热能动力工程杂志

热能动力工程杂志2026年第5期

• 基于翼缝-薄板联合控制的垂直轴风力机叶片气动特性研究

  欧华浩,缪维跑,李 春,刘苏扬

  叶片开缝是一种常见的流动控制技术,可用于改善垂直轴风力机气动性能。尽管开缝在低尖速比(叶片理论攻角变化幅度大),能够提升叶片气动性能,但在中/高尖速比反而因其结构特点加剧流动分离的发生。针对这一问题,提出利用翼缝与薄板相结合的方法克服传统开缝叶片缺点。通过正交试验设计得到最佳翼缝-薄板参数,并据此设计薄板控制策略,实现翼缝的开合与关闭。研究表明：所提的翼缝-薄板模型可有效增强迎风区叶片的转矩系数与压差,改善吸力面低速流动结构,使分离点后移,推迟流动分离发生,同时维持背风区受力稳定性；显著提高垂直轴风力机在所有尖速比工况下的气动性能,风能利用系数平均提升27.23%。

• 5MW风电机组主动气热法抗凝冻灾害试验研究

  李伟,安朝林,程海,江波,史仰泽

  在潮湿凝冻地区实现风能资源的精细开发有利于我国减污降碳战略实施，抵御风电机组凝冻灾害停运以提升机组发电量是最直接手段。文中针对云贵高原地区某风电场5MW机组和凝冻地理环境，构建了3台主动气热法抗凝冻灾害试验机组并实施现场试验，对比分析机组叶片的防冰过程和解冻过程，探索百米级叶片大型机组主动气热法抗凝冻灾害效果并开展叶片加热系统性能分析。在本试验中发现，5MW机组加热系统的解冻效果显著但在环境温度-2℃以下时叶片防冰效果不理想；机组叶片加热温度控制性能较好，抗凝冻灾害试验综合能耗对同期发电量占比不足8%，试验期间最大发电量提升到50000kWh以上。试验结果表明，在潮湿凝冻地区对百米级叶片大型风电机组实施主动气热法抗凝冻灾害具有技术可行性。

• 基于动力学模态分解的离心压气机气动噪声机理分析

  唐梓迪,吴则羲,张润泽,曹贻鹏,刘晨

  针对船用涡轮增压器高压比离心压气机的气动噪声问题，采用混合计算气动声学方法预测了压气机气动性能及气动噪声，并通过试验进行了验证。利用动力学模式分解（Dynamic Mode Decomposition，DMD）方法对非定常流场进行模态分解，基于特征模态流场揭示了气动噪声的产生机理。结果表明：DMD方法可以准确重构压气机非定常流场，分解得到的压气机流场模态频率与气动噪声峰值频率一致；各阶模态流场的相干结构可以反映气动噪声源特性，叶轮叶片和扩压器叶片的动静干涉、叶轮叶片和进气流的湍流干涉、叶轮叶片和蜗舌的动静干涉是主要的压气机气动噪声源。

• 单管燃烧室出口旋流对静叶端壁气膜冷却性能的影响

  吴帅波,戴韧

  为研究预混单管燃烧室的旋流分布规律及其对静叶端壁气膜冷却的影响，建立了一个简化的双旋流器单管燃烧室模型，数值研究了旋流器角度和火焰筒过渡管对单管燃烧室出口流场旋流特性的影响，并分析旋流数和旋流方向对第一级静叶端壁气膜冷却性能的影响。结果表明：高旋流速度区集中在出口截面的四周近壁区，而不是中心Rankine涡。旋流增大叶栅端壁区的入流攻角，改变了叶栅内二次流路径，主要破坏叶栅前50%区域气膜。与叶栅气流折转反向的旋流导致分离鞍点往压力面侧移动，促使马蹄涡过早卷吸气膜孔冷气，气膜冷却效率低于同向旋流13%。在涡轮第一级冷却设计中需要重点关注燃烧器旋流结构和方向。

• 船舶牵连运动下滚动轴承故障振动特性分析

  王亚萍,卢凯庭,段旭尧,李胜彪,陈映赫

  船舶实际航行时产生的滚动轴承故障样本量较少且获取困难，导致故障信号无法有效识别，本文提出了一种模拟船舶牵连运动的滚动轴承故障信号分析方法。根据建立的海浪模型及船舶动力学方程，利用船舶牵连运动的仿真模拟获取牵连运动轨迹；建立加入轨迹作为位移激励的轴承实验台动力学模型，选取振动特征指标；通过提取振动加速度信号特征指标，进行振动特性分析。结果表明:外圈故障的平均频率差值可达7.5%，滚动体故障的平均频率差值可达6.7%，部分相同指标不同故障稳定性较差。本文为识别牵连运动下有效特征指标选择与运行维护提供了理论支撑与实践参考。

• 基于电力大数据的“电-碳”模型及应用

  黄辉,胡海,曹芬,刘俊,李阳海,刘栗

  在日益严格的环保政策下，精确计量碳排放量对于电厂合理规划碳排放指标和推动绿色经济发展至关重要。传统的碳排放计量方法普遍存在精度不足、时效性差和高成本等问题。为此，基于某660MW超临界机组全年20万条实时运行数据，剔除异常数据后，采用最小二乘法，深度挖掘电厂碳排放与发电负荷间的数学关系，建立了一种“电-碳”模型，能够实现对电厂碳排放的高精度、低成本和实时预测。以二阶“电-碳”模型为例的计算结果表明，该模型在数据来源电厂两台机组上的平均绝对百分比误差（MAPE）分别为2.16%和2.53%，不仅能够实时动态预测电厂碳排放，也保证了很高的预测精度；同时该模型在非数据来源电厂机组上的MAPE仅为3.46%，具有非常好的跨电厂迁移能力。

• 基于热网储能的管网水力平衡调整策略研究

  薛清元,蔡蕾,王晓勃,马立荣,孙旭,于琦

  针对集中供热管网采用供回水旁通储热时易引发水力工况失衡，进而限制系统储能调峰能力与运行稳定性的问题，提出了一种面向水力动态平衡的优化控制方法。构建了包含连续性方程、动量方程及旁通扰动传播模型的数学分析框架，量化描述旁通管阻力特性对流量与压头分布的影响。基于PIPENET软件，建立了包含45个换热站的典型大型热网仿真模型，并设计了多类运行工况，提出了流量衰减率与剩余压头偏离率的计算方法。仿真结果表明，旁通扰动具有显著的非对称空间衰减规律。支管末端扰动局部强度高且上游传导明显，而中部节点扰动在上下游均有持续影响。多站协同旁通容易导致全网水力失衡。结合动态控制阀与变频泵协同控制的“邻近调节法”能将关键节点流量误差从3.31%降至0.70%，显著改善末端供热保障能力。本研究为储能调峰条件下大型集中供热系统的水力平衡优化提供了理论支撑与技术路径。

• 燃气轮机叶片式气液分离器数值模拟及性能研究

  刘晓刚

  基于欧拉—拉格朗日方法，本研究采用离散相模型（DPM）和欧拉壁面液膜模型（EWF），对三维叶片式气液分离器内部的气液两相流动特性进行了数值模拟研究。在原有30mm叶片间距基础上，对比分析了两种不同叶片间距（26mm、28mm、30mm、32mm）的气液分离器在不同进气速度下的分离性能。模拟结果表明：当叶片间距减小至26mm、进气速度为4m/s时，叶片壁面可完全捕集粒径大于6μm的液滴，对5μm液滴的分离效率也高达93.46%。然而，随着气流速度增大，该工况下的压降损失呈现非线性显著增长的趋势。此外，研究计算了不同工况下叶片壁面的液膜厚度分布。将壁面沿叶片划分为Wall1至Wall8共8个区域后分析发现：随着液滴进气速度提高，液膜在壁面上的主要分布区域呈现由Wall7向Wall5移动的规律。这反映了气液流动特性变化对壁面液滴沉积位置的影响。

• 垂直轴风力机三轮系统多参数耦合效应研究

  孙亚萍,寇力夯,乔加飞,王兵兵,褚景春,王永生

  VAWT风电场单位面积输出功率是HAWT风电场的数十倍，针对VAWT多轮系统开展多参数耦合效应研究十分重要。为此论文针对VAWT三轮系统，通过拉丁超立方抽样方法进行两台上游风力机的间距，上下游风力机的间距，系统宽高比，叶轮实度和叶轮旋向5参数的空间采样，利用三维CFD数值模拟，分析几何参数对VAWT三轮系统气动效率和流场特性的作用效果。结果表明:VAWT实度是影响VAWT三轮系统气动性能的主要因素，上游两风轮的间距L0对VAWT三轮系统气动性能影响最小；三个风轮的尾流逐渐合并，并慢慢增大横向范围，因此三轮系统的尾流亏损长度比单轮系统明显缩短；三轮系统尾流长度的减少导致其单位面积输出功率相较单轮系统提高25.51%。

• 深度调峰对燃煤机组脱硝系统运行的影响

  姜龙,宋云畅,尚曼霞,徐扬,杨雪婷,李德成,王卫华

  以某1000 MW燃煤机组为研究对象,通过现场试验检测、在线测点参数监控、数据补足、二次评价参数开发及评价等手段,开展不同负荷工况下脱硝系统运行状态及NOx排放特性评估。从脱硝反应器的NOx分布均匀性、在线测点监测代表性、氨逃逸率、硫酸氢铵的生成与沉积特性、脱硝系统阻力变化、脱硝运行经济性以及总排口NOx排放等方面,系统分析了深度调峰运行工况对脱硝系统运行的影响并丰富了现有脱硝系统运行评估手段。结果表明,随着机组负荷降低,脱硝反应器出口NOx浓度分布均匀性下降、在线测点代表性减弱、烟气温度降低等因素共同导致脱硝氨逃逸率和硫酸氢铵生成量增加,增加了脱硝系统运行阻力并提升了硫酸氢铵在脱硝及下游设备中的沉积风险；深度调峰工况下脱硝还原剂单耗最大、喷氨运行控制难度增加,总排口NOx排放浓度超标频次仅次于变负荷工况。深调运行给燃煤电厂机组脱硝系统的安全稳定经济运行、NOx达标排放带来新的挑战。

• 计及需求响应的综合能源系统容量配置优化

  余冬杨,黄德启,焦灿

  随着新能源的大力发展，风光发电时存在大量能源消纳不足，导致资源浪费。因此提出计及需求响应的综合能源系统容量配置规划方案。首先，构建综合能源系统框架，采用电热氢多元储能增强对风电光伏的消纳。针对系统中容量配置问题，设计双层规划模型。上层模型以系统等年值成本最小化为目标函数，保证系统经济性；下层模型以弃风弃光率最小化为目标函数，保证风电光伏的消纳。上层模型采用多策略改进的蜣螂算法进行求解，下层利用Cplex求解器进行求解。最后，通过改进改进算法与其他算法在系统经济性和消纳方面进行对比，证明了改进方法的可行性和有效性；同时系统中加入需求响应模型后对系统经济性和消纳方面进一步提升。

• 垃圾焚烧智能优化控制系统应用研究

  王延涛

  生活垃圾由于其成分复杂,存在焚烧热值波动大的特点,造成焚烧过程运行控制难度大等问题。利用机器学习等智能算法和燃烧图像视觉分析技术,建立关键运行参数预测模型和燃烧工况实时诊断,结合垃圾焚烧技术工艺构建了垃圾焚烧关键设备的控制模块,形成了垃圾焚烧智能优化控制系统,实现燃烧过程的超前调控,解决现有焚烧过程调控手段滞后和适应性差的问题。以650t/d垃圾焚烧炉为测试对象,结果表明：智能控制系统相比于纯人工操作,可以显著提升运行参数的稳定性,参数目标值与实际值平均偏差降低25%以上,标准差降低了超过20%,同时控制系统明显降低人工操作频次达92%以上,显示出该控制系统良好的应用效果,为垃圾焚烧炉智能化控制提供了解决方案。

• 可倾瓦轴承动态力测试试验研究

  薛睿超,韩天尧,刘壮

  为了更精确的测量可倾瓦轴承动态力，本文从实际工程应用出发，针对船用齿轮高速重载特点，开展轴承动态力测试技术研究，首先，针对试验台的机械传动系统、加载系统与数据采集分析系统进行设计选型，完成了试验台功率形式、扭矩加载方式和传感器的选型，搭建测试系统，支撑轴承动态力试验。其次，进行测试与数据处理，测得轴承动态力。最后，利用MASTA软件建立由齿轮、轴承和箱体组成的动力学模型，进行谐响应分析，得到轴承动态力仿真计算结果，测试结果与仿真结果误差平均值为9.31%。为齿轮动态特性研究提供有力试验支撑，对实际工程应用领域提高传动装置减振降噪能力具有一定的指导意义。

• 基于CFD-DPM耦合的光伏阵列颗粒沉积特性及优化研究

  张淑秘,李志文,陆继凤,李鑫蕊,刘潇阳,石铎,李英博,王玉雪

  为解决光伏阵列表面颗粒沉积导致的发电效率衰减问题，研究以长春某光伏阵列为对象，揭示多因素对沉积特性的耦合影响机制，并提出兼顾低沉积率与高发电效率协同优化方案。研究构建了计算流体力学（CFD）与离散相模型（DPM）耦合的三维仿真模型，结合正交试验系统分析了风速、颗粒粒径、阵列排间距及倾斜角度等多参数的耦合作用，基于不同参数组合利用PVsyst平台进行发电性能验证并提出了协同优化策略。研究结果表明：各因素对沉积率影响的主次顺序为粒径、排间距、风速、倾斜角度，其极差分别为1.03、0.54、0.49和0.45；优化参数组合（风速5.2m/s、粒径2.5μm、排间距5.0m、倾斜角30°）可使沉积率降至0.0149%；进一步分析研究发现，尽管该组合具备最低沉积率，但兼顾光能捕获的倾斜角41°方案（排间距5.0m）年发电量最优达14145kWh。研究首次将排间距作为关键变量引入CFD-DPM三维仿真模型,系统分析多因素对颗粒沉积特性的耦合影响。揭示了环境参数与结构设计的交互作用机理，为光伏阵列抗沉积优化及高效运维提供了理论依据与工程参考。

• 燃煤锅炉掺烧氨气对燃烧和NOx排放影响的数值模拟

  曹杨洋,张  涛,乐家锦,邵亚丽,宋  涛

  氨（NH3）具有零碳燃料属性，绿氨掺烧是煤电低碳化改造重要途径之一。在大规模应用NH3燃料之前，如何高效清洁的进行氨煤混燃已然成为国际热点问题。目前国内氨煤混燃的研究还集中在单个燃烧器以及中小型实验平台上，对实际大型燃煤锅炉电站组织氨煤混燃缺乏指导意义。为了研究在大型燃煤锅炉中组织氨煤混燃对燃烧以及污染物排放的影响，借助Ansys Fluent软件作为数值模拟平台，采用数值计算方法，开展了国内某1000 MW前后墙对冲燃煤锅炉掺氨燃烧特性研究，首先，在基于输入炉膛总热量不变的前提下，考察了在氨煤混燃比为30%时，氨气从不同位置喷入（中心风、一次风、内二次风和外二次风），以及在氨-煤燃烧不同比例（5%至50%）下对煤粉炉掺氨燃烧特性及NOx排放特性的影响规律。结果表明:氨气从中心风喷入的掺烧方式相较于从一次风、内二次风和外二次风喷入的方式会提升氨着火稳定性，同时炉膛出口NOx较其它位置排放最低仅有2311 mg/m3，且氨气从中心风管喷入炉膛对锅炉原始燃烧系统影响最小；随着在中心风氨气掺混比例的增加，炉膛出口处NOx呈现先上升后下降的趋势；同煤燃烧相比，氨燃料引入的燃料氮产生的NOx对NOx排放值起决定性作用，煤掺氨燃烧方式下抑制NOx的生成关键在于控制氨向NOx的转化。最后，提出了通过缩小氨喷口以提高氨喷入速度的整体燃烧器调整策略，模拟结果表明提高氨气喷入速度可有效控制氨向NOx的转化，NOx排放最高浓度从2538 mg/m3降低至1195 mg/m3，下降幅度达52.92%，NOx排放最低浓度从683 mg/m3降低至410 mg/m3，下降幅度达42.79%。本文的研究为燃煤锅炉掺氨燃烧改造提供理论指导。

• 交错隔板下卧式熔盐储热罐换热特性研究

  石丰瑜,朱志伟,李凌

  为解决大型卧式熔盐储热罐因热分层效果较差导致的热效率下降问题，提出了一种内置交错纵向隔板的结构。与传统卧式储热罐相比，该结构能主动重构熔盐流动路径，改善热分层稳定性，有效提升换热效率。进而对隔板数量、间距和长度对换热性能的影响进行了研究，结果发现：增加隔板数量可改善分层，但其性能提升的幅度会随之减小；减小隔板间距可有效抑制回流涡，从而降低斜温层体积。在本文研究参数内：隔板数量6块、间距150 mm、长度3800 mm时储罐换热性能最优。在此优化条件下，储热罐的放热效率相较于无隔板设计提升了9%。

• 风冷电动振动台垂直和螺旋气道流场及散热性能对比研究

  府晓宏,陈林,瞿磊,朱明刚,杨铁军,刘志刚

  为了改善风冷电动振动台的性能，在风冷电动振动台传统垂直气道的基础上构建螺旋型气道结构。以一台10kN单磁路风冷电动振动台作为研究对象，进行两种气道结构的流场模拟和散热试验研究。流场模拟结果表明，与垂直气道相比，螺旋气道内冷空气在相同压差下形成了螺旋形流场，从而延长了冷空气的热交换路径、冷空气在整个振动台发热部件的停留时间更长，而且流动更加均匀。带来的好处是换热会更充分，对振动台发热部件的冷却效果会更好。两种气道结构的散热试验验证了流场分析的结果，相比传统垂直气道，螺旋气道显著地提高了对振动台发热部件的冷却效果，其中动圈温度平均下降了2.75℃，励磁线圈处的温度平均下降了20.66℃，出风口温度则平均上升了5.29℃。本文研究结果为现有风冷电动振动台提供了一个提高冷却效率的可行方案，为风冷电动振动台性能的进一步提升奠定了基础。

• 超临界二氧化碳-熔融盐换热器流动传热特性研究

  胡欣欣,姜华,张嬿妮

  为探究超临界二氧化碳与熔融盐在高温工况下的流动与传热特性,以超临界二氧化碳与三元熔融盐(NaCl–KCl–ZnCl?)为工质的管壳式U型管换热器为研究对象,基于相似性原理对原型换热器进行模化设计,并采用数值模拟方法研究两侧不同入口温度和质量流量对管内壁温及表面传热系数分布的影响规律。结果表明：提高熔融盐入口温度可通过降低工质粘度显著增强流动与传热,能有效提升管内表面传热系数与壁温；超临界二氧化碳质量流量对沿程表面传热系数影响较为显著,质量流量增加约90%时,1.5 m长度处的平均管内表面传热系数增大了53.2%。本研究揭示了两种工质在关键运行参数下的流动与传热规律,为后续高温换热器的运行参数优化提供理论依据。

• 壁面型腔单气泡演化行为对流动沸腾换热特性的影响

  王华顺,徐宏波,张国涛,汪辉兴,王孝义

  流动沸腾因兼具相变潜热与强制对流作用而表现出优异的换热性能。为揭示壁面型腔单气泡生长演化行为对通道流动沸腾换热特性的影响，基于相场法与相变函数模型，探究了热流密度、质量通量和型腔微构型对气泡成核、生长与脱离过程的影响规律，进一步分析其对流动沸腾换热性能的调控作用。结果表明，随着热流密度增大，气泡生成周期缩短、脱离频率提高，通过强化近壁面的流体扰动增强了沸腾换热能力；增加入口质量通量能促进气泡快速脱离与再生成，当质量通量从10 kg/(m2·s)增至150 kg/(m2·s)时，对流换热系数提升了52.88%，进一步阐释了质量通量是影响流动沸腾换热性能的关键因素；鱼尾形型腔凭借其渐扩口几何特征更有利于蒸气核稳定扩张并加速气泡颈部收缩，气泡生成周期短，对流换热系数较梯形、矩形和三角形型腔分别提升了1.31%、4.70%和6.26%。

• 高马赫数高压比单级离心压缩机模型级设计

  李艺雯,卢傅安

  随着工业领域对高马赫数高压比离心压缩机的需求攀升，开展单级离心压缩机模型级设计研究具有重要的理论研究意义与工程应用价值。采用数值模拟和试验测试相结合的方法，创新性的应用了分流叶片叶根、叶顶周向非对称偏置优化及“水滴形”扩压器，开发并验证了机器马赫数1.46、流量系数0.108、单级压比3.9的离心压缩机模型级性能。研究结果表明，分流叶片采用叶根、叶顶周向非对称偏置优化设计可以有效提升全工况范围内叶轮性能，设计点叶轮出口等熵效率由分流叶片周向不偏置时的89.5%增加到90.3%，总压比由4.39增加到4.48。“水滴形”扩压器可充分利用康达效应，在短距离内减速增压的同时抑制流动分离，相比于常规翼形扩压器具有更好的变工况适配性。模型级性能试验测试结果表明，在设计点整级压比为3.92，稳定运行工况范围为80%~110%，满足设计要求。

• 太阳能光热利用系统不同储热材料的适用性评价

  谭川江,韩国强,赵卫东,李旭光,刘绍东,荣少杰,高祥凯,严祯荣

  在“双碳”目标和“双控”制度下,太阳能光热利用技术具有低碳化技术优势,是能源低碳转型的重要清洁能源技术,而储热子系统的储热材料选择直接影响系统效率。考虑系统设备投资和运营成本等影响因素,以两小时连续输出(场景一)、清洁能源渗透率60%(场景二)和24小时全天候连续输出模式(场景三)为应用场景,分析论证四种储热材料在三种场景适用性。对于相同的输出功率和储热系统温度,在场景一中,熔盐储热成本中最低,相变材料储热次之；在场景二中,熔盐储热成本最低,混凝土储热次之；在场景三中,混凝土储热成本最低,熔盐储热次之；面对四种储热材料,场景一的初投资成本最低,场景三的初投资成本最高；在场景一和场景二中熔盐储热的平准化单位热量成本(LCOE)最低,面对三种场景,相变材料储热和导热油储热的LCOE都比较高；熔盐储热在场景一和场景二中显示较好的经济性,具有相对较短的静态投资回收期；随着储热时长的增加,四种储热材料的投资回收期显著延长。综合考虑初投资、运营维护成本、LCOE和静态投资回收期适用性评价指标,熔盐储热在技术经济性方面更具优势。