热能动力工程

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• 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。