动力工程学报

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    基础研究
  • 基础研究
    超临界压力下二氧化碳在水平管内传热异常特性研究
    宿诗雨, 姜文全, 李琳, 石杰峰, 李洋, 杨帆
    2022, 42(12): 1167-1173. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.001
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    运用FLUENT软件对超临界压力下CO2在直径4 mm、管长1 000 mm水平管内的传热过程开展数值研究。首先分析了热流密度对传热的影响,发现在质量流量140 kg/(m2·s)条件下,上下母线将产生较大壁温差,使传热行为具有异常特性;其次对比和评价了2种浮升力准则,分析了压力对浮升力的影响;最后通过典型截面物性分布揭示了水平管上下母线不同的传热机理。结果表明:热流密度越大,传热恶化现象越明显,浮升力效应越强;BP判别式能更好地预测上述工况下的浮升力分布,且壁温差大小可反映浮升力的强弱;增大压力可使CO2的物性变化更加平缓,浮升力效应随着压力增大而减弱。
  • 基础研究
    板式扩散焊矩形微通道换热器中S-CO2流动与传热特性的数值模拟
    李洪, 任燕, 章立新, 高明, 刘婧楠, 杨其国
    2022, 42(12): 1174-1182. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.002
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    基于加工工艺便捷高效的板式扩散焊矩形微通道换热器,建立了以冷热直通道换热单元为研究对象的数学物理模型,研究了超临界二氧化碳(S-CO2)在不同边界条件和通道结构下的流动与传热特性。结果表明:随着雷诺数(Re)的增大,冷热直通道内的湍流增强,传热性能得到提升,流动摩擦阻力系数减小;与无格栅时矩形通道相比,格栅水平设置在矩形通道两侧时的扰流效果和传热性能最优,综合传热增强因子(PEC)相对最高,但与半圆形直通道相比其PEC仍有待进一步提高。
    • 动力设备与系统
  • 动力设备与系统
    可调节煤粉分配器的风粉两相流动特性数值模拟
    石全成, 吕为智, 周文台, 何翔, 汪鑫, 范卫东
    2022, 42(12): 1183-1190. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.003
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    针对燃煤机组风粉分配不均及浓度偏差大的问题,设计了一种风粉两相可调节煤粉分配器,该煤粉分配器通过在弯管处加装异型管,以改善风粉分配特性。对煤粉分配器开展了风粉两相流的流动特性数值模拟,研究了分离效率、压损及磨损、速度场、浓度场等的分布。结果表明:对于加装异型管的煤粉分配器,其磨损多发生在浓、稀相各分管中,阻力系数较小,可以使风粉分配偏差保持在10%甚至5%以下,实现一次风粉均匀分配, 保证机组运行的稳定性和安全性,符合燃煤机组灵活性改造的趋势。
  • 动力设备与系统
    导流板对火电厂烟道气动噪声特性影响的模拟研究
    黄汝玲, 李官鹏, 王兆阳, 安春国, 郭畅, 高明
    2022, 42(12): 1191-1197. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.004
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    针对某电厂引风机后烟道气动噪声问题,采用Fluent软件进行数值模拟,结合大涡模拟与FW-H方程研究管外监测点的气动噪声,分析不同导流板排布方式和数量对管外气动噪声的影响。结果表明:受管道截面面积增大的影响,烟气进入烟道后,靠近壁面处出现湍动能较高的区域,设置导流板可以提高流体分布的均匀性,降低弯管处的湍动能;当安装于第1节和第2节弯管内的2组件均包含2块导流板时,改造方案能够达到相对最佳的降噪效果,与2组件分别包含8块和6块导流板的原始烟道相比,气动噪声的平均总声压级降低了4.8%。
  • 动力设备与系统
    汽轮机转子等效应力的计算方法对比及预测分析
    李汪繁, 徐佳敏, 李思琦
    2022, 42(12): 1198-1205. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.005
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    为提高汽轮机转子应力在线监测的计算精度,系统梳理了转子应力场和温度场的简化算法。以某300 MW级汽轮发电机组高压转子为例,采用简化算法得到冷态起动工况下的应力场和温度场,并与有限元软件模拟结果进行对比分析,同时引入修正系数预测分析转子危险部位的等效应力。结果表明:对比有限差分法和解析法的简化算法结果与有限元软件模拟结果,两者的转子外表面温度和中心温度最大偏差均出现在起动初期,外表面等效应力在起动初期和后期存在较大偏差;采用基于交叉验证的支持向量回归方法预测应力时,与模拟结果吻合良好,可满足工程实践的精度需求。
  • 动力设备与系统
    平衡孔对轴流式透平气动性能影响的试验和数值研究
    钟主海, 孙奇
    2022, 42(12): 1206-1212. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.006
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    在3级空气透平试验台上,开展了变平衡孔面积对透平气动性能影响的试验研究。同时对试验透平级进行数值计算分析,研究了透平级性能随平衡孔面积变化的规律,并与试验结果进行了对比。结果表明:无平衡孔时透平效率最低,平衡孔直径小于25 mm,效率随平衡孔直径的增大而逐渐提高,但之后逐渐降低。计算得到的效率变化规律与试验结果吻合良好,平衡孔与隔板汽封漏气面积比为2~3时,效率最优。
  • 动力设备与系统
    重型燃气轮机结构完整性分析
    束国刚, 陈坚, 张晓毅, 范玮, 宋志强, 魏泽明, 吴宏
    2022, 42(12): 1213-1222. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.007
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    从确保重型燃气轮机结构可靠性和安全性角度综述了重型燃气轮机结构完整性分析内容与验证方法,基于材料失效模式与损伤机理进行了结构完整性分析以及转子和整机动力学分析、整机间隙设计分析,并系统性地介绍了燃气轮机主要部件结构完整性分析的内容和任务、燃气轮机结构完整性分析的试验验证方法以及某商业机组事故根本原因的分析,为燃气轮机结构可靠性和安全性提供了完备的评估方法和验证手段。
  • 动力设备与系统
    异形孔气膜在近壁涡流中的鲁棒性分析
    鲍阿美, 陈榴, 戴韧
    2022, 42(12): 1223-1229. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.008
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    在平板射流模型中,利用涡流发生器模拟叶栅流场中复杂的近壁涡流动结构,通过面平均冷却效率和气膜有效覆盖比的变化情况,研究扇形孔和猫耳孔在近壁涡流环境中的鲁棒性。结果表明:流向涡在气膜孔下游与反肾形涡掺混,抬升反肾形涡,造成气膜冷却效率降低;猫耳孔的反肾形涡更加稳定,不容易被流向涡卷起;吹风比为1.0~2.0时,扇形孔面平均冷却效率下降9.3%~12.9%,猫耳孔面平均冷却效率下降1.0%~2.7%;扇形孔气膜有效覆盖比下降14.2%~29.0%,猫耳孔气膜有效覆盖比下降1.9%~4.6%。在含涡流的复杂流动环境中,猫耳孔具有更好的鲁棒性。
  • 动力设备与系统
    旋流式喷嘴结构优化分析及试验验证
    浦承皓, 丁志伟, 沈远娴, 施栋
    2022, 42(12): 1230-1236. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.009
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    采用体积分数(VOF)方法开展旋流式喷嘴内部流场分析,并设计了仿真和试验方案,对额定压差40.8 kPa、额定质量流量11.38 kg/s、边缘喷雾角80°的某核电厂稳压器喷嘴进行了结构优化设计。结果表明:旋流式喷嘴内流场呈漩涡运动特性,旋水芯结构对喷嘴内压力和速度场具有决定作用;槽深是导致空心锥形喷雾的最关键因素,适当增加槽数、槽深和螺旋升角可优化喷雾角和雾化颗粒度,必要时增加补充流道可显著改善喷雾均匀性;喷嘴的流量和压差特性符合伯努利方程,试验结果与数值模拟结果吻合;采用数值方法进行喷雾特性精细化设计,可节省旋流式喷嘴试制阶段的试验迭代,为各种工业运用场合同类喷嘴设计提供思路。
    • 新能源与储能
  • 新能源与储能
    不同掺混比下气化多联供系统多场景决策分析
    闫志全, 顾新壮, 贾腾
    2022, 42(12): 1237-1245. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.010
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    以生物质原料为输入能源的气化冷热电联供系统可以助力于我国北方农村清洁取暖的开展以及"碳中和"等政策的实施。比较和分析了玉米芯、麦秸和树皮3种典型生物质原料在不同掺混比下对系统整体性能的影响,并以性能评估指标为参考,提出了不同场景下掺混比的决策建议。结果表明:掺混比为B=5∶5∶5时,最佳空气当量比为0.325,对应的冷煤气效率为79.65%;掺混比为B=1∶5∶1时,合成气热值最高,其值为4.691 MJ/m3;掺混比为B=1∶5∶10时,生物质原料消耗量最低,其值为20.1 kg/h,烟气余热和缸套水余热最大,分别为15.94 kW和17.6 kW,同时制冷量也最高,其值为6 kW;对能效要求高,且对价格不敏感的场景,推荐使用掺混比为B=1∶5∶10,其能源效率和[XC5A8KT.TIF]效率高达22.24%和15.44%。
  • 新能源与储能
    表面微沟槽对风力机翼型气动性能的影响研究
    牛志罡, 罗大海, 王子尧
    2022, 42(12): 1246-1254. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.011
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    采用数值模拟方法对表面纵向布置微沟槽的风力机翼型的气动性能进行研究。基于Transition SST模型,采用商用计算流体动力学(CFD)软件,研究了L型和V型2种不同类型的微沟槽的减阻效应,考虑了不同雷诺数和不同翼型条件下,表面微沟槽对风力机翼型升阻力特性的影响。通过对比升、阻力系数及表面摩擦力系数,探讨了风力机翼型表面微沟槽的减阻机理。结果表明:在最优的沟槽几何参数条件下,L型沟槽相比V型沟槽具有更好的减阻效果,DU翼型最大
  • 新能源与储能
    考虑叶片旋转与土构耦合作用的海上风电机组塔筒动态特性研究
    樊昂, 李录平, 欧阳敏南, 陈尚年
    2022, 42(12): 1255-1264. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.012
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    基于有限元软件Ansys对NREL 5 MW单桩式海上风电机组塔筒系统进行三维实体建模,分析了叶片旋转状态和桩基土构耦合作用对塔筒振动特性的影响。结果表明:考虑叶片旋转产生的离心力和离心刚度时,土构耦合作用会显著降低塔筒前两阶模态频率,其相对变化量分别为-31.68%和-31.74%,同时会增大塔筒瞬态位移响应,塔筒顶部在前后方向和侧向上的最大位移比底部固定约束时分别增大86.94%和46.59%;在叶片旋转与土构耦合共同作用下,塔筒等效应力显著增大,最大等效应力增大了57.38%,塔筒的一阶及二阶模态频率会在转速9.5 r/min附近与叶片1P转频产生共振点,而在额定转速以内不会与叶片3P转频产生共振。
    • 综合能源系统
  • 综合能源系统
    超临界二氧化碳压缩机进口干度与气动性能关联性分析
    周妙琴, 张靖煊, 黄伟光
    2022, 42(12): 1265-1271. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.013
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    运用数值模拟研究进口干度对超临界二氧化碳压缩机气动性能的影响,着重对比分析了不同进口干度时叶顶间隙流动的形态特征。结果表明:随着进口干度减小,超临界二氧化碳压缩机的最高效率点对应的流量增大,效率峰值升高,压比增大,喘振裕度增大;在设计流量及小流量工况时,效率随进口干度的减小而降低;在大流量工况时,效率随进口干度的减小而升高;当叶顶间隙为进口叶高的5%时,在相同工况下,进口干度越小,叶顶泄漏流越强,易形成"二次泄漏"。
  • 综合能源系统
    集中供热网蓄热式热电联产机组的综合热力学分析
    何烨, 李超, 高佳圣, 周艳
    2022, 42(12): 1272-1280. https://doi.org/10.19805/j.cnki.jcspe.2022.12.014
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    为了改善过饱和期的热量大量冗余的同时不饱和期的热量供给不足的问题,在某600 MW热电联产机组上集成了一个储能辅助循环系统,利用热饱和度和供暖偏差2个指标评价综合供热系统的热经济性,并对该系统进行全局能流分析以及局部区域供暖系统的㶲分析。结果表明:在不降低综合供热系统电力输出的情况下,该系统可将供暖的热饱和度提升到100%的同时使供热偏差降低0.98百分点;且室外气温越低,综合供热系统的优势越明显。