动力工程学报

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    锅炉技术
  • 锅炉技术
    700℃超超临界对冲燃烧螺旋管圈锅炉水动力计算与壁温安全性分析
    万李, 朱超, 吴鹏举, 牛田田, 李银龙, 杨冬
    2020, 40(12): 949-957. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.001
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    为了确保具有较高受热面温度的700℃超超临界锅炉的可靠运行，基于非线性流动网络系统模型，开发出超超临界锅炉水动力计算程序，将同类型锅炉的程序计算结果与电厂实炉数据进行比较，验证了程序的正确可靠性。根据700℃超超临界对冲燃烧螺旋管圈锅炉的结构布置特点，将水冷壁管和各类集箱分别等效成流量回路和压力节点，计算得出在锅炉最大连续蒸发量（BMCR）、50% BMCR和30% BMCR负荷时的水冷壁压降、流量分配、炉膛出口工质温度分布及壁温沿炉膛高度方向的变化趋势。结果表明：各负荷工况下水冷壁金属壁温均在材料允许范围内，该采用螺旋管圈布置的700℃超超临界对冲燃烧锅炉的水动力安全可靠。
    • 汽轮机与燃气轮机
  • 汽轮机与燃气轮机
    小汽轮机高参数化下的参数及热力方案选择研究
    李锡明, 唐真和
    2020, 40(12): 958-964. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.002
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    基于热力学原理推导了汽轮机实际循环效率与理想循环效率及内效率之间的关系，并推导了理想循环效率与主汽参数间的关系；提出了无量纲相对体积流量数的概念，对小体积流量进行定义与衡量，并采用小焓降级及高转速方案提高小体积流量级内效率。结果表明：综合考虑小汽轮机实际循环效率、安全及性价比，主汽温度宜采用535℃；基于主汽压力提高对内效率的负面影响，50 MW及以下等级汽轮机主汽压力不宜超过8.83 MPa，而采用一次再热配合双缸双转速方案，可将主汽压力提高至13.24 MPa，机组实际循环效率可最大提高15%左右。
  • 汽轮机与燃气轮机
    高炉煤气燃气-蒸汽联合循环系统建模及动态仿真
    任昱宁, 沈炯, 张俊礼
    2020, 40(12): 965-974. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.003
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    为深入研究高炉煤气联合循环的动态特性，根据燃气-蒸汽联合循环系统的工作机理和具体结构参数，通过在Matlab/Simulink仿真平台上建立系统动态数学模型，分别在燃料组分、燃料旁通阀开度和IGV开度的阶跃扰动下进行了动态仿真。结果表明：燃料热值的波动对联合循环系统各热力参数均有一定影响；IGV开度对排气温度影响很大，且对汽机出力的影响不可忽视。
    • 监测与测量
  • 监测与测量
    基于叶片表面污垢预处理与CNN的风电机组叶片表面损伤识别
    林峰, 郭鹏, 刘旭斌
    2020, 40(12): 975-981. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.004
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    为了消除叶片表面污垢对损伤识别的影响，提出了基于叶片表面污垢预处理与卷积神经网络（CNN）的故障诊断方法。利用鲁棒主成分分析方法将存在表面污垢的叶片图像进行预处理，将损伤特征提取过程转化为凸优化问题进行求解，获取叶片损伤特征，并使用无人机拍摄的实际叶片图像对CNN进行训练，利用训练好的CNN识别经过表面污垢预处理后的叶片图像，判定损伤的具体类型。结果表明：本文方法能够较为准确地识别含有表面污垢的叶片损伤，证明了其有效性。
  • 监测与测量
    基于RSBLMD算法的风机滚动轴承早期故障诊断
    马天霆, 孙振波, 邓敏强, 邓艾东
    2020, 40(12): 982-987. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.005
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    针对滚动轴承的早期故障诊断问题，提出一种基于有理样条插值的局部均值分解（RSBLMD）算法，并将其应用于滚动轴承早期微弱故障的诊断。采用优化的有理样条插值算法构造信号的包络线，并通过RSBLMD算法将原始信号分解为一系列乘积函数（PF）分量；根据峭度筛选出分解结果中包含故障信息较多的有效分量；最后通过对有效分量的包络谱分析实现滚动轴承的早期故障诊断。结果表明：所提出的RSBLMD算法具有更高的分解精度，能准确识别出滚动轴承的早期故障。
    • 工程热物理
  • 工程热物理
    两阶段悬浮液超音速火焰喷涂喷雾运动蒸发模拟研究
    廉嘉庚, 叶欣, 单彦广
    2020, 40(12): 988-994. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.006
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    以两阶段悬浮液超音速火焰喷涂为对象，采用数值模拟方法建立了两相流动与传热模型，对悬浮液喷雾雾化、运动蒸发以及固体颗粒团聚物的析出和加热运动过程进行了模拟分析。结果表明：随着氮气质量流量的增大，沿中心轴线方向气流温度降低，但速度基本不变；径向注射的悬浮液体积流量约为100 mL/min时悬浮液可渗透到气流中心，雾化和蒸发效果最好；注射角为-15°时颗粒粒径显著减小，且以液态形式到达基板的颗粒减少，从而涂层质量得到提高。
  • 工程热物理
    声流曳力和声辐射力协同作用下颗粒运动的数值模拟
    杨延锋, 姜根山, 刘月超, 姜羽, 于淼
    2020, 40(12): 995-1001. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.007
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    综合考虑颗粒所受声流曳力和声辐射力，建立了微颗粒在二维通道平面驻波声场中的动力学数值模型。利用分离时间尺度的数值方法求解二阶声流流场，将经典Rayleigh流与模拟得到的二阶声流场进行对比，验证了数值方法的可靠性。在此基础上，研究了声流曳力和声辐射力协同控制下颗粒的运动行为。结果表明：在150 dB、1000 Hz的驻波声场作用下，存在临界直径（160μm）；当粒径小于临界直径时，颗粒运动主要由声流曳力控制，并进行涡流运动；当粒径不小于临界直径时，颗粒运动主要由声辐射力控制，并逐渐向声压节点聚拢；随着颗粒粒径的增大，控制颗粒运动的主要作用力由声流曳力逐渐变为声辐射力，且颗粒速度也随之增大。
  • 工程热物理
    基于动态接触角的固着液滴蒸发过程模拟
    董佰扬, 单彦广, 翁志浩
    2020, 40(12): 1002-1007. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.008
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    针对目前采用分阶段模拟各种蒸发模式的蒸发模型，引入动态接触角实现了固着液滴由恒接触半径蒸发模式（CCR）到恒接触角蒸发模式（CCA）转换的连续模拟，并将模拟结果与实验结果进行比较，应用动态接触角模型模拟了不同初始接触角液滴的蒸发过程。结果表明：当初始接触角较小时，液滴蒸发速率呈线性减小，而当液滴具有较大初始接触角时，液滴的蒸发速率呈非线性减小；在自然蒸发情况下，液滴蒸发稳定时，液滴内部流动由Marangoni对流占据主导作用，而趋于蒸发完全时，自然对流对液滴内部流动的影响逐渐增强，并最终占据主导作用。
    • 环保技术与设备
  • 环保技术与设备
    浆液中镁离子含量对脱硫反应特性的影响
    刘高军, 蔡向东, 李晓辉, 郭玥, 李庆
    2020, 40(12): 1008-1013. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.009
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    通过搭建实验室台架来模拟不同镁离子质量浓度下的脱硫反应，比较其对脱硫反应特性的影响。结果表明：镁离子会对石膏结晶过程产生抑制作用，低质量浓度的镁离子（<2.40 mg/L）主要对前期石膏晶核的诱导生成阶段产生明显抑制作用，高质量浓度的镁离子（>3000 mg/L）则会延缓后期石膏晶体的生长速度；当镁离子质量浓度<0.48 mg/L时，浆液中值粒径颗粒质量浓度增加，同时粒径分布范围变小，有利于石膏浆液脱水，而当镁离子质量浓度>3000~12000 mg/L时变化规律相反；在微量添加镁离子时，试样中石膏的针状结晶数量较少，对浆液石膏脱水影响很小，而当大量添加镁离子后，石膏结晶的针状晶体明显增加，使浆液的持水性提高，对浆液脱水不利。
  • 环保技术与设备
    不同空速下微波放电对活性焦同时脱硫脱硝的影响
    邵晶, 刘海玉, 乔晓磊, 金燕, 樊保国
    2020, 40(12): 1014-1018. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.010
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    通过改变空速，利用微波诱导活性焦放电产生低温等离子体进行同时脱硫脱硝实验。结果表明：随着空速的减小，放电强度减弱，脱硝量减小，脱硫量增大；在小空速、弱放电强度条件下脱硫效率大于脱硝效率；在大空速、强放电强度下脱硫效率小于脱硝效率；微波放电使得活性焦表面有利于脱硫脱硝的C=C官能团含量增大，同时生成含硫官能团和含氮官能团。
    • 新能源
  • 新能源
    普通和恶劣海况下漂浮式风电场概念设计及平台动态响应
    李蜀军, 李春, 王博, 丁勤卫
    2020, 40(12): 1019-1027. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.011
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    为研究风、波浪、海流联合作用下漂浮式风电场平台的动态响应，建立了基于Barge平台的2×2阵列漂浮式风电场模型，根据辐射/绕射理论结合有限元方法，对比研究了单平台和多平台在普通海况和恶劣海况下的时频响应特性。结果表明：在普通海况下，多平台动态响应以低频为主；多平台在纵荡、垂荡和纵摇方向上的稳定性均高于单平台；在恶劣海况下，多平台运动响应主要集中在波频区；多平台在纵荡和纵摇方向上的稳定性较好，且越远离迎风浪侧，风电场平台的纵荡位移和纵摇角度越小。
    • 材料研究
  • 材料研究
    超临界CO2环境中材料12Cr1MoV、T92和Inconel 625的腐蚀行为研究
    倪一帆, 杨昌顺, 赵双群
    2020, 40(12): 1028-1034. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2020.12.012
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    针对新型超临界CO2布雷顿循环发电系统中的高温部件材料腐蚀问题，选取低合金钢12Cr1MoV、马氏体钢T92和镍基合金Inconel 625这3种材料开展600℃/25 MPa的超临界CO2环境下的腐蚀试验。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDS）和X射线衍射仪（XRD）分析腐蚀层厚度、腐蚀产物形貌和组成。结果表明：在最长时间为3000 h的腐蚀试验过程中，12Cr1MoV钢、T92钢和Inconel 625合金3种材料的腐蚀动力学曲线符合抛物线规律，其中镍基合金Inconel 625在超临界CO2中的耐腐蚀性能明显优于马氏体钢T92，马氏体钢T92的耐腐蚀性能优于低合金钢12Cr1MoV；低合金钢12Cr1MoV和马氏体钢T92的腐蚀产物分为2层，外层主要为Fe3O4，内层为（Fe，Cr）3O4，其中T92钢的腐蚀产物与金属基体有一个由金属基体和（Fe，Cr）3O4组成的过渡区；镍基合金Inconel 625表面腐蚀产物为具有保护性的Cr2O3氧化膜。