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中国电机工程学报 2010年第05期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志工程热物理

无网格数值求解方法1-10

摘要：无网格方法是近年发展起来的一种新的数值计算方法,根据近似函数构建方法和微分方程离散方法的不同,可以构建出许多不同的无网格方法。该文简述了无网格方法的理论基础 介绍近似函数的构建方法和微分方程的离散方法,并以移动最小二乘近似方法为例,分析了权函数和形函数的特征。分析结果显示：径向基函数和点插值法均具有δ函数属性,但计算稳定性差 移动最小二乘近似函数不具有δ函数属性,但计算比较稳定 无网格方法中的3种离散方法不同之处在于：配点法不需要积分,计算量小,计算稳定性差 Galerkin方法需要借助背景网格进行积分,它不是真正的无网格方法 Petrov-Galerkin方法,是一种真正的无网格方法,它需要对每个子域进行积分,计算工作量较大。

燃烧器材料的热物理性质对微尺度催化燃烧的影响11-16

摘要：催化燃烧可增强微型燃烧器的工作稳定性。对石英玻璃、刚玉陶瓷、紫铜3种不同材料制作的微尺度催化燃烧器,在0.12～0.36L/min、当量比浓度下进行实验比较。利用贵金属Pt为催化剂,石棉为催化剂载体,氢气/空气预混气体为燃料。实验结果显示,催化燃烧器具有很高燃烧稳定性。使用数值模拟观察燃烧器内部燃烧过程。模拟结果显示石英玻璃和刚玉陶瓷燃烧器存在明显的热点,其在0.12L/min时分别达到约1475K和1427K,而紫铜燃烧器内部的温度较低,一般不超过1200K,且分布均匀。对燃烧器散热分析发现,导热率较低的材料反而散热较高,如石英玻璃燃烧器散热在0.12L/min时高于紫铜燃烧器2.61W。由于不同燃烧器中的反应模式不同,石英玻璃和刚玉陶瓷中主要为气相反应,紫铜燃烧器中主要为两相反应,因此产生上述现象。

兖州煤气化半焦表面官能团特征试验研究17-22

摘要：为揭示煤气化过程中煤焦结构的变化规律,在管式炉中分别在不同温度（300～1000℃）下制取了兖州煤半焦,并采用傅里叶变换红外分析获得不同气化条件下样品的红外光谱,测定兖州煤颗粒表面官能团。实验结果表明,煤的脂肪族构成有限,导致煤低温气化生烃能力较小,而高温气化下芳香结构的裂解和缩合协同效应提高了半焦富氢程度 低温时脂肪结构和芳环结构都不受影响,随着温度的升高,原始脂肪结构首先脱落,当温度较高时芳环才开始开链成脂肪结构并逐渐脱落 CO2参与气化反应,介入酚、醚、醇、酯的C=O基官能团中,影响气化半焦的富总氧度。

均相汞氧化的化学动力学耦合流体动力学数值模拟23-27

摘要：探讨了利用CHEMKIN4.1与FLUENT6.2软件耦合预测烟道中气相汞氧化过程。根据气相汞的氧化模型,结合CHEMKIN的敏感性分析方法对Hg0氧化化反应机制进行了分析,得到与汞氧化关联度高的反应。对烟气中不同Cl2和HCl浓度下汞的氧化进行了数值计算,模拟获得了汞在三维圆柱烟道内的浓度分布以及温度对汞氧化的影响规律,并与相关的实验结果进行了比较。结果表明：耦合计算很好地解决了计算流体力学（computation fluid dynamics,CFD）与复杂反应动力学机制结合的问题,少量Cl2对单质汞氧化的促进作用明显优于HCl,单质汞氧化率较高的温度窗口集中在950～1150K。

活性炭纤维脱除烟气中气态汞的试验研究28-34

摘要：选用活性炭纤维样品ACF-1,分别进行了浓硝酸湿氧化、部分脱附和空气氧化处理,获得样品ACF-N、ACF-N-D和ACF-A。对ACFs样品进行了表面特性的表征,包括氮分子吸附（77.4K）和X射线光电子能谱分析。以ACFs为吸附剂分别在氮气气氛和模拟烟气组分2种条件下,进行了气态Hg0吸附实验。改性后的ACFs其吸附性能均得到不同程度提升。从ACF孔径分布、表面含氧官能团的种类及数量考察其与ACFs吸附活性之间的关系。由于C=O、COOH基团具有较强氧化性,可作为氧化吸附汞的活化中心 而ACF表面的微孔结构可能作为接收电子的电极参与到Hg0的氧化过程中。因此,微孔容积的增加,ACF表面C=O和COOH含量增加,都将有助于提高ACF的汞吸附能力。

不同氧浓度下城市污泥燃烧特性及动力学分析35-40

摘要：通过热重分析研究了污泥在不同氧体积浓度下（20%、30%、50%、70%、90%）的燃烧动力特性。研究表明氧浓度对污泥燃烧的影响发生在氧浓度≤50%且温度高于380℃的范围。在氧浓度影响范围内,随着氧浓度增大,微分热重曲线逐渐向低温端偏移,最大反应速率增大,其对应温度减小,燃尽温度减小,综合燃烧性能提高。燃烧动力特性分析表明,提出的污泥燃烧连续动力学模型适用于不同氧浓度,模型结果与实验结果吻合较好,并分析指出反应级数n、活化能E和指前因子A均不受氧浓度的影响。

壁面滑移条件下水煤浆的流动阻力和减阻特性41-48

摘要：在中试规模的浆体输送装置上进行水煤浆直管流动阻力试验,在壁面滑移特性和流变特性分析的基础上,将水煤浆管内流动划分为3种形态,并重点研究了浓度、温度、煤粉粒径、管径和流动形态对流动阻力特性和减阻特性的影响。结果表明：当各因素变化时,流动阻力的变化通过改变流变特性和壁面流动条件实现 各因素对摩擦阻力系数和减阻率的影响规律取决于浆体所处的流动形态 在同一流动形态范围内,不同的浓度、温度、煤粉粒径或管径下,滑移减阻率随流速的变化规律具有相似性。

电容层析成像技术应用于冰水两相测试研究49-53

摘要：采用电容层析成像（electrical capacitance tomography,ECT）方法研究冰水两相系统中冰在水中的运动和冰锋面的移动等。研究过程中,先采用传统的闭合电极电容层析成像传感器,即电极布置于被测管道某一截面的外侧一周,得到被测截面的冰-水分布,以及冰在水中的运动轨迹。之后,为研究冰锋面的迁移情况,针对测试件的特殊结构设计了新型非闭合电极电容层析成像传感器,即沿容器高度上布置了几组电极,每组电极两两相对。当冰锋面浸没过某一对电极时,该对电极电容值迅速减小,因此采用这种布置方式可以获得冰锋面的运动。采用电容层析成像这种非接触测量方式可以获得冰在水中的移动及冻结情况,为进一步研究冻土中的复杂现象提供新型测试手段。

中国电机工程学报杂志热能工程

整体煤气化联合循环系统中废热锅炉特性研究54-58

摘要：废热锅炉包括辐射废热锅炉（radiant syngas cooler,RSC）和对流废热锅炉（convective syngas cooler,CSC）,它是整体煤气化联合循环（integrated gasification combined Cycle,IGCC）系统中的高温冷却单元,可回收气化炉出口粗合成气热能,以提高系统的效率,所以研究IGCC系统中废热锅炉的特性是很有意义的。该文利用ThermoFlex软件建立200MW级IGCC系统模型,从系统效率角度出发,首先研究对流废热锅炉出口合成气温度对IGCC系统性能的影响,然后研究废热锅炉产生不同蒸汽参数对IGCC系统性能的影响。结果表明：随着对流废热锅炉出口合成气温度的提高,系统的发电功率和效率下降 废热锅炉产生过热蒸汽的系统效率优于产生饱和蒸汽的系统效率,废热锅炉产生高压蒸汽的系统效率优于产生中压蒸汽的系统效率 综合考虑造价及其系统效率的影响,推荐最佳的蒸汽参数方案为辐射废热锅炉和对流废热锅炉均产生高压饱和蒸汽的系统。

气化炉辐射废锅内多相流场和温度场的数值模拟59-65

摘要：通过直接数值模拟的方法对实际气流床煤气化辐射废锅内三维多相流流场和温度场进行了模拟。连续相流场采用Realizablek-ε湍流模型求解,而颗粒相采用基于随机过程的随机轨道模型,并采用双向耦合算法计算两相间的相互作用。温度场计算肘基于灰气体加权和模型与离散坐标法相结合的方法求解热辐射方程,同时考虑了煤渣颗粒的热辐射和散射影响,利用Ranz-Marshall关系式计算气固相间对流换热作用。结果表明：辐射废锅顶部存在一火炬状入口射流,其长度随中心流道的缩小而缩短 辐射废锅顶部、底部以及入口射流周围各自存在不同形状回流区 整体温度随鳍片水冷壁面积的增加而降低,但鳍片宽度过大可能造成水冷壁灰渣沉积堵塞 不同水冷壁布置方式的计算结果与实际测量值基本吻合。

自然循环热水锅炉水动力回路分析法66-70

摘要：水动力计算都依据《热水锅炉水动力计算方法》,不足的是这种方法不能准确确定每根单管的工质流量,且不能准确确定工作点。为了避免其不确定性,研究得出了一种数值水动力计算方法即水动力回路分析法,简称回路分析法。该方法考虑了各种因素对锅炉本体每根管内工质流量的影响,在其热负荷、结构参数和工质流动阻力系数给定的条件下,可以准确计算出每根单管内的工质流量。在相同的参数条件下,分别用标准法和回路分析法对某单一循环回路的水动力特性进行计算,计算结果验证了水动力回路分析法的正确性。然后分别用标准法和回路分析法对一台自然循环热水锅炉的水动力特性进行计算,结果表明水动力回路分析法更准确并可接受。

先进型沸水堆核电机组热经济性矩阵分析方法71-75

摘要：根据先进型沸水堆（advance boiling water reactor,ABWR）核电机组热力系统的结构特点,基于热力系统等效热降分析方法和矩阵方法,确定其主、辅系统的划分原则以及辅助汽水成分划分原则,对先进型沸水堆各种汽水成分进行归并处理,构建表达规则的先进型沸水堆核电机组汽水分布方程填写规则,推导出适合先进型沸水堆核电机组热力系统热经济性分析的通用矩阵方法,并给出该类型核电机组辅助汽水成分对热经济性影响的表达方式。该矩阵全面反映了先进型沸水堆核电机组热力系统主系统和各种辅助系统对机组热经济性的影响状况,每个子矩阵物理意义明确、规律性强,可使先进型沸水堆核电机组热力系统的整体计算和局部分析变得清晰、简单,适合于计算机程序化,并通过实例对该方法进行了验证。

阵列式静电传感器灵敏场分布特性76-82

摘要：粉体的气体输送过程中,颗粒的荷电包含了粉体速度、浓度及颗粒尺寸等大量信息,阵列式静电传感器是获取这些信息的重要手段,但由于静电传感器灵敏场的非均匀性,流型变化会给测量造成较大的误差。该文基于点电荷思想建立了阵列式静电传感器的三维静电场数学模型,并应用有限元法系统地分析了阵列式静电传感器的结构参数（包括电极的长宽尺寸、屏蔽罩的长度和半径,绝缘管道的厚度等）对传感器灵敏场分布特性的影响。最后结合理论分析和实验,证实了模拟结果的准确性,从而为实现阵列式静电传感器的优化设计提供了理论依据。

单双级引射混合式低压加热器特性实验研究83-86

摘要：通过实验研究比较了单级引射和双级引射混合式低压加热器的加热特性,结果表明在0.28MPa进汽压力下,双级引射和单级引射相比,引射系数提高了120% 单级引射的出口水温随进口水温的升高变化较为明显,但整体出口水温较低,仍达不到要求 双级引射的出口水温随进口水温的升高几乎没有变化,但出口水温较高,均在100℃以上,可以满足电厂低压加热器大气除氧的要求。双级引射器在综合性能上比单级引射器要好,因而对加热温度要求较高的情况,可以采用双级引射。

加填料饱和器传热传质模型研究87-91

摘要：从水气之间的传热传质原理入手,引入水膜模型,建立加填料饱和器的数学模型。将模型的计算结果与实验结果进行了对比,验证了加填料饱和器数学模型的正确性。应用该数学模型分析了压力变化对加填料饱和器传热传质的影响,同时讨论了沿加填料饱和器高度方向的传热传质过程。研究发现,随着饱和器内工作压力的增大,饱和器出口空气更容易达到饱和,但空气的绝对湿度降低了 并且在整个传热传质过程中,质量一直从水膜传向空气主体,而热量的传递方向则有可能发生改变。

中国电机工程学报杂志动力机械与工程

矩形扩压通道内流动控制的实验与数值研究92-99

摘要：采用粒子成像测速技术和大涡模拟方法对带有涡旋射流的矩形扩压器分离控制的流场进行了实验和数值分析,数值计算结果与实验数据吻合良好。通过分析实验和计算得到相关截面速度和涡量分布,讨论了涡旋射流的二维涡结构 同时应用三维涡识别技术获得了射流产生各种涡旋结构的流动形态,重点研究射流流向涡结构的生成、发展等动力学演化过程。结果表明：射流剪切层涡系的结构随着时间推移从涡卷演化为了涡环 射流孔口前缘的马蹄涡系具有较强的稳定性,反向涡对具有明显的时均特性。此外还通过对比射流控制前后扩压器表面压力系数、分离区长度、扩张段流动形态及观测点功率谱分析等多种方式探讨了射流控制流动分离的控制效果,并指出射流在下游远场形成的纵向涡旋将主流流场边界层外的高能流体卷入到边界层内,增加了边界层内部的流动能量,从而延缓或抑制了流动分离。

基于线性与非线性模型的水轮机调速器PID参数优化比较100-106

摘要：分别推导出了基于线性模型和非线性模型的水轮机调节系统闭环比例积分微分（proportional-integral-derivative,PID）控制的微分方程。以水轮发电机组转速偏差相对值的时间乘误差绝对值积分指标作为粒子群优化算法的适应度函数,分别实现了采用这2种不同数学模型的水轮机调速器PID参数的优化设计。计算结果表明,PSO优化算法对于非线性系统控制参数的优化设计是一种有效的方法 采用不同数学模型的水轮机调节系统,其PID参数的优化结果是不同的 水轮机调节系统采用非线性模型时的优化结果相对较好。

中国电机工程学报杂志热工自动控制

基于最小均方自适应滤波器的热工过程建模方法107-112

摘要：针对热工对象的时变性特点及其在运行过程中易受到不确定性干扰的影响,提出一种基于最小均方（least mean square,LMS）自适应滤波器的热工过程建模方法。LMS滤波器以未知对象的输入和输出作为激励和期望信号,通过最速下降法得到未知对象的有限脉冲响应（finity impluse response,FIR）模型,其与差分方程或传递函数是等价的。实验仿真和某电厂实际运行数据验证了该算法的有效性。这种建模方法避免了复杂的机理分析,其抽头权值的分布可以表征热工对象的动态特性,为分析热工对象提供了一种手段。