动力工程学报

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    基础研究
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    超临界CO2/R41混合工质在螺旋槽管内冷却流动传热特性的数值研究
    林智博, 陶乐仁, 邱晗, 杜登高, 麻毓窈
    2022, 42(9): 793-799. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.001
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    为降低超临界CO2的工作压力并强化传热,在恒热流冷却工况下对螺旋槽管内超临界状态下CO2和CO2/R41混合工质的流动传热过程进行了数值模拟,分析了热流密度、质量流速和倾斜角度等因素对流动传热过程的影响。结果表明:相较于超临界CO2,超临界CO2/R41混合工质在临界压力差更大的情况下,其最大传热系数提高了7.7%,且传热系数衰减幅度更小;螺旋槽管在高温区的传热系数相较于低温区有明显提升,且热流密度越大,传热系数越大;受浮升力影响,倾斜角度小于0°时传热系数较大,倾斜角度在45°~90°时会发生传热恶化,且倾斜角度为-45°~45°时凹槽处会形成涡旋。
    • 动力设备与系统
  • 动力设备与系统
    污泥掺烧对墙式切圆锅炉的影响分析
    杨琨, 丁士发, 张涛
    2022, 42(9): 800-805. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.002
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    为了验证锅炉机组掺烧高含水率污泥的可行性,以某660 MW墙式切圆锅炉为例,基于现场试验数据,建立数值仿真模型,分析了污泥在不同掺烧比和掺烧方式下对锅炉燃烧特性的影响。结果表明:随着污泥掺烧比的增加,炉内中心流场速度降低,炉膛整体温度下降,影响炉内燃烧效果,降低了锅炉效率;在11%的污泥掺烧比下,出口NOx质量浓度降低22%;在相同污泥掺烧比下,适当增加掺烧磨煤机数量,降低单层燃烧器的污泥掺烧比,可以有效优化炉内燃烧特性。
  • 动力设备与系统
    超临界受热面水侧颗粒沉积的数值模拟研究
    曾子轮, 王超, 李鸿源, 黎宇航, 徐鸿
    2022, 42(9): 806-811. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.003
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    为明确汽水侧的沉积物在流场中的运动规律,采用离散项模型对细长光滑水平圆管进行数值模拟。基于实验数据,对跨临界流动的湍流模型进行对比分析,并结合离散项模型,根据结晶动力学定义颗粒入射几何面,在壁面全捕捉与全反射2种极限壁面条件下分析颗粒在壁面的沉积规律。结果表明:Realizable k-ε模型适用于超临界水的湍流模拟,颗粒在壁面的沉积规律受流场影响且与颗粒粒径密切相关;小粒径颗粒主要受流场作用,且与壁面的碰撞频率更高,而大粒径颗粒主要受自身重力影响,这种特性有利于颗粒集中沉积;热泳力对于小粒径颗粒的影响更明显。
    • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    地震及风-浪载荷作用下大型10 MW桁架与单桩风力机响应对比研究
    闫阳天, 岳敏楠, 李春, 牛凯伦
    2022, 42(9): 812-820. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.004
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    以某10 MW桁架式海上风力机为研究对象,基于p-y曲线和Q-z曲线描述柔性土壤与桩基间的相互作用,构建桁架及单桩风力机的有限元模型,研究2种结构在地震及风-浪载荷作用下的结构动力学响应及承载特性。结果表明:桁架及单桩结构在风-浪载荷作用下,塔顶做偏心往复运动;地震的作用导致单桩结构塔顶侧向扰动偏心更严重,但桁架结构扰动幅度更大且应力卸载更快;桁架结构相较于单桩结构更稳定,但需要对局部承载压力部分进行降载。
  • 新能源与储能
    带局部运动表面翼型的动态失速特性研究
    张馨艺, 孙晓晶
    2022, 42(9): 821-828. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.005
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    采用数值模拟方法研究了运动表面长度l、速度比k、凹槽深度h和运动表面的无量纲位置s对带局部运动表面的NACA0012翼型动态失速特性的影响,在相同工况下对比了带表面射流与运动表面边界层控制方法(MSBC)对动态失速的控制效果。结果表明:采用运动表面边界层控制方法能够明显改善翼型的动态失速特性;在最优参数组合(s=0.4、l=0.4、k=1和h=0.25 mm)下MSBC翼型的等效升阻比较原始翼型增大了57.10%;当耗能系数较低时,与带表面射流的翼型相比,采用MSBC翼型可以通过较少的局部能量输入,就能达到提高翼型气动效率的目的。
  • 新能源与储能
    槽式太阳能光热电站集热系统分区数对系统性能的影响
    韩建国, 王强, 刘向民, 王兴平, 杜宇航, 蒋志浩
    2022, 42(9): 829-834. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.006
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    以某50 MW槽式太阳能光热电站为模拟对象,依据电站的主要参数,建立槽式太阳能热发电系统模型,分析了集热系统分区数、回路数和储热时长对年净发电量和平准化度电成本的影响。结果表明:50 MW槽式太阳能光热电站的单回路中集热器数量以4个为最佳,最佳集热系统分区数为6,最佳储热时长为16 h。
  • 新能源与储能
    与燃煤电站耦合的压缩空气储能系统性能分析
    薛小军, 李云飞, 田煜昆, 彭程, 陈衡, 徐钢, 陈宏刚, 王修彦
    2022, 42(9): 835-842. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.007
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    为提高压缩空气储能系统的整体性能,以燃煤电站回热系统为基础,提出一种将压缩空气储能系统与燃煤电站耦合的方案。在储能过程中,采用燃煤电站回热系统的给水冷却压气机出口的压缩空气;在释能过程中,膨胀机入口的压缩空气被回热系统的给水加热,同时采用给水回收膨胀机排气的热量。以某630 MW燃煤电站为研究对象,对新型压缩空气储能系统进行了能量分析、[XC5A8KT.TIF]分析和经济性分析。结果表明:通过系统耦合,不仅可以提高压缩空气储能系统的性能,同时可以省去常规压缩空气储能系统的蓄热设备,耦合系统具有良好的可行性,其循环效率和[XC5A8KT.TIF]效率分别为63.28%和79.02%,动态投资回收期为7.06 a,净现值可达1 449.65万元。
  • 新能源与储能
    不同运行方案下AA-CAES系统性能分析及优化
    李鹏, 李国能, 苏航, 沈明轩, 胡庆亚, 韩中合
    2022, 42(9): 843-851. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.008
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    针对先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)系统储能方式与输出方式单一以及?效率低的问题,提出了不同输出方式和储能方式组合的4种运行方案,并对不同运行方案下系统参数进行了优化。从热力学和经济学角度出发,讨论了储能功率、储气室最大压比和压缩机进口空气温度对4种运行方案下系统性能的影响,并采用NSGA-Ⅱ算法,以?密度和年利率为目标函数对系统进行了多目标优化。结果表明:方案3的系统?效率和年利率最高,方案4的系统?密度最大;随着储能功率的增加,4种运行方案下的系统?效率和年利率升高,而?密度降低;随着储气室最大压比的增大,系统的?效率和年利率降低,而?密度增大;随着压缩机进口空气温度的升高,系统年利率和?效率降低,方案3和方案4的系统?密度增大,而方案1和方案2的系统?密度降低;方案1~方案4的最佳?密度分别为5.92 MJ/m3、6.73 MJ/m3、9.00 MJ/m3和9.84 MJ/m3,最优年利率分别为19.19%、16.04%、25.40%和21.25%。
    • 绿色低碳
  • 绿色低碳
    仿水滴形管式棒栅脱硫增效装置的冷态试验研究
    李路明, 李珺
    2022, 42(9): 852-856. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.009
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    提出了一种新型仿水滴形管式棒栅脱硫增效装置,并在脱硫试验台上进行了冷态试验,研究了该装置阻力与塔内气体流速、液气比和管栅间隙之间的变化规律。结果表明:仿水滴形管式棒栅脱硫增效装置的阻力随着气体流速和液气比的增大而增大,随着管栅间隙的增大而减小;在气体流速和液气比已知的情况下,可通过选取合适的管栅间隙将仿水滴形管式棒栅脱硫增效装置的阻力控制在500~800 Pa。
  • 绿色低碳
    基于CPFD方法的燃煤电厂烟气脱氯模拟研究
    李恒凡, 焦世权, 李玉龙, 郑子潘, 韩中合
    2022, 42(9): 857-864. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.010
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    为了降低锅炉尾部烟道内HCl质量浓度,减少废水的产生,将Ca(OH)2雾化浆液喷入尾部烟道,针对Ca(OH)2浆液脱除烟气中HCl的脱氯过程,以某330 MW锅炉尾部烟道为研究对象,基于计算颗粒流体力学(CPFD)方法建立脱氯过程中烟气与Ca(OH)2浆液间的传热传质模型及化学反应模型,分析了钙氯化学计量比、烟气速度、烟气温度、液滴温度、液滴粒径、浆液质量分数及HCl和SO2质量浓度对脱氯效率的影响。结果表明:随着化学计量比的增加,脱氯效率逐渐升高,但升高幅度逐渐减小;相同化学计量比时,烟气速度、液滴温度和烟气中SO2质量浓度对脱氯效率几乎没有影响,脱氯效率的变化在3.65%以内;烟气温度升高、浆液质量分数增大和HCl质量浓度减小都会降低脱氯效率;脱氯效率随着液滴平均粒径的增大先升高后降低,当液滴平均粒径为80 μm时,脱氯效率最高;在实际应用中,必须选择合理的化学计量比及液滴粒径和浆液质量分数,在提高脱氯效率的同时以防对尾部烟道及后续设备产生不利影响。
    • 综合能源系统
  • 综合能源系统
    多效率扰动下复杂热力系统能效分析与评价方法
    陈海平, 薛凯丽, 张衡
    2022, 42(9): 865-872. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.011
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    为探究各子系统分效率同时变化对总系统热效率的影响规律及其权重大小,以火电机组热力系统为对象,基于热力学第一定律,通过严谨的理论推演,导出多效率变化模式下的复杂热力系统能效分析与评价的计算模型。结果表明:当多个子系统或热力设备的分效率同时变化时,全厂热效率的相对变化率等于相关子系统或热力设备分效率的相对变化率之和。通过不同边界条件下的误差分析,验证该模型完全满足工程实际要求。
  • 综合能源系统
    计及碳排放成本的风光燃储综合能源系统规划
    韩旭, 周峻毅, 李奇, 吴迪, 李鹏, 韩中合
    2022, 42(9): 873-880. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.012
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    构建了一套耦合风光燃储网的冷、热、电三联供综合能源系统,以系统经济性和环境效益为优化目标对系统的设备和参数进行优化研究,得出了现行约束条件下的最优系统配置。结果表明:5种系统中,"风-光-燃-储-网"系统的年CO2排放量和系统总成本均最低;"风-光-储-网"系统消纳可再生能源的能力最佳,可再生能源渗透率为69.93%,但总成本为"风-光-燃-储-网"系统的159%;光伏价格和碳税价格与年CO2排放量呈反比,且当光伏降价比例达到40%后,其对年CO2排放量的限制作用不再突出。
  • 综合能源系统
    两级复合源热泵用于天然气膨胀发电系统的性能分析与优化
    徐啸, 张潇, 吴正勇, 邹磊, 方超, 芦丁豪
    2022, 42(9): 881-888. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.09.013
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    为降低天然气膨胀发电工艺中过高的预热能耗,在空气-土壤复合源两级热泵的基础上,提出了一种新型天然气多级膨胀发电系统。借助Matlab和Aspen Plus建立了系统的热力学与[XC5A8KT.TIF]分析模型,探究了不同工况下膨胀比和压缩比的最佳分配策略,最后以扬州某高中压门站为例,比较了新旧系统的性能差异。结果表明:与单级空气源和土壤源热泵系统相比,新系统年均净输出电能占比为0.799,分别提高6.55%和7.14%;年均热泵性能系数为5.46,分别提高20.31%和27.76%;年均[XC5A8KT.TIF]效率为48.9%,分别提高7.35%和7.93%。