动力工程学报

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    锅炉技术
  • 锅炉技术
    低负荷烟气再循环对煤粉锅炉燃烧及NOx排放的影响
    刘坤朋, 魏博, 陈丽娟, 王建江, 李建, 刘江山
    2021, 41(5): 345-349. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.001
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    以某330 MW锅炉结构参数和低负荷运行参数为依据，针对低负荷下不同烟气循环率对炉膛内截面平均温度、O2体积分数、CO体积分数以及NOx排放质量浓度的影响进行模拟分析。结果表明：低负荷下采用一次风烟气再循环能有效降低锅炉NOx排放质量浓度；随着烟气循环率的提高，炉膛内截面平均温度逐渐降低，CO体积分数逐渐减小，NOx排放质量浓度降低；与无烟气再循环相比，烟气循环率为15%时NOx排放质量浓度降低67.88 mg/m3，NOx减排效率提高20.36%。
  • 锅炉技术
    升温速率和环境压力对热解煤焦表面含氮和含硫官能团转化规律的影响
    张燕超, 雷鸣
    2021, 41(5): 350-357. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.002
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    利用沉降炉和管式炉结合X射线光电子能谱仪（XPS），分析研究了不同升温速率和环境压力下热解煤焦表面含氮和含硫官能团的赋存形态。结果表明：升温速率和环境压力对煤焦表面含氮和含硫官能团的转化规律均有比较明显的影响；与慢速热解相比，快速热解使煤焦中吡啶型氮（N-6）更难分解，但是却促进了季氮（N-Q）的分解与转化；对于含硫官能团，快速热解降低了硫铁矿和硫化物的稳定性，却抑制了亚砜和硫酸盐的分解；环境压力的提高，促进煤分子结构外部的氮结合到芳香结构中，但吡咯型氮（N-5）向N-6的转化被抑制，最终使二者更多地转化为煤分子结构内部的N-Q，同时氮氧化物（N-X）的稳定性也有所提高；对于有机硫而言，环境压力的提高加速了硫化物和亚砜的分解，同时使噻吩和砜更加稳定，但对无机硫的赋存形态无显著影响。
  • 锅炉技术
    污泥与准东煤在CO2气氛下的共气化特性研究
    张志远, 鞠睿, 周恒涛, 虞婷婷, 陈鸿伟
    2021, 41(5): 358-367. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.003
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    为探究污泥与准东煤在CO2气氛下的共气化特性，利用电加热式固定床和热重分析仪研究了共气化产气特性规律及共气化动力学特性规律，并采用Model-free Method计算了共气化反应活化能。结果表明：等温气化过程中CO、H2和CH4的体积分数随着反应的进行先升高后降低；随着准东煤质量分数的增加，可燃气中CO体积分数逐步升高，H2和CH4体积分数逐步降低，冷煤气效率则先升高后降低；程序升温气化的干燥脱附阶段和慢速气化阶段，样品总失重量随着准东煤质量分数的增加而逐渐降低，在快速气化阶段则反之；共气化反应的平均活化能随着准东煤质量分数的增加先降低后升高；污泥与准东煤的掺混具有正向促进气化反应的协同作用，并且在污泥与准东煤质量比为4[DK]∶6时共气化的协同作用最强烈。
  • 锅炉技术
    电站锅炉内壁温监测信号无线传输特性研究
    侯哲帆, 王鑫雨, 李鸿源, 徐鸿
    2021, 41(5): 368-373. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.004
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    在声表面波（SAW）测温原理的基础上，建立了电站锅炉高温受热面温度特征信号无线传输的有限元模型，通过实验对该模型进行了验证，并对比研究了偶极子天线、法向螺旋天线、平面倒F天线（PIFA）3种天线结构下温度特征信号的无线传输特性。结果表明：有限元模型可以有效地反映声表面波温度特征信号的无线传输特性；基于偶极子天线和法向螺旋天线的温度特征信号无线传输增益呈周向对称分布，而基于PIFA的温度特征信号无线传输增益具有明显的方向性；基于偶极子天线的温度特征信号无线传输增益最大，无线传输带宽也最大，约为40 MHz，基于法向螺旋天线的无线传输带宽最小，仅为3 MHz。
    • 汽轮机与燃气轮机
  • 汽轮机与燃气轮机
    轮缘间隙出流对下游动叶端壁气膜冷却特性的影响
    高庆, 屈杰, 王汀, 马汀山, 居文平, 李军
    2021, 41(5): 374-379. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.005
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    对轮缘间隙出流与主流相互作用下的动叶端壁气膜冷却特性进行了研究，通过数值求解三维RANS方程组和SST湍流模型，详细分析了冷却气流质量流量比MR和进气预旋度等气动参数对动叶端壁气膜冷却特性的影响规律。结果表明：增大MR有利于提高动叶前缘端壁区域的气膜冷却效率，但即使在较大MR工况下，动叶中后弦长端壁区域仍无法获得充足的气膜保护；随着进气预旋度的增大，气膜覆盖面积和平均气膜冷却效率均有所提高；通过调整进气预旋度使冷却气流以设计气流攻角进入动叶通道时，动叶端壁将获得最佳的气膜冷却特性。
  • 汽轮机与燃气轮机
    栅前端壁射流抑制二次流的数值研究
    赵树, 陈榴, 戴韧
    2021, 41(5): 380-386. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.006
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    基于射流的主动流动控制方法，在透平叶栅端壁前缘位置开设射流孔。通过数值模拟分析了射流孔位置、倾斜角、俯仰角和动量系数等因素对前缘马蹄涡以及流动损失的影响。结果表明：在前缘马蹄涡流动分离线上布置射流孔以及倾斜角方向与射流孔所在位置的近端壁极限流线保持一致的情况下，射流孔俯仰角为40°、动量系数为0.1%时总压损失系数比达到最小，将其作为最优组合方案；该方案可以抑制前缘马蹄涡的多涡系结构，并削弱其湍动能，降低流动损失，近出口处总压损失系数可降低8.83%。
    • 监测与测量
  • 监测与测量
    基于SSWPT的转子油膜失稳故障分析
    唐贵基, 徐振丽
    2021, 41(5): 387-393. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.007
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    针对已有的时频分析方法在转子非平稳特征提取方面的不足，提出采用同步压缩小波包变换（SSWPT）方法进行转子油膜失稳故障分析。首先将采集的振动信号进行小波包变换得到小波包变换系数，然后求取信号的瞬时频率，最后对小波包变换系数沿信号瞬时频率方向进行压缩，从而将各频率成分清晰呈现于时频图中。分别利用仿真、实验信号及油膜涡动现场故障数据对该方法进行了验证，并与希尔伯特黄变换（Hilbert-Huang Transform，HHT）时频分析方法进行了对比。结果表明：该方法能够成功提取转子油膜失稳故障特征频率，体现了其在转子油膜失稳故障诊断中的优越性。
  • 监测与测量
    基于LSTM-SVM的燃气轮机压气机故障预警研究
    彭道刚, 姬传晟, 涂煊, 王丹豪
    2021, 41(5): 394-399. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.008
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    为了能在早期发现压气机叶片积垢、叶片磨损腐蚀、进气口结冰和喘振4种常见故障，提出一种基于长短期记忆网络（LSTM）和支持向量机（SVM）的燃气轮机压气机故障预警方法。首先，利用压气机特征参数正常历史数据建立多个单输入单输出预测模型，并将压气机的特征参数运行数据代入相应的模型，输出各参数预测值与实际值的残差曲线，设定报警阈值，超限报警。然后，利用正负偏离度方法提取报警点报警信息的故障样本，作为SVM的输入参数进行故障识别，对压气机的故障类型进行预警。结果表明：该模型输出预测误差在0.5%以内；该方法能够发现压气机的早期故障趋势，提取故障特征，对压气机故障类型进行预警，为燃气轮机压气机的故障预警提供了参考。
  • 监测与测量
    轴系对中偏差对单支撑轴系振动的影响
    刘伟珣, 杨建刚, 沈德明
    2021, 41(5): 400-403. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.009
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    建立了单支撑轴系动力特性分析有限元模型，研究轴系对中偏差对单支撑轴系振动的影响。结果表明：轴系对中偏差会改变中间轴承载荷和油膜刚性，对振动传递特性产生影响；单支撑轴系出现的振动不完全表现在不平衡转子所在跨内；在轴系对中偏差情况下，低压转子不平衡量会在相邻高中压转子上激发起较大振动。
    • 环保技术与设备
  • 环保技术与设备
    不同热解升温速率下制备所得生物焦的汞吸附性能
    乔晓磊, 贾里, 郭晋荣, 张永强, 樊保国, 金燕
    2021, 41(5): 404-410. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.010
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    在管式炉中不同热解升温速率下制备了核桃壳生物焦，借助固定床反应器表征了生物焦的汞吸附性能，利用N2吸附/脱附装置和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析仪分析了生物焦的孔隙结构及表面官能团，获得了生物焦对汞的吸附机理。结果表明：在相同吸附时间内，随着定温制备条件中热解温度和变温制备条件中热解终温的升高，生物焦对汞的吸附能力由强到弱依次为600℃、800℃、1 000℃和400℃；其中在定温制备条件下，当热解温度为600℃时，其累积汞吸附量达到最大，在300 min吸附时间内为2 942 ng/g；随着热解升温速率的升高，生物焦对汞的吸附能力先增强后减弱，当热解升温速率为10 K/min时，生物焦对汞的吸附性能最好；同时在生物焦对汞的物理吸附过程中，3~5 nm的介孔起主要作用，累积孔体积越大，累积汞吸附量越大，越利于生物焦对汞的吸附；在热解终温为600℃时，随着热解升温速率的升高，生物焦表面官能团的数量先增加后减少，与汞吸附性能实验结果一致，说明生物焦表面官能团会影响生物焦对汞的吸附性能。
    • 新能源
  • 新能源
    基于格尼襟翼的多机组垂直轴风力机性能增效研究
    倪露露, 缪维跑, 李春, 刘青松, 张万福
    2021, 41(5): 411-419. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.011
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    为探究格尼襟翼对垂直轴风力机气动性能的影响，结合TSST湍流模型对直线翼垂直轴风力机展开数值模拟研究。结果表明：低尖速比下，格尼襟翼可显著提升垂直轴风力机的气动性能，但在高尖速比下会降低气动性能；垂直轴风力机组间流体速度随尖速比的增大而增加，此高速流体可有效提升机组风能利用系数；因上游风力机组间流体加速作用，下游风力机在各尖速比下的气动性能均高于原始单风力机，且当尖速比为2.72时，下游风力机最大平均力矩比原始单风力机提高20.3%；上游风力机组安装格尼襟翼可有效提高机组间流体加速效果，使下游风力机迎风速度更高，尖速比为2.51时，格尼襟翼风力机组的下游风力机平均力矩比原始单风力机和原始格尼襟翼风力机分别提高36.5%和24%。
    • 系统工程
  • 系统工程
    超临界二氧化碳发电系统紧急停车过程动态特性研究
    李新宇, 刘惠民, 林志民
    2021, 41(5): 420-425. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.012
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    针对某300 kW功率等级的超临界二氧化碳简单回热发电系统建立了全系统动态仿真模型，研究了系统发生紧急停车时的动态响应过程及阀门流量特性对过程控制品质的影响。结果表明：涡轮旁通策略可以有效控制系统紧急停车过程的转速上升幅度，保障系统安全；整个紧急停车过程持续约50 s，其中第一阶段持续数秒，其特性主要受旁通阀特性主导，动作时间2 s内的快开型旁通阀可满足系统的安全控制要求；第二阶段呈单调衰减趋势，持续时间40~50 s，主要受系统自身特性影响；在紧急停车的第一阶段，压缩机出口和涡轮出口压力分别上升1.5%和7.3%，回热器冷侧和热侧入口质量流量分别上升35%和80%，回热器热侧入口温度上升约30 K；冲击效应对设备安全造成的影响应在超临界二氧化碳发电系统设计时予以特别考虑。
  • 系统工程
    基于分子动力学模拟的近临界区CO2折射率异常波动分析
    孙辉, 章立新, 杨其国, 刘婧楠, 高明
    2021, 41(5): 426-432. https://doi.org/10.19805/j.cnkij.cspe.2021.05.013
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    为揭示近临界区CO2折射率的异常波动现象，利用分子动力学模拟技术对CO2在近临界区的微观分子结构及密度时间序列曲线的混沌特征进行了分析。结果表明：从微观层面上看，近临界区CO2是单分子和团簇体的多元混合状态，团簇种类复杂，密度不一且随时变化，进而影响光对最短路径的找寻，光屏上会出现无规则的长条纹，难以通过光斑条纹的特性获取近临界区CO2的折射率；近临界区系统密度剧烈波动，根据Lorentz-Lorenz公式，密度的波动会直接引起线性或非线性折射率的剧烈波动，导致无法直接获得近临界区CO2的折射率。