动力工程学报

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锅炉技术

燃烧器对冲布置锅炉的非对称流动及非线性分

陈凯, 杨茉

2021, 41(4): 257-262. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.001

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为研究炉内的非对称流动现象，从燃烧器对冲布置的锅炉炉膛中抽象出几何结构和物理边界条件完全对称的二维模型进行冷态流场的数值模拟，比较不同燃烧器出口雷诺数（Re）下流场对称性的变化情况，并利用相图和频谱分析等方法对特征解进行非线性特性分析。结果表明：即使几何结构及物理边界条件均对称，炉内仍会出现非对称流动；随着燃烧器出口Re的进一步增大，流场不对称性逐渐增大，流体速度随时间振荡，甚至出现混沌流；数值解存在稳定定常解、周期振荡解、非周期振荡解3种不同性质的特征解；稳定定常解的相图为不动点，频谱未出现其他基频，周期振荡解的相图为折叠的极限环，频谱出现了1个基频，非周期振荡解的相图无规则但局限于一定区域，频谱图表现为连续频谱。

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锅炉技术

强声波作用下煤粉颗粒的振荡特性研究

杨延锋, 姜根山, 于淼

2021, 41(4): 263-271. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.002

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考虑Stokes力为颗粒的主要受力，建立了强声波作用下煤粉颗粒的动力学控制方程，并给出了颗粒的夹带系数计算公式。采用数值计算方法研究了颗粒位置、烟气温度、颗粒密度、颗粒粒径、声波频率和声压级等参数对煤粉颗粒在冲击波形成之前运动特征和夹带系数的影响。结果表明：强声波场中距声源不同位置处的颗粒具有不同的振荡周期和速度振幅，呈现出丰富的振荡特征；在声源附近，颗粒主要受基波的影响，表现为类正弦振荡，而在远离声源位置靠近冲击波位置时，颗粒主要受到基波和二次谐波、三次谐波等高次谐波的协同控制，表现为不规则振荡行为；夹带系数与颗粒位置、颗粒质量和声波频率等参数呈负相关，而与烟气温度呈正相关。

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汽轮机与燃气轮机

基于进气温度调节的燃气-蒸汽联合循环机组热力性能优化分析

范雪飞, 蒋俊, 刘网扣, 朱志稢, 王思远

2021, 41(4): 272-277. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.003

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以GE S109FA燃气-蒸汽联合循环机组为研究对象，提出了基于进气温度调节的机组热力性能综合优化方案，即分别利用余热锅炉低压蒸汽、尾部烟道排烟在1台机组上实现压气机进气冷却和进气加热的功能，给出了相应的热力设计参数，并采用GT Pro软件进行了进气冷却或进气加热前后的热力计算。结果表明：在基本负荷下，降低进气温度可使联合循环发电功率提高4.73%~6.10%；在部分负荷下，进气温度由15℃提高到35℃时，燃机负荷率上升8%~14%，联合循环发电效率可以提高0.88%左右，从而满足机组在不同大气温度和负荷条件下热力性能优化的要求。

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汽轮机与燃气轮机

基于余热利用的燃气轮机进气暖风技术研究

郭赉佳, 韩朝兵, 陆炳光, 张汉贤, 黄素华, 王健

2021, 41(4): 278-285. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.004

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提出了基于余热利用的燃气轮机进气暖风系统技术方案，分析了燃气轮机部分负荷下压气机进气温度对燃气轮机热效率的影响，阐述了采用余热利用技术提高联合循环机组经济性的原理，并完成了燃气轮机部分负荷下投/切燃气轮机进气暖风系统的节能量评估和暖风器的优化设计。结果表明：在燃气轮机部分负荷下采用余热利用技术可使压气机进气温度提高7.2~8.0 K，燃气轮机热效率提高0.19%~0.26%，余热锅炉排烟温度下降5.5~6.7 K，余热锅炉当量效率提高0.8%~1.1%，进而联合循环热效率可提升0.42%~0.46%；通过合理优化暖风器结构参数，在满足传热量的前提下压气机进气压损仅增加约41 Pa，保证了机组的安全经济运行。

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汽轮机与燃气轮机

基于PCA-MEA-WNN模型的燃烧不稳定性检测方法

黄伟, 李常伟, 席建忠

2021, 41(4): 286-293. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.005

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为检测燃气轮机燃烧室压力的异常情况及监测其实时压力变化趋势，提出了一种基于主元分析法（PCA）、思维进化算法（MEA）和小波神经网络（WNN）相结合的模型（即PCA-MEA-WNN模型）：首先采用PCA对电厂原始数据清洗并预处理，然后通过MEA优化WNN，找到最优解，建立评价模型性能的指标，再引入偏离度量化预测值与观测值的偏离程度，通过滑动窗口法设置预警阈值以达到超限报警的目的。在某燃气-蒸汽联合循环发电机组仿真平台验证模型，并导入某电厂实际运行数据进行仿真。结果表明：PCA-MEA-WNN算法可及时反映燃烧室压力异常情况，检测到燃烧不稳定性并发出预警，具有更精准的预测结果和泛化能力，拟合度更高，大大减小了误差，有助于燃烧室的实际运行分析。

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工程热物理

椭圆管束层流尾迹的流动过渡和分

李易蓉, 杨茉, 张政

2021, 41(4): 294-300. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.006

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运用有限容积法，在不同无量纲管间距下对空气横掠椭圆管束进行二维数值模拟，对尾迹的流动变化过程和相应的分岔现象进行了分析。结果表明：保持初始边界条件不变，在无量纲管间距为0.5~3.5时，随着雷诺数增大至相应的临界值，Hopf分岔的发生使得尾迹从稳定的对称流动进入准周期状态；管间距较小时系统还会发生音叉分岔，间隙流动的偏离加剧了流动状态的不稳定性，随着雷诺数的进一步增大，尾迹中稳定的偏离快速过渡到不稳定的偏离，系统从准周期状态进入混沌状态；无量纲管间距较大时，同相和反相流动的出现使得尾迹扰动更规律，间隙流动会随着后方尾迹发生摆动，系统不再发生音叉分岔，系统最终进入准周期状态。

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辅机技术

仿生叶片在离心风机上应用的数值分析

邬长乐, 陈二云, 杨爱玲, 李国平

2021, 41(4): 301-308. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.007

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为了探究仿生叶片对离心风机气动性能、流场和声场的影响，将波形前缘、锯齿尾缘和表面凹坑3种仿生结构应用在离心风机叶片上，并对其流动和噪声辐射进行了数值计算。结果表明：表面凹坑结构抑制了叶片吸力面上的分离流，提升了离心风机的全压和效率，但蜗壳壁面附近的压力脉动幅值增大，最终使噪声不降反增0.85 dB；锯齿尾缘型风机虽然做功能力下降，但依然保持高效率，叶轮内流动状况改善，压力脉动明显削弱，总声压级平均下降5.04 dB；波形前缘型风机气动性能与原型相比略有提升但相差不大，整体降噪3.14 dB。

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新能源

基于改进HHT的分钟级超短期风速预测

曾娜梅, 霍志红, 许昌, 邓智文, 靳志杰

2021, 41(4): 309-315. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.008

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针对分钟级的风速具有更强随机性和非线性的问题，建立了一种基于改进希尔伯特黄变换（HHT）的分钟级超短期风速预测模型。首先，利用HHT对原始风速数据进行分解；然后，采用希尔伯特变换（HT）对分解所得各本征模态函数（IMF）进行谱分析，针对其频谱特性分别建立不同的神经网络模型进行预测；最后，分别运用权重浮动区间模型和数学解析模型求取各分量权重系数，按权重叠加各分量预测结果得到2组风速预测值，再通过优化组合得到最终预测结果。采用某风电场实际运行数据，对所建模型的可靠性进行了验证。结果表明：该方法预测效果优于原HHT组合预测模型，可有效提高风速预测精度。

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新能源

基于风电机组控制原理的风功率数据识别与清洗方法

梅勇, 李霄, 胡在春, 姚惠, 刘达

2021, 41(4): 316-322. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.009

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针对变速变桨距控制风电机组在风功率曲线拟合中所面临的非正常运行数据识别与清洗难题，提出了一种基于风电机组控制原理的风功率数据识别与清洗方法。从控制原理出发，首先通过有功功率和发电机转速对风功率散点进行预处理，然后分析功率时序分布，识别出限功率点，最后结合四分位法对叶尖速比散点和风功率散点进行清洗，在完成功率散点筛选的同时，识别出机组在不同风速下的运行状态。结果表明：本文方法对不同形态特征的风功率散点都具有很好的清洗效果，而且算法执行效率高。

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新能源

风力机齿轮箱振动信号分解方法研究

胡璇, 李春, 叶柯华

2021, 41(4): 323-329. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.010

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基于风力机齿轮箱振动信号显著的非线性及非平稳性，分别采用集合经验模态分解（EEMD）、固有时间尺度分解（ITD）和经验小波变换（EWT）分解方法对齿轮箱振动信号进行处理，求取各分解方法分量信息熵并构成特征向量，然后作为支持向量机（SVM）模型的输入进行故障识别及分类。结果表明：EWT能较好地提取振动信号中的冲击成分；ITD在3种分解方法中诊断准确率最高且最稳定，最利于风力机齿轮箱故障诊断。

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系统工程

公共机构建筑多源冷热电联供系统优化调度研究

顾文波, 李雨桐, 陈益明, 谢思佳, 马涛

2021, 41(4): 330-330. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.011

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针对大型公共机构建筑多源冷热电联供系统优化调度难问题，进行了兼顾经济、环保、高效的多目标优化调度研究。首先，对多源冷热电联供系统中的各项设备建立了数学模型及约束条件，再基于满意度最优指标，提出了该多源系统在夏季某典型天的冷热电调度运行方案，分析了不同辐照度对各个指标最优值的影响。结果表明：对于公共机构建筑多源冷热电联供系统，基于满意度指标最优的优化调度方案虽未同时实现各单项指标值最优，但却满足了系统运行的经济性、环保性及节能性的全方位需求；提高可再生能源在多源系统中的供能比例，虽然降低了系统经济、环境及能效指标最优值，但却提升了整个系统的满意度指标最优值。

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材料研究

焊后热处理及长时热暴露对HT700高温合金摩擦焊接接头组织的影响

李博帅, 朱明, 鲁金涛, 徐雅欣, 党莹樱, 张慧慧

2021, 41(4): 337-344. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.04.012

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在主轴转速为1 500 r/min、摩擦压力为300 MPa的焊接参数下实现了HT700合金的惯性摩擦焊接，并对焊接接头进行了热处理和长时高温暴露实验，研究了热处理工艺和长时高温暴露对镍铁基高温合金摩擦焊接接头组织的影响，并测试了焊接接头的显微硬度。结果表明：焊接接头的显微组织关于焊缝中心区两侧呈对称分布，热处理态和高温暴露后焊接接头可分为焊缝中心区、热影响区和母材区3个部分，当热处理工艺为1 140℃×20 min+1 020℃×1 h（水冷）+650℃×16 h+820℃×4 h时焊接接头的平均显微硬度最高；750℃长时高温暴露会导致M₂₃C₆粗化和γ'相合并长大，从而使焊接接头显微硬度降低，但焊接接头在高温暴露过程中未析出有害相，表明HT700合金摩擦焊接接头的显微组织具有良好的热稳定性。

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