动力工程学报

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锅炉技术

燃用混煤的1 000 MW旋流对冲锅炉宽负荷稳燃特性研究

马达夫, 何翔, 张守玉, 赵旭, 常明

2021, 41(12): 1019-1026. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.001

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针对某1 000 MW旋流对冲锅炉不同负荷下炉膛燃烧不稳定的问题，对市场煤、混煤、象山煤、晋煤、煤泥和冯家川煤6种常用煤种进行了煤质分析及燃烧特性分析，并在试验锅炉上进行了高、低负荷下煤粉特性分析及稳燃特性研究。结果表明：700~1 000 MW负荷下火检信号弱的主要原因是燃用高挥发分煤的下层燃烧器缺风，增大外二次风门挡板开度后火检信号明显增强，飞灰含碳质量分数降低；400~520 MW负荷下稳燃能力不足主要是由于煤质较差、炉膛截面热负荷低、燃烧器扩锥角度小，通过制粉系统及风烟系统优化后稳燃能力提高。

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锅炉技术

配风对四角切圆锅炉碳排放特性的影响

范宝田, 严祯荣, 王莉, 王为国, 倪玲英

2021, 41(12): 1027-1032. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.002

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对某330 MW四角切圆锅炉进行了数值模拟，通过调节配风，分析炉内流动、燃烧、烟气温度和组分含量的变化对碳排放的影响，并将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明：随着风速的增加，过量空气系数增加，燃烧器区域的温度逐渐升高，燃烧器上部及水平烟道区域的温度逐渐降低，说明增加风速会降低炉膛出口烟气温度；随着风速的增加，炉膛出口CO₂体积分数和CO体积分数会减小，但工况3的炉膛出口O₂体积分数较高，其平均值达到2.19%。

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锅炉技术

电站锅炉双可调煤粉分配器气固两相流动特性研究

薛飞宇, 韩健民, 梁双印

2021, 41(12): 1033-1039,1108. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.003

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针对制粉系统一次风粉的流动均匀性会直接影响锅炉的安全性与经济性，提出了一种双可调煤粉分配器。利用环形渐缩阀将风粉两相流分离为浓相流和稀相流，使用开度可调的扇形阀分别调整风粉流量，最后将浓、稀两股流体混合均匀，同时计算了内部结构对煤粉分配器进出口压降分配效果的影响。结果表明：渐缩角度范围取65°~75°较合适，高度占比不宜超过60%；风粉分离过程对粒径大于等于50 μm的煤粉颗粒具有较好的分离效果；稀相扇形阀对单支管最大出口风速偏差为-28.63%，浓相扇形阀对单支管最大出口粉量偏差为-32.61%；该分配器对风粉调控具有较好的独立性，可以显著提高风粉系统流动的均匀性和调节灵活性。

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汽轮机与燃气轮机

透平静叶表面多排孔气膜冷却特性试验研究

何磊, 陈大为, 张祎, 王海峰, 刘钊, 竺晓程, 杜朝辉

2021, 41(12): 1040-1044,1068. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.004

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为研究燃气轮机透平静叶表面的气膜冷却特性，搭建了平面叶栅气膜冷却试验台，采用红外成像技术测量了带有多排扇形气膜孔的透平静叶表面气膜冷却有效度和传热系数，分析了不同吹风比下静叶压力面和吸力面不同孔排下游气膜冷却有效度和传热系数的分布规律。结果表明：随着吹风比的增大，静叶压力面各排孔后气膜冷却有效度增大，静叶吸力面孔排1下游气膜冷却有效度减小，吸力面孔排2和吸力面孔排3下游气膜冷却有效度先增大后减小，吸力面孔排4下游气膜冷却有效度增大；大吹风比时，气膜出流使得静叶表面大部分区域展向平均传热系数相比无气膜时小幅增大。

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汽轮机与燃气轮机

短长径比圆锥组合孔及心形孔的气膜冷却流动特性研究

叶秀, 武美萍, 缪小进, 陆佩佩

2021, 41(12): 1045-1053. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.005

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为改善薄壁双层壁叶片的气膜冷却特性，基于圆锥孔构建了圆锥组合孔，并对心形孔结构进行优化，研究了2种气膜孔在不同吹风比下的冷却、流动特性以及气膜孔内涡旋结构对射流涡旋结构的影响。结果表明：气膜孔入口处射流发展对出口射流的冷却、流动特性具有决定作用；气膜孔下游射流涡旋结构与吹风比有关，当吹风比为1.0时，心形孔和圆锥组合孔的气膜冷却效率均达到最高；心形孔下游中心区域为典型的反肾形涡旋结构，当吹风比为1.0时其气膜冷却效率相较于圆锥组合孔提高了约8%。

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汽轮机与燃气轮机

配风比对微型燃气轮机燃烧室燃烧性能影响的数值模拟

黄阳, 王文欢, 迟志伟, 潘卫国

2021, 41(12): 1054-1060,1102. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.006

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以采用燃料和空气预混燃烧方式的微型燃气轮机燃烧室为研究对象，根据设计参数对燃烧室进行建模和模拟计算，模拟不同工况下预混燃料在燃烧室内经过湍流流动并发生燃烧化学反应的过程，进而得到燃烧室内的热态流场、温度分布以及出口烟气中污染物的排放量。结果表明：在总过量空气系数为3.01的情况下，随着旋流器进口当量比的增大以及助燃风质量流量比例的升高，预混火焰的锋面温度有所升高，出口NO_x质量浓度与出口温度分布因子呈正相关。

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工程热物理

Oxy-steam气氛下低热值燃气燃烧特性研究

林日成, 鄢晓忠, 何旭, 马琪顺

2021, 41(12): 1061-1068. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.007

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利用Fluent软件对高炉煤气在Oxy-steam气氛下的燃烧进行数值模拟，分析了水蒸气体积分数对高炉煤气燃烧温度、炉内温度分布、烟气组分体积分数、NO_x体积分数以及烟黑体积分数的影响。结果表明：在Oxy-steam气氛下燃烧时，由于水蒸气比热容较N₂更高，且存在大量的OH和H基团，高炉煤气的最高燃烧温度从1 350 K下降至1 290 K；与O₂/N₂气氛下的燃烧相比，在Oxy-steam气氛下燃烧时炉内温度分布更加均匀，CO燃烧更完全，炉膛出口处NO_x和烟黑的体积分数均迅速减小；随着水蒸气体积分数的不断增大，炉膛出口烟气流速从0.55 m/s减小至0.505 m/s；与在O₂/N₂气氛下的燃烧相比，在Oxy-steam气氛下炉膛出口H₂和CH₄摩尔分数略增大。

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工程热物理

稀释气体对火焰闪烁的影响及其非线性特性研究

嵇铭栋, 潘文轩, 杨茉

2021, 41(12): 1069-1074,1089. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.008

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为研究稀释气体对火焰闪烁不稳定性的影响，利用Fluent求解器模拟了同轴射流燃烧器中火焰的燃烧，研究了CO₂和N₂作为稀释气体对火焰闪烁现象的影响，并分析了火焰闪烁的非线性特性。结果表明：轴向最大火焰温度随着稀释比的增大而降低，火焰的振荡幅度也随之减弱；相比N₂，CO₂更容易抑制火焰的闪烁；增大稀释比也会使火焰的闪烁频率峰值提高，燃烧系统的流动和换热也从周期性振荡进入混沌状态。

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工程热物理

大型低温多效蒸发器管束区域内三维流动特性研究

张友森

2021, 41(12): 1075-1080. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.009

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基于大型低温多效海水淡化蒸发器典型的正三角形管束排列结构，使用多孔介质模型对大型多管束降膜蒸发器进行了三维数值模拟研究。结果表明：管束区域蒸汽出现了分层流动，管束顶部区域和底部区域蒸汽速度很小，压力较高；除雾器布置会对管束区域二次蒸汽的流动产生影响，靠近除雾器管束区域的蒸汽速度明显较大，且沿着管长方向蒸汽速度逐渐增大，在末端处达到最大速度；蒸汽速度沿着管排方向先增大后减小，沿着管列方向先减小后增大；二次蒸汽沿着轴向通道流动时，蒸汽速度逐渐增大，到达轴向通道出口时蒸汽速度达到最大，当蒸汽流出轴向通道后速度逐渐减小，并在蒸发器出口上部和下部形成大漩涡；蒸发器内蒸汽的阻力损失主要发生在速度梯度变化较大的轴向通道，而在管束区域内的阻力损失较小。

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新能源

齿形襟翼及跨度对风机气动性能影响的数值研究

郑楠, 叶学民, 胡佳密, 李春曦

2021, 41(12): 1081-1089. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.010

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基于大涡模拟对采用不同跨度齿形襟翼（TGF）的动叶可调轴流风机进行了数值研究，探讨了襟翼及其跨度对风机性能、气动噪声和静压分布的影响，分析了噪声与涡结构分布的内在联系。结果表明：齿形襟翼可显著提高风机全压，且全压增幅与襟翼跨度成正比，襟翼跨度为0.9时的全压提高1 409 Pa；采用齿形襟翼后的风机降噪量随襟翼跨度的减小而增大，襟翼跨度为0.7时的降噪量达18.33 dB；齿形襟翼削弱了叶片尾迹强度，改善了叶根泡状涡尺寸，在襟翼顶部形成一较长管状涡，减弱了尾涡与叶顶泄漏流的相互作用；襟翼跨度越小，改善成效、降噪效果越显著；襟翼跨度为0.9时的齿形襟翼在改善全压、拓宽高效区和降噪等方面的综合性能最优，且在变安装角工况下可有效提升风机全压、改善大流量侧效率。

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新能源

大流量氢燃料电池用离心式空气压缩机气动设计与性能试验

马明俊, 张成义

2021, 41(12): 1090-1095. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.011

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针对100 kW氢燃料电池堆需求，开展了两级串联离心式空气压缩机的气动设计。根据轴向力、比转速和叶轮尺寸等确定两级叶轮的压比分配，通过中部加载叶型设计减小叶轮进出口流动损失，通过叶片前倾设计降低高压级叶轮前缘的气动载荷、减小叶尖泄漏损失。对空气压缩机进行了三维流动数值仿真分析。结果表明：空气压缩机内部流动情况良好；在设计转速、质量流量为130 g/s时，整机压比达到2.82，气动效率达到77.5%，性能可以满足100 kW氢燃料电池堆的使用需求。

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材料研究

T92/Super304H异种钢焊接接头微观组织和硬度研究

解瑞雯, 马行驰, 袁斌霞, 孙永军, 沈利

2021, 41(12): 1096-1102. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.012

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利用光学显微镜、扫描电镜、数字式显微硬度计和X-射线能谱分析仪等方法研究了T92/Super304H异种钢焊接接头的微观组织和硬度，分析了焊接接头的力学性能。结果表明：焊接接头的Super304H热影响区具有粗大的等轴奥氏体晶粒，T92焊缝熔合区的奥氏体晶粒和板条马氏体尺寸细小；在焊接过程中，由于受到焊接热循环作用，焊接接头中T92热影响区的硬度值最高；在高应力载荷条件下，高温拉伸试样断裂位置发生在T92热影响区，断口为韧窝断裂，以塑性穿晶断裂为主。

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核电技术

基于CFX的调节阀空化数值模拟及结构优化

李连翠, 王周杰, 张含, 龚胜泉, 刘春玲

2021, 41(12): 1103-1108. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2021.12.013

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为减少某核电站调节阀最高运行参数工况下的空化损伤，基于CFX软件采用多相流模型和空化模型对结构优化前后的调节阀的空化情况进行数值模拟，分析了阀门内部不同结构对空化区域分布和空化程度的影响。结果表明：作为关键部位的阀芯密封线处易受空化损伤；优化后的阀门结构可以使阀芯密封线处的空化发生一定的转移，有效降低了阀芯密封线附近的空化率，保护了阀芯密封线的完整性。

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