动力工程学报

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锅炉技术

燃煤机组锅炉深度调峰性能计算分析

周熙宏, 毕凌峰, 杨浩昱, 杨冬, 朱超, 吴鹏举

2021, 41(10): 809-817. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.001

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可视化

为了研究燃煤机组锅炉深度调峰能力，建立了低负荷稳燃、水动力循环、宽负荷脱硝、空气预热器低温腐蚀及辅机安全相应模型，并基于Fortran语言编写了计算程序。其中低负荷稳燃计算模型中利用D-S证据论对锅炉深度调峰时的燃烧稳定性进行判断；水动力循环计算模型中采用非线性流动网络系统法计算水冷壁关键参数；宽负荷脱硝计算模型通过比较选择性催化还原（SCR）反应器入口烟温与催化剂最低运行温度间关系来确定锅炉能否正常脱硝；空气预热器低温腐蚀计算模型通过比较酸露点与最低壁温间关系来确定其腐蚀程度；辅机安全计算模型通过分析风机所需压头与风机特性曲线的匹配来判断其运行稳定性。结果表明：华能陕西秦岭（秦华）发电有限公司660 MW锅炉在20%锅炉最大连续蒸发量负荷时水动力安全，一次风机运行在稳定区；所开发的计算程序可用于工程实践，为锅炉深度调峰提供了指导。

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锅炉技术

考虑横向物质传递的大型循环流化床锅炉动态建模研究

李政, 温晨阳, 许兆峰, 薛亚丽, 刘培

2021, 41(10): 818-823. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.002

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可视化

为了研究大型循环流化床（CFB）锅炉运行中出现的运行参数横向分布不均匀现象，在原有一维模型基础上，将炉膛沿宽度方向划分为4个并联回路，建立了准二维小室模型，每个回路内考虑炉膛内的传热、传质和燃烧以及并联回路之间的横向物质传递，并建立了包含风机、布风板、炉膛和分离器在内的风烟系统复合压降模型。对某660 MW超超临界CFB锅炉进行动态模拟，重点研究了特定工况下的床压横向波动现象，分析了床压波动过程中的横向物质传递速率。结果表明：该准二维小室模型能够反映运行参数在炉膛内的横向分布情况；炉膛内物料横向扩散和对流的综合作用是产生床压周期性波动现象的原因。

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锅炉技术

燃气锅炉污泥气化气体燃烧过程数值模拟

张臻荣, 黄亚继, 王新宇, 朱志成, 刘洋, 杨晓域, 田新启

2021, 41(10): 824-832. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.003

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采用Ansys Fluent软件模拟了1个基础工况与8个对比工况下污泥气化气体在某燃气锅炉炉内的流动及燃烧过程。结果表明：炉内气流旋转上升的同时剧烈燃烧；基础工况下底部喷口截面最高平均温度可达1 200 K；改变空气和燃气入口速度对炉内燃烧温度以及氧气、二氧化碳体积分数有较大影响；增大燃气入口速度后，底部喷口截面平均温度达到1 300 K，该区域平均氧气体积分数明显减小；污泥气化气体中可燃组分增大会使炉内燃烧反应加剧，燃气中一氧化碳体积分数增大到18%时，底部喷口截面平均温度达到1 400 K，但对大部分炉膛高度下的平均氧气体积分数和平均二氧化碳体积分数的影响较小。

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汽轮机与燃气轮机

汽轮机低压末级仿生叶型优化及流动特性研究

韩安, 姜伟, 吴凡, 王纯, 谢诞梅

2021, 41(10): 833-841. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.004

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采用数值模拟方法对某火电机组汽轮机低压末级在小容积流量工况下级内流动分离的发展规律进行了分析，为了提升汽轮机在小容积流量工况下的做功能力，将仿座头鲸头部凸起的结构应用于末级动叶背压面进行型线优化，并基于正交法分析对比了原叶型与不同仿生叶型的末级动叶力矩。结果表明：在小容积流量工况下，仿生凸起结构对改进末级动叶的力矩具有积极作用；正交法分析获得了具有较好性能的优化型线，使进口相对容积流量=0.358 0工况下的末级动叶力矩提高了26.6%。

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汽轮机与燃气轮机

叶片顶端跨音速叶型的气动性能分析与优化

刘颖超, 陈榴, 戴韧, 杨其国

2021, 41(10): 842-848. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.005

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应用流动计算分析软件CFX，对某大型汽轮机末级动叶顶部截面叶型的跨音速流动进行了数值模拟研究，分析叶栅中激波结构特征和流动损失机理。采用3阶Bezier曲线表达叶型中弧线，2阶与3阶Bezier曲线组合表达叶型厚度分布，结合Kriging代理模型优化叶型，改善气动性能。结果表明：末级动叶顶部截面叶型气动损失主要与激波强度及其反射位置有关；叶型优化后，叶栅内激波强度减弱，相比原叶型，激波损失减少约32%，同时削弱了激波对边界层的影响，边界层损失降低约17%；优化叶型总压损失下降24%，气动性能明显提高。

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汽轮机与燃气轮机

湿燃气透平叶片热流固耦合换热特性的数值研究

符阳春, 李健武, 廖贵鄂, 张志伟, 李亮

2021, 41(10): 849-858. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.006

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为评估湿空气透平循环中湿燃气对透平叶片燃气侧换热特性的影响，以及湿空气对透平叶片冷却效果的影响，以C3X叶片为例，采用热流固耦合的数值计算方法，研究了湿燃气含湿量对透平叶片表面温度和传热系数的影响，对比分析了干空气与湿空气冷却效果的差异。同时在研究范围内给出了透平叶片燃气侧传热系数的无量纲关系式，为湿化燃气轮机透平叶片的优化和冷却结构设计提供参考。结果表明：湿燃气含湿量对透平叶片燃气侧的流动性能基本无影响；当湿燃气含湿量从0 g/kg增加到150 g/kg，主流进口温度为1 473 K时，透平叶片表面平均传热系数增加10%，且增加幅度随着主流进口温度的升高而增大，叶片表面最高温度平均提高10 K；与干空气相比，湿空气作为冷却工质时的叶片表面温度更低，冷却效率更高，且冷却效率随着湿空气含湿量的增加而提高。

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监测与测量

基于自适应DBSCAN算法的风电机组异常数据识别研究

雷萌, 郭鹏, 刘博嵩

2021, 41(10): 859-865. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.007

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为了对风电机组实测数据中的异常数据进行有效识别和剔除，通过分析风电机组的风速-功率异常数据，提出了基于分功率区间的自适应密度聚类（DBSCAN）异常数据识别算法，采用无标签聚类轮廓系数对DBSCAN算法中关键参数半径（ε）和邻域密度阈值（Z）进行自适应最佳选择，并利用该算法识别实验机组的异常数据。结果表明：该算法避免了人为主观设定导致的误差，能够对风电机组异常数据进行有效识别。

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监测与测量

数字显微全息在线测量脱硫烟气雾滴粒径及浓度

翁建明, 金军, 林志明, 沈利, 王志刚, 吴迎春, 吴学成, 施鹏飞

2021, 41(10): 866-870. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.008

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利用数字显微全息（DMH）测量技术开展了烟气雾滴浓度在线测量研究，设计搭建了基于超声雾化的雾滴发生系统和DMH测量系统，并利用DMH测量系统对超声雾化液滴场进行了测量。结果表明：DMH测量系统的测量误差约为4.5%，准确度较好；在10%、30%和50%的雾化量下，雾滴粒径的概率峰值所对应的粒径分别为2.49 μm、2.58 μm和2.56 μm，三者基本一致；随着雾化量的增大，雾滴质量浓度的概率分布曲线逐渐呈正态分布。

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工程热物理

方腔内石蜡固液相变及其非线性特性分析

张政, 杨茉, 李易蓉

2021, 41(10): 871-876. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.009

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采用基于焓法的Solidification/Melting模型研究了固相区石蜡受热融化的相变特性以及液相区石蜡的流动特性。结果表明：在相同边界条件下方腔内石蜡融化出现多解现象，融化速率也不同；在液相区，底部石蜡液相区自然对流的流动状态受Ra影响；当Ra=3.5×10⁴时相空间轨迹表现为一定点；当Ra=2.19×10⁵时相空间轨迹表现为极限环；当Ra=2.3×10⁶时相空间轨迹表现为混沌状；控制上下壁面温度恒定，通过改变模型的高度来改变Ra，可以控制液相区流场的最终状态。

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新能源

来流剪切对风力机尾迹影响的数值研究

王天凡, 施鎏鎏

2021, 41(10): 877-882. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.010

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为研究剪切指数对风力机尾迹流动特性的影响，以NREL Phase VI型风力机为研究对象，采用SST k-ω湍流模型，在不同剪切指数下对风力机尾迹流场进行定常数值模拟。考察了不同来流剪切工况下，风力机尾迹流场中漩涡结构变化对速度和湍动能等流动参数的影响。结果表明：在剪切来流工况下尾迹流场呈现非对称性，尾迹流场向远离壁面的方向偏斜；随着剪切指数的增大，轮毂上方的中心涡强度增大，下方中心涡强度减弱；下方流体被大量卷吸进上方剪切层，形成高速条带；中心涡的不对称性造成尾迹流场湍动能增强，尾迹流场恢复减慢。

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新能源

基于吹吸结合射流的S809翼型增升减阻研究

罗帅, 缪维跑, 刘青松, 李春

2021, 41(10): 883-891. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.011

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为改善风力机翼型气动特性，提出吹吸结合射流（Suction-Blow Combined Jet，SBCJ）方式，以S809为基础翼型，研究在不同攻角、射流动量系数及开孔位置时SBCJ的控制效果，分析其控制机理和影响规律。结果表明：SBCJ可移除翼型吸力面低动量流体并改变尾缘库塔条件，从而显著增大翼面两侧压差，最终提升翼型气动性能；当射流动量系数较小时，翼型升力显著增大、修正阻力减小且流动分离减弱；当射流动量系数为0.01、吸气孔距前缘0.15c、吹气孔距尾缘0.2c、攻角为10°时，翼型修正升阻比提升率最大。

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核电技术

非能动余热排出管内蒸汽凝结水击压力振荡特性实验研究

刘文兵, 张卓华, 蔡海刚, 种道彤, 赵全斌, 严俊杰

2021, 41(10): 892-897. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.012

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可视化

基于非能动余热排出可视化实验系统，利用高速摄像机和高频动态压力传感器等仪器对非能动余热排出管路中的凝结水击现象进行了实验研究，探究凝结水击发生过程汽液相界面变化与压力振荡信号之间的耦合关系，并分析了凝结水击的发生过程、发生位置和发生次数的变化规律。结果表明：凝结水击会经历分层流、波状流、弹状流和汽泡破碎4个阶段，其中分层流和波状流过程管内压力稳定，弹状流过程管内会出现负压，汽泡破碎时会产生巨大的压力脉冲信号；随着加热管热流密度的增加或过冷水温度的升高，凝结水击的发生位置向管路出口方向移动；一定时间内的凝结水击发生次数随热流密度的增加或过冷水温度的升高而减少。

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核电技术

核电站冷却剂泵惰转过程水力部件内部能量转换研究

叶道星, 刘安林, 罗逸民, 陈俊霖

2021, 41(10): 898-904. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.10.013

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可视化

为了探索核电站一回路冷却剂泵进入惰转状态后，泵中各水力部件的能量转换特性，采用数值方法对某台冷却剂泵的惰转状态进行了研究。结果表明：随着惰转时间的增加，各水力过流部件的扬程损失经过10 s后降低至50%以下；惰转过程中进口段动压扬程从6.8 m急速下降至0 m，静压扬程在140 s后从-7 m升高至0 m；惰转开始后叶轮出口的静压能缓慢降低，而其进口静压能快速增加；随着惰转时间的增加，叶轮静压扬程比动压扬程下降得快，导叶与叶轮的动压能变化规律相反；蜗壳进出口的动压能随惰转时间的增加急速下降，蜗壳进口的静压能从惰转开始迅速下降。惰转开始时，24.33 m以上的动压能主要分布于叶轮出口、导叶进口和蜗壳的出口处；在t=110 s时大部分区域动压能在12.17 m以下；在t=200 s时，动压能主要分布在0~6.08 m；蜗壳内较大的静压能分布区域范围逐渐减小。

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