提出了基于集合经验模态分解（EEMD）与人群搜索算法（SOA）优化的核极限学习机（KELM）模型。首先，在风电功率非平稳性时频分析的基础上，利用EEMD将原始风电功率序列分解为不同的子序列，并对各EEMD子序列建立基于上下限直接估量的预测子模型。然后，使用SOA寻求KELM子模型输出权值上下限的最优解，以优化模型预测性能。最后，以实际数据为算例，将本文模型与粒子群优化（PSO）算法优化的5种预测模型进行对比。结果表明：EEMD-SOA-KELM模型收敛速度更快且全局收敛，可获得更加可靠优良的区间预测结果。

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新能源

近海风力机的模态分析

程友良, 李帅领, 周彬, 渠江曼

2019, 39(11): 934-939.

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为了得出无预应力条件下1.5 MW风力机整机的自振频率，采用有限元方法对简化后的海上风力机塔架和桩基耦合结构进行固有特性分析，得出了无预应力条件下该耦合系统的自振频率，输出其低阶振型图和相应的模态振型曲线，根据Campbell图与外界激励频率（即风轮额定1P、3P和6P）进行对比，判断其是否会在外界激励条件下发生共振，得出该风力机风轮运转的临界转速和运行的安全区。最终得出风力机整机的模态分析。结果表明：整机的模态振型在塔架与桩基耦合结构的振型基础上出现了摆振和挥舞的复合运动，整机的固有频率与实体的静态特性频率较相近。

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新能源

刨根波齿前缘叶片降噪机理特性研究

张广, 陈二云, 杨爱玲, 陈源

2019, 39(11): 940-946.

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为了减小叶片压力脉动，降低叶片自噪声的产生，采用大涡模拟（LES）与FW-H混合方法，对雷诺数为2×10⁵、攻角为5°下的叶片进行数值模拟，研究刨根波齿前缘叶片降噪机理，分析了刨根波齿前缘叶片的瞬态流场与声场特性。结果表明：刨根波齿前缘叶片在前缘处加速了流体流动速度，能更好地调控流场减小分离涡；叶片的尾迹涡厚度变薄，并随着挤压和拉伸，大尺度涡破碎成小尺度涡，涡系结构更加紧致；刨根波齿前缘结构降低了叶片表面的压力脉动，且具有良好的降噪效果，在中低频呈现出宽频特性，总声压级最大可降低9 dB。

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材料研究

全循环周期和保载时间对P91钢蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响

刘长军, 闫阿晨, 谈建平, 秦敬芳, 张静, 王东辉

2019, 39(11): 947-952.

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在620 ℃下对P91钢进行了蠕变-疲劳裂纹扩展试验，研究了全循环周期对裂纹起裂时间的影响，并讨论了不同保载时间下的裂纹扩展规律。结果表明：在单对数坐标下裂纹起裂时间与全循环周期呈线性关系；当全循环周期小于20 s时，裂纹起裂循环次数不随全循环周期变化；采用断裂参量ΔK表征裂纹扩展速率时，裂纹扩展速率随保载时间的增加而增大，但随ΔK的增大先减小后增大；断裂参量（C_t）_avg可较好地关联不同保载时间的平均裂纹扩展速率。

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