动力工程学报

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    锅炉技术
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    颗粒状腐蚀产物在水跨临界区域近壁面传质特性的模拟
    王超, 侯天琦, 李鸿源, 徐鸿
    2021, 41(2): 85-90. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.001
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    为研究（超）超临界机组汽水系统中腐蚀产物在跨临界区域内的沉积特性，以Fe3O4颗粒为典型腐蚀产物，采用RANS-DPM方法中SST k-ω湍流模型对腐蚀颗粒在直管内跨临界湍流中近壁面区域的传质特性进行了模拟，分析了颗粒传质随入口温度、热流密度和质量流量的变化规律。结果表明：最高近壁面温度的位置与超临界层的厚度有关；超临界层接近近壁面区域的边界时，近壁面颗粒质量浓度达到峰值；热流密度和质量流量的增加阻碍了颗粒向近壁面传质，而近壁面区域边界上的跨临界现象有利于颗粒向近壁面的传质。
  • 锅炉技术
    高铁高钙煤灰载氧体造粒及反应性能分析
    倪明国, 林黎明, 刘敦禹, 金晶, 程潜, 李伟
    2021, 41(2): 91-98. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.002
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    针对高铁高钙煤灰具有较高释氧量和较好反应性能，采用电子顺磁共振（EPR）波谱进行测试分析，同时利用机械混合法将高铁高钙煤灰分别与淀粉、水泥和黏土矿物（ATP）混合进行煅烧造粒，并利用流化床反应器对新载氧体（Ash7-ATP3）进行工业应用性能分析。结果表明：高铁高钙煤灰中存在晶体缺陷（氧空位），可以提高煤灰自身的释氧量和反应性能；以ATP作为黏合剂获得的样品既能凝聚成团又不易破碎，且造粒过程中ATP添加质量分数为30%时，Ash7-ATP3的反应性能最佳，Ash7-ATP3的最佳反应温度为1 123 K，最佳反应粒径为0.3~<0.5 mm；Ash7-ATP3的循环释氧量稳定在10%左右，每次循环结束后，0.3~<0.5 mm的颗粒质量分数约保持在98%，具有较好的抗磨损性能。
    • 自动控制
  • 自动控制
    燃气锅炉主汽压的RBF神经网络滑模控制策略设计
    王胜, 章家岩, 冯旭刚
    2021, 41(2): 99-106. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.003
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    针对燃气锅炉主汽压控制的非线性、干扰大和模型参数易变的特点，常规比例积分微分（PID）控制方法难以取得满意的控制效果。利用滑模控制对系统参数变化和扰动不灵敏的优点，提出一种基于神经网络和滑模控制相结合的主汽压优化控制策略。采用径向基函数（RBF）神经网络调节滑模控制器的切换增益以降低其在平衡点的抖振，并通过在系统中设计干扰观测器实现对扰动的补偿。结果表明：与常规滑模控制和常规PID控制相比，不同工况下本文提出的控制策略超调量最多减少6.62%，调节时间最多减少57.45 s，且系统抖振小，跟随性能、抗干扰能力和鲁棒性能良好；工程实例表明，采用所提控制策略后，系统抖振比常规滑模控制降低33%，主汽压波动范围在-0.04~0.1 MPa，控制系统抗干扰能力得到显著提高。
  • 自动控制
    基于凝结水节流的新型协调优化控制策略
    赵征, 于悦波, 孙昊天
    2021, 41(2): 107-128. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.004
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    针对凝结水节流控制回路中的功率增量与除氧器上水门开度之间的非线性关系，提出了基于模糊增益调度策略的凝结水节流多回路控制系统结构。结合原机组协调控制系统，设计了基于凝结水节流的新型协调优化控制方案，并对某350 MW机组运行数据进行建模以及仿真验证。结果表明：所设计的新型协调优化控制系统能够在保证机组安全运行的情况下，有效提高机组动态性能，弥补原协调控制系统在机组变负荷初期响应速率过慢的缺点。
    • 监测与测量
  • 监测与测量
    基于经验小波变换和关联维数的风力机齿轮箱故障诊断
    叶柯华, 李春, 胡璇
    2021, 41(2): 113-120. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.005
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    针对齿轮箱故障信号的非线性和非平稳性特征，提出基于经验小波变换（Empirical WaveletTransform，EWT）、关联维数（Correlation Dimension，CD）和支持向量机（Support Vector Machine，SVM）的故障诊断方法。首先通过EWT对风力机齿轮箱信号进行分解，得到若干本征模态函数（Intrinsic Mode Function，IMF）分量，再采用G-P算法求取各组IMF分量的关联维数，并将各组关联维数特征集输入SVM中完成故障识别及分类。结果表明：振动信号关联维数与嵌入维数呈正相关，且正常信号与故障信号的关联维数区分度不明显，通过SVM能对其进行精确识别和分类；该方法能有效提取系统故障非线性特征，故障识别准确率高达100%。
  • 监测与测量
    水轮机空化声发射信号的优化VMD特征提取
    刘忠, 刘振, 邹淑云, 陈莹, 蒋盈
    2021, 41(2): 121-128. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.006
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    针对变分模态分解（VMD）算法中分解层数和惩罚因子2个参数对分解结果有着显著影响且不易确定的问题，提出了灰狼和布谷鸟混合优化VMD算法（简称优化VMD算法）。该方法以包络熵差异互相关系数作为适应度函数，以全局最小适应度值为优化目标，筛选出最佳的VMD参数组合。将优化VMD算法用于水轮机空化声发射信号的特征分析，通过分解得到本征模态函数（IMF），建立了IMF能量随空化系数的变化关系，反映了水轮机空化的发展状态。结果表明：随着空化系数的减小，各主要IMF能量增大，反映了水轮机空化从无到有，从弱到强的变化过程，验证了优化VMD算法用于水轮机空化分析的正确性。
    • 工程热物理
  • 工程热物理
    湿烟气冷凝换热的数值模拟
    李健, 张莉
    2021, 41(2): 129-172. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.007
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    为了对湿烟气冷凝换热过程进行深入细致的研究，采用计算流体动力学（CFD）方法对某湿烟气冷凝换热装置进行数值模拟，得到了该装置内部的速度场、压力场、温度场和传热系数的分布情况，并将其应用到某330 MW亚临界燃煤机组上。结果表明：本文数值模拟结果与该湿烟气冷凝换热装置实际运行结果基本吻合，可以作为同类装置的重要设计依据。
  • 工程热物理
    声波强化传热的实验研究与机理分析
    杨延锋, 姜根山, 许伟龙, 姜羽
    2021, 41(2): 136-143. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.008
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    为探究声波作用下铜球的对流换热机理，搭建了声波强化传热实验台架，研究在不同声压级和声频率的影响下铜球的对流换热问题，并结合声流的作用机理和实验数据深入分析了声波强化传热机理。结果表明：铜球的对流传热系数和努塞尔数随着声压级的增大而非线性增大，且存在强化传热的最佳声频率；相对努塞尔数主要受声频率和声压级的综合影响，而与铜球直径的关系不大；对于给定声压级，声波强化铜球的传热过程随频率的不同可大致划分为4个阶段，即声流控制区、声流和振荡流协同控制区、振荡流控制区和稳定区，并给出前3个阶段相对努塞尔数的经验公式。
    • 辅机技术
  • 辅机技术
    低温省煤器旁路改造的流动传热模拟分析
    杨伟明, 燕鹏, 独敬东, 王佐, 张治国, 乔建军, 梁双印
    2021, 41(2): 144-151. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.009
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    针对600 MW火电机组的低温省煤器堵塞问题，提出了低温省煤器旁路改造方案。根据并联管道的性质和流固耦合传热理论，对增设旁路的低温省煤器系统进行了数值模拟，得到不同进口烟气流速和旁路规格下系统烟气进、出口压差和换热情况，并拟合出旁路压头损失与系统烟气进、出口压差的关系。结果表明：当旁路夹角不变时，旁路面积占比从20%增大到40%，烟气流动性改良系数增幅均大于20%；烟气流动性改良系数随旁路夹角的增大而减小；系统烟气进、出口压差随旁路压头损失的增大而增大。
  • 辅机技术
    环境风影响下直接空冷阵列入口空气流量特性实验研究
    孔新博, 罗智凌, 冯鹏远, 李泓, 周振华, 张金祥
    2021, 41(2): 152-172. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.010
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    依托搭建的直接空冷阵列实验平台，进行了环境风影响下的入口空气流量特性实验，并根据实验数据计算风机体积流量，进而计算凝汽器背压。结果表明：在环境风影响下，空冷阵列迎风侧第1列风机体积流量显著低于其他列，流量低谷区位置随风向的变化而快速转移；迎风侧风机体积流量随风速的增大而减小，对风速的响应无时滞，且迎风侧第1列风机体积流量波动程度最大；所建背压模型的精确度比传统模型提高了2%~5%；实际运行时，在环境风影响下凝汽器背压高于无风时的背压，且环境温度和运行负荷较高时环境风的影响更为显著。
    • 环保技术与设备
  • 环保技术与设备
    外部扰动对TiO2-MDEA纳米流体吸收CO2影响的研究
    杨柳, 孔成栋, 张忠孝, 刘健
    2021, 41(2): 160-166. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.011
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    采用“两步法”制备分散性良好的TiO2-MDEA纳米流体作为吸收剂，在鼓泡实验装置上进行CO2吸收实验。研究了纳米颗粒质量分数和粒径对纳米流体强化CO2吸收的影响，以及气体体积流量、电磁搅拌和超声振动3种外部扰动方式对强化效果的影响。结果表明：纳米流体主要通过阻止气泡聚并、增大有效反应面积来强化CO2吸收，并且强化效果与纳米颗粒质量分数和粒径相关，最佳强化值可达81.7%；增大气体体积流量会减弱纳米流体的强化效果，电磁搅拌在颗粒质量分数为0.08%左右时起促进作用，施加超声振动会显著抑制纳米流体的强化作用。
    • 核电技术
  • 核电技术
    基于LQG/LTR方法的小型堆功率控制器设计
    石波, 李待兴, 郭伟, 张益林
    2021, 41(2): 167-172. https://doi.org/10.19805/j.cnk ij.c spe.2021.02.012
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    根据动力学原理搭建反应堆堆芯系统集总参数模型，并利用微小摄动理论对该模型进行线性化处理。在此基础上，根据带有回路传输恢复的线性二次型高斯（LQG/LTR）方法设计了堆芯功率控制器。以紧凑型小型堆NuScale堆芯系统为研究对象，将该控制器与传统PID控制器的控制效果进行对比分析。结果表明：利用LQG/LTR方法设计的堆芯功率控制器具有更好的控制指标和抗扰动能力。