热能动力工程杂志

热能动力工程杂志2025年第7期

• 背腔射流对热声不稳定抑制的影响

  张力哲

  为了研究穿孔板、背腔及射流组合下射流参数对热声不稳定抑制效果的影响。通过数值模拟分析了不同射流角度、射流孔径及射流孔数情况下燃烧室内多点的振荡特性,将多点的抑制能力进行综合等效,分析三者对热声不稳定抑制效果的影响。发现热声不稳定受射流角度的影响最大,受射流孔数的影响最小；调节射流角度能解决因旋流器强干扰造成局部抑制效果差的问题和扩大射流抑制的范围；射流孔径的等效抑制能力随其的增加而减小,在同类型工况中射流角度为-10°、射流孔数为6个的等效抑制能力最强。将抑制最佳的射流角度、射流孔径、射流孔数进行组合可获得抑制最优的方案。

• 基于熔盐储热灵活性调峰调频的火电机组改进线性自抗扰控制设计

  陈彦桥,廖海燕,褚景春,卜钰,杨超杰

  针对火电机组热电解耦复杂、协调系统耦合严重和调频性能较差而无法良好应对新能源发电的电网波动问题,提出了一种基于熔盐储热辅助调峰调频的热电解耦改进线性自抗扰控制(ILADRC)策略：首先,将熔盐储热系统与火电机组结合,实现热电解耦,并采用熔盐储热辅助调峰调频；然后,在线性自抗扰控制(LADRC)基础上串联前馈补偿器,提出一种ILADRC,并提出基于分散控制系统(DCS)运行步长的参数整定方法,简化参数调节；进一步,采用李雅普诺夫第二法证明ILADRC稳定性；最后,以三种典型负荷工况为例,与比例积分微分(PID)控制对比,证明了ILADRC低负荷调峰、尖峰发电和供热性能方面的优势。此外,所提出ILADRC具有结构简单、DCS实现方便和参数整定简便的优点,具有很好的工程应用潜力。

• 采用高加抽汽改善AGC响应性能的动态仿真

  庞力平,闫帅军,李江平,段立强

  随着我国可再生能源比例的不断提高，火电机组在电网自动发电控制（Automatic Generation Control）调频和调峰中的作用愈发重要。为了提升机组的调频能力和经济性，利用Dymola(Dynamic Modelling Lab)平台建立并验证了某350MW超临界火电机组的动态仿真模型，针对高加抽汽节流参与电网调频过程进行了动态过程模拟，并进一步探究了汽轮机参与电网调频过程中高加抽汽调节阀门的动态特性。基于该模型，本文研究了改变高加抽汽量对调峰性能的影响。研究结果表明，调整高加抽汽量能够显著提高机组在AGC调频过程中的负荷响应速度，尤其是在升负荷过程中，能使机组升负荷速度从0.7%Pe/min提升至1.1%Pe/min更快速地响应负荷变化，提升机组的灵活性。然而，在降负荷过程中，尽管高加抽汽有助于提升响应速度，但会降低机组的稳定性。因此，在调峰过程中必须精确控制高加抽汽阀门的开度，减小蒸汽温度变化率，从而确保机组安全稳定运行。

• 涡流发生器在气膜冷却中应用的研究

  张力敏,栾一刚,何峥磊,杨连峰

  气膜冷却是一种经典的高温部件冷却方式,常用于燃气轮机的涡轮叶片冷却,传统的气膜冷却存在气膜贴附性不良的问题,在高吹风比下冷气容易吹离表面,进而导致冷却恶化。为了提高气膜的贴附性并增强冷却性能,本文提出了一种高效的涡流发生器,以简化的平板为研究对象,采用数值模拟的方法对不同宽度和不同高度的涡流发生器开展了研究。并且比较了圆柱气膜孔与成型气膜孔在涡流发生器影响下的性能差异。研究结果表明,涡流发生器能够抑制反向涡对的扩大与升高,改善主流与冷气的掺混,并且扩大气膜的覆盖范围,从而提高冷却性能。高度4.5mm的涡流发生器相比普通圆柱气膜孔能够使冷却效率提高34%,但当涡流发生器的高度增加到7.5 mm后,冷却效率降低了5%,而将涡流发生器由15 mm扩宽至30 mm,可以使冷却效率提高3%,因此低涡流发生器具有更良好的性能,而加宽涡流发生器同样可以获得冷却性能的提升。

• 基于贝叶斯神经网络的蒸汽管网流量预测及其不确定性研究

  王鹏,吴孟辉,牛振雨,朱阁红,周君洋,张凯

  蒸汽管网流量负荷的精准预测与不确定性量化分析是优化能源调度和保障系统安全运行的关键。针对传统预测模型存在的结构复杂度高、可解释性不足及不确定性量化不全面等问题，本研究提出一种基于贝叶斯神经网络与补偿预测的融合模型。该方法通过STL分解将原始负荷数据解耦为周期项、趋势项和噪声项，分别采用贝叶斯神经网络与GRU补偿预测模型进行多分量建模，并结合贝叶斯信息融合与不确定度合成方法，同步实现预测结果的认知不确定性和任意不确定性的动态量化。实验表明：相较于BP、LSTM等基准模型，本模型预测精度显著提升，均方误差和平均绝对误差分别平均降低2.50%和2.38%；在不确定性量化方面，通过认知-任意不确定性的分层解析与合成，其不确定度估计值的平均绝对误差控制在7.08%，补充了传统预测方法不具有的预测结果实时不确定性量化。结论表明该模型为蒸汽管网流量预测提供了兼具预测精度与可解释性的解决方案，同时其动态不确定性量化能力可为蒸汽管网流量预测结果提供可靠依据。

• 阵风下加装自适应弹片对垂直轴风力机气动性能影响

  潘雨润,缪维跑,李春,张强

  为应对现实环境中风速快速变化的阵风对垂直轴风力机功率稳定性与叶片结构寿命的影响,借鉴鸟类飞行时羽翼受来流风作用自适应抬起的特性,采用计算流体力学方法并结合自编译程序构建随机阵风模型,通过对比安装自适应弹片前后垂直轴风力机在稳态风与阵风下的能量系数、转矩变化及流场特征,探讨自适应弹片对垂直轴风力机气动性能的影响。研究结果显示：自适应弹片可抑制叶片表面分离涡的扩散以更好地适应变风速环境,同时增加叶片转矩以提高风轮做功能力；加装自适应弹片后,垂直轴风力机在低于1 Hz频率阵风中的性能均得到提升,但随着阵风频率增加,自适应弹片难以起到正向的控制作用,叶片表面流动分离提前,使得风力机整体气动性能有所下降。

• 光热电站平面旋转接头的磨损与熔盐泄漏特性实验研究

  孟兴成,陆蓓蓓,陈志,纪国剑

  建立熔盐循环回路实验平台对光热发电系统中的柔性连接平面旋转接头,进行了速度为0.0625 rad/s、旋转角度为180 °的磨损和泄漏实验,以探究不同磨损程度、熔盐温度速度以及螺栓预紧力对泄漏量的影响。结果表明:随着磨损次数的增加,旋转接头的旋转扭矩不断减小,并最终趋于稳定,在15000次后发生泄漏,熔融盐未与石墨填料发生化学反应,泄漏产物仅为熔盐与石颗粒构成的混合物；旋转接头的泄漏量大小与熔盐温度成反比关系,与Re成正比关系,旋转接头中螺栓预紧力的增大能有效减少泄漏的发生。

• 不同负荷下燃准东煤锅炉的NOx排放和炉内结渣特性研究

  刘振兴,张锡乾,杨宏伟,李虎,朱海峰,杨彭飞,王凯亮,李艳红

  准东煤由于其高钠钾特性，在燃烧过程中会引发锅炉结渣等问题，影响锅炉的安全稳定运行。本文以某燃用准东煤的330 MW亚临界四角切圆锅炉为研究对象，采用数值模拟的方法探究不同负荷运行下锅炉的NOx排放以及炉内结渣特性的变化规律。结果表明：负荷降低，炉内切圆直径先增大后减小，25% BMCR炉内气流刚度降低，切圆流动不明显。炉膛温度随负荷降低逐渐下降，25% BMCR主燃区平均温度下降近250 K，投入最下两层燃烧器比中间两层更有利于燃烧稳定。低负荷时炉膛出口处NOx浓度增加，但在屏式过热器和左右墙上炉内结渣强度有效缓解，50% BMCR时一次风喷口的投入方式对四周水冷壁灰渣颗粒沉积量影响较小。

• 高盐废水流速对管壁污垢热阻影响的实验研究

  陆威,高正,吴志根,张冠华

  为了探究高盐废水在管内结垢过程中流速对传热性能的影响,配制了模拟高盐废水,并搭建了污水管内流动换热实验台,对高盐废水在恒热流换热管中的换热特性进行实验研究。揭示了高盐废水在不同流速下管内结垢对流动换热的影响,并得到传热系数k、污垢热阻Rf、压降△P与工作时间的变化规律。实验表明高盐溶液在加热管道内运行产生的CaCO3污垢晶体可以划分为三个明显的阶段:污垢附着期、污垢生长期和污垢动态平衡期。高盐溶液的传热系数随流速的增加而增加,但是随时间的推移污垢热阻不断增加,高盐溶液的传热系数越来越低,流速越大降低的越快,当流速由0.56 m/s增大到1.22 m/s时,高盐溶液的传热系数100小时内的降幅从7.57%增大至9.47%,沉积速率增大了1.3倍。由于高盐废水本身具有快速结垢的特性,在低流速时,污垢在65h时达到平衡,随着流速的增加,污垢附着在管壁上达到稳定的时间也随之减少,剥蚀达到稳定的时间缩短了1/6。

• 火电机组耦合多级熔盐储热系统热力学性能研究

  韩旭

  提升燃煤机组灵活性，对解决大规模可再生能源并网问题具有重要意义。以某660MW火电机组为研究对象，提出了多种耦合熔盐储热的热力系统方案，以热耗、调峰深度等作为评价指标对比研究了不同耦合方案的热力学性能，确定了最优耦合方案。研究表明：储热阶段，除使用电锅炉加热熔盐方案(C3)外，其他方案热耗、煤耗均高于原机组；在释热阶段，使用熔盐加热除氧水方案(S2)的煤耗、热耗最低，当释热负荷为100MW时，方案S2热耗相比于原机组下降约6%，煤耗下降约10.25%。在调峰性能方面， C3方案、S2方案调峰深度最高，分别可以达到25.97%、3.25%。研究结果可为火电机组耦合熔盐储热灵活性改造提供参考。

• 基于波动特征提取和CNN-BiLSTM的短期光伏功率预测

  熊鹏飞,张赛,王宪军

  针对光伏发电的随机性、不确定性引起的输电并网不平稳问题，需要考虑光伏功率的波动特性对光伏预测的影响。将光伏波动参数和分形理论结合，提取了光伏波动特征，并利用LSTM模型中记忆单元存储该特征，采用K-means聚类算法划分出3种天气类型，最后以LSTM模型和CNN模型的单一和组合模型作为对比模型预测光伏功率，得到经过波动特征提取后的预测模型。以中国西南某地区光伏发电站为案例进行研究。实验结果表明：提取特征后的CNN-BiLSTM比未提取时在训练时间上降低30.13%，在平均了3种天气的预测效果下，已提取特征的BiLSTM、LSTM、CNN和CNN-LSTM与未提取时相比，MAE和RMSE至少下降了33.81%和42.66%，提出的波动特征提取方法可以提高光伏预测的精度和效率。

• 燃气轮机高速水力测功器转子系统振动分析

  张虞,廖鹏,陈波,肖焱毅,王军,袁野

  燃气轮机试验测试使用的水力测功器在运行过程中,主轴和转子所组成的结构系统受水流作用下,其固有频率会显著降低,增大了结构发生共振的风险。为明确该系统工作状态下的模态特性,从动力学基本方程出发,基于Donald/Burrill旋转体结构附连水计算方法,开展“满水”状态下结构系统的附连水质量计算,然后基于ANSYS Workbench仿真计算平台,开展系统前5阶干、湿模态分析,之后基于某随机载荷谱,开展了主轴和转子系统在无水和“满水”状态下的频率响应分析。模态分析计算结果表明,湿模态比干模态的固有频率下降超过20%,前3阶振型以主轴振型为主,4、5阶振型以叶片振型为主。频率响应分析计算结果表明,当激励频率接近系统固有频率时,应力响应和位移响应明显提升,结构存在共振现象。

• 面向按需供热多换热站水力特性研究

  甄箫斐,白永奇,张永恒,宋雨航

  对于老旧供热区域的改造，以往多依赖人为经验更换保温层，但无法满足用户热需求，且改造后管网运行能耗较高。本文聚焦于老旧供热区域,计算该区域用户所需热负荷,借助其他换热站及热源对该区域实施改造以补充热量,满足用户热需求。利用 MATLAB 对供热管网展开分析,研究如何合理为老旧供热区域补充热源。首先以经验确定补充热源接入点为参考,运用粒子群算法优化接入点选择。研究表明：在满足供热管网水力平衡的基础上,经粒子群算法选择的接入点改造后的管网,各个节点压头在凭经验选择的节点压头的10%以内,各管段流量在15%以内,可以满足用户所需的热负荷；同时降低了管段压降、减少了管网逆流的出现,降低了管网运行能耗。本研究为老旧管网改造在保障用户热负荷、降低运行能耗等方面提供了有益参考。

• 基于有机朗肯循环螺杆膨胀机热电联供技术的综合分析

  王建勋,蒋海涛,石红晖,郑相锋,谷建功

  为了提高能源利用效率，以“温度匹配、梯级利用、低温供热、高温发电”为基本原则，针对某厂供热用工业锅炉，提出了采用“基于有机朗肯循环螺杆膨胀机热电联供技术”进行改造的研究方案，本文介绍了该技术的热电联供系统原理，改造方案及运行方案，并与改造前工业锅炉供热进行了详细的经济性对比。结果表明:严寒期，在主蒸汽流量40t/h且相同的运行工况下，改造后系统新增总发电负荷0.99MW，供热负荷降低3.67MW。寒冷期，在主蒸汽流量30t/h且相同的运行工况下，改造后系统新增总发电负荷0.75MW，供热负荷降低2.7MW。初末期，在主蒸汽流量20t/h且相同的运行工况下，改造后系统新增总发电负荷0.50MW，供热负荷降低1.9MW。可见通过“基于有机朗肯循环螺杆膨胀机热电联供技术”改造后，经济效益显著。

• 涡轮叶片气膜冷效研究与叠加算法分析

  骆剑霞

  为获得真实叶片气膜冷效特性，采用压敏漆（PSP）技术测量了叶片表面单排气膜孔和全部气膜孔的叶身表面气膜冷却效率，并根据试验结果对sellers叠加公式进行了修正以提高工程算法精确度。试验工况：主流进口雷诺数为3.42×105，落压比为1.71，湍流度为6%，单排孔试验冷气吹风比为0.5、1.0和1.5，全气膜试验总冷气流量比为4.415%、5.361%和6.308%。试验结果表明：压力面气膜孔出口冷气先偏向叶顶方向，随后在主流的作用下沿水平方向流动；吸力面气膜孔出口冷气从扇形气膜孔流出后沿水平方向流动，高冷效区位于气膜孔下游；叶片前缘气膜孔冷气少部分流向压力面测，绝大部分流向吸力面侧；随着吹风比的增大，压力面与吸力面孔下游冷效先增大后减小；而前缘冷效不断增大。根据试验结果，对sellers叠加公式进行了修正，修正后计算结果与全表面气膜试验结果吻合较好，最大偏差不超过15%。

• 船用燃气轮机可倒车动力涡轮鼓风损失试验研究

  周宇凡,葛冰,仲兴华

  本文基于某型燃气轮机双层叶片可倒车动力涡轮，进行了可倒车燃气轮机的鼓风损失的变化规律及其与涡轮结构关系的试验研究。通过对可倒车动力涡轮的工作过程的分析及理论建模，建立了鼓风损失公式，开展了单动叶以及带上游静叶的鼓风损失测试试验，并通过加装进排气升降挡板改善了鼓风损失。结果表明：可倒车动力涡轮的鼓风损失成转速的三次方关系，在上游有静叶、开放叶轮、上下游均有挡板的情况下，鼓风损失功率依次减小、加装挡板后相较于开放叶轮工况可降低鼓风损失功率达5-8倍。

• 重型燃气轮机侧向进气道试验研究

  李晓晔,王啸宸,李宇红,任晓栋

  重型燃气轮机侧向进气道因其复杂结构，易导致较高的总压损失和出口旋流畸变，进而影响燃气轮机性能。本文通过试验手段探讨其流动损失和出口流场特性。利用粒子图像测速（PIV）与探针测量，获取了2.0kg/s、2.4kg/s、3.0kg/s工况下进气道出口的总压和气流速度分布，并通过数据对比验证了试验的可靠性。结果表明，尽管出口流场总体均匀，但局部存在反旋涡现象，最大气流角达10°；旋流畸变强度随流量变化不大，平均为0.07。总压损失与流量呈线性关系，其中边界层损失占比60%。主流区域的损失主要由支撑板尾迹和反旋涡引起。研究提供了高精度试验数据，为进气道设计优化和数值模拟验证奠定了基础。

• 考虑装配偏差的蒸汽发生器三维流动数值建模

  熊家楠,王鹏,李正罡

  本研究通过三维数值模拟与一维流阻模型的耦合数值建模（误差＜3.2%），建立了装配偏差影响下的核电蒸汽发生器流动特性分析方法。研究量化了波形板结构参数与装配精度对系统流动的耦合作用机制：板间距通过通流面积调控整体阻力，3mm间距较7mm基准工况导致速度提升2倍、压损可增加4倍，其±0.5mm装配偏差即可引发8.7%系统压损波动；倾斜角变化主要形成局部流动分离却不显著改变全局压损（影响幅度<5%）。关键发现表明，限流器的流场整流作用使波形板局部阻力变化以1.74倍传递系数放大为系统压损，这种非线性放大效应揭示了装配偏差对流动不确定性的显著影响。基于上述发现建立的"结构参数-局部阻力-系统压损"量化方法，可以为蒸汽发生器装配工艺优化提供理论支撑，实现装配误差影响从局部特征到系统响应的定量预测。

• 基于Informer和U-Net的换热器出口温度预测模型

  韦威浩,庄伟亮,宋涵,刘娇

  在工业生产、能源行业以及航天等领域中，换热器的出口温度对于机电系统的性能和安全性具有重要影响，然而机电部件在不同工况下运行时产生的热量差异使得预测换热器出口温度变得复杂。为解决这一问题，设计了一种基于Informer和U-Net的换热器出口温度预测模型InfUNet。模型中的概率稀疏自注意力模块通过稀疏化选择重要的注意力，有效捕捉关键特征并忽略次要信息，同时具有全局感受野和局部感受野。受U-Net架构的启发，提出了一种新型的时间序列特征提取模块，进一步提取局部特征并增强特征表达能力。设计并搭建了换热器系统实验平台，为了探究模型的泛化能力，在两次不同参数条件下收集传感器数据作为模型训练集和测试集。将InfUNet模型与Informer、LSTM、RNN和MLP四种预测模型进行了比较。实验结果表明，与基准模型Informer相比，InfUNet的RMSE降低了69.97%，MAE减少了71.06%，MAPE减少了70.00%，误差在-0.37℃到0.34℃之间，显示出明显的预测精度优势，并在突发工况和工况变化微小情况下对出口温度表现出更准确和更稳定的预测能力。

• 基于物理信息神经网络的中速磨煤机 动态模型参数辨识方法

  吴婷婷,任少君,朱保宇,司风琪

  高精度磨煤机机理模型是电站制粉系统安全、稳定、经济运行的关键。针对现有参数辨识方法存在精度低、计算耗时长等问题，提出一种基于物理信息神经网络（Physics-Informed Neural Network，PINN）的动态模型参数辨识方法。通过将物理约束融入数据驱动，提升参数辨识精度和中间变量预测能力。在660MW超临界机组工况下，构建PINN磨煤机参数辨识模型，并与非线性最小二乘（Nonlinear Least Squares，NLLS）及遗传算法（Genetic Algorithm，GA）的辨识模型进行结果对比分析。结果表明，在19400/100组样本条件下，PINN模型的平均相对误差分别为0.1%/0.16%，显著优于NLLS和GA。同时在中间变量预测方面PINN辨识方法展现出更高的精度，均方根误差（RMSE）分别为0.029kg和0.0297kg。此外，在计算效率方面，PINN辨识在小样本条件下计算效率最优，单次辨识耗时仅18秒。该方法在提升参数辨识精度的同时兼顾计算效率与中间参数预测能力，为复杂热力系统的高精度建模提供了新的思路和方法。

• 基于Kmeans聚类算法及Kriging插值算法的流场测试五孔探针校准数据插值有效性研究

  丁勤卫,许乔奇,赵晨,高楚霖,操郢,吴建飞,黄单

  为探究kriging插值算法应用于五孔探针试验数据插值的有效性,通过标准风洞试验,完成了燃气轮机流场测试专有设计五孔探针标定,获得了角度校准系数、总压及静压校准曲面,提出采用基于Kmeans聚类算法的kriging插值算法对校准数据有序化处理,并与基于最小二乘法的传统多项式插值结果比较,结果表明：在不同来流马赫数下、在整个气动特性试验角度范围内,探针角度校准曲线、静压及总压特性曲面均具有较高的几何相似性、对称性,且角度校准曲线网格方正,证明了探针加工质量较好,标定样本数据准确可靠；对于变马赫数特性下的校准数据三维插值,kriging插值精度优于传统多项式插值,但二者精度均较高,两种插值模型均可靠有效；对于定马赫数特性下的校准数据二维插值,传统多项式插值由于龙格现象在边缘点处误差较大、在内部点误差较小,kriging插值可以规避多项式插值的龙格现象,其在所有点处插值误差均匀且均接近0,精度优于多项式插值,验证了kriging插值算法应用于五孔探针校准数据插值的有效性。

• 燃气轮机燃烧室模化试验方法研究

  张国强,刘世铮,赵铁铮,程旭

  在燃气轮机燃烧室设计与研发过程中，为确定模化燃烧试验与设计参数之间的关系，本文在0～0.4MPa压力和550℃空气预热条件下搭建燃烧试验台，采用数值模拟和试验相结合的方式研究了模化参数对燃烧室总压损失系数、燃烧效率、火焰筒壁温及出口温度场的影响规律，并量化评估了总温探针对燃烧流场和温度场的干扰效应。结果表明，在所研究条件范围内，总温探针数量不多于5支、外径不大于14，且靠近燃烧室出口安装时，可有效降低测量干扰，确保温度场数据真实性；当模化压力高于0.3MPa时，模化压力对燃烧室性能无显著影响，其中，燃烧效率保持稳定99.99%、总压损失系数波动0.5%、OTDF变化仅0.1%，此时建立了火焰筒壁面平均温度和最高温度与仿真计算结果的拟合关系式；而当模化压力小于0.2MPa时，总压损失系数、燃烧室温度场均与设计工况偏差较大。本研究通过低压模拟实现了高压工况的有效表征，明确了0.3MPa作为模化压力临界阈值，可为燃烧室设计优化和试验测量方案提供有益参考。