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中国电机工程学报 2011年第02期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志热能工程

滞止点回流燃烧器热声脉动特性实验研究1-6

摘要：为研究滞止点回流燃烧器的热声脉动特性,搭建了实验室规模的滞止点回流燃烧器试验台架,进行甲烷空气火焰的多工况试验研究。燃烧器采用同轴设计,中心管为燃料风管,外管套为空气管。燃烧室为内径48 mm,高300 mm的石英玻璃管,下端平齐密封,上端开口,燃烧器朝下并且其轴线与燃烧室轴线一致。研究发现,过低的输入功率将不能实现滞止点回流燃烧方式;当系统处于滞止点回流燃烧方式时,系统激发起剧烈的热声不稳定,其压力波的主峰振幅和有效振幅随着化学当量比的增大而增大,有效声压级超过138 dB;主峰共振频率与化学当量比无关,半峰频宽介于主峰频率的4%到10%之间,预示着滞止点回流燃烧器激发起的热声脉动在主峰频率附近声能分散,从而造成有效声压级与主峰声压级之间相差10 dB以上。另外,燃烧器出口的温度、NOx浓度和CO浓度均随着化学当量比的增大而增加,CO浓度的增加主要是由于化学当量比的增大,增加了燃料扩散的难度,从而提高了燃烧不完全性。

洁净燃煤发电技术全生命周期评价7-14

摘要：采用全生命周期分析方法,建立清洁燃煤发电技术的完整性生命周期清单,提出了一个新的全生命周期综合评价指标。对循环流化床、增压流化床联合循环、整体煤气化联合循环和超超临界清洁燃煤电厂,从建设、运行、退役3个阶段的能源和资源消耗、环境影响、生命周期成本进行评价,并对4种电厂进行了生命周期综合评价。结果表明,超超临界发电的能源回报率高、环境影响较小、资源和成本低,其综合评价指标较好。最后提出我国发展清洁燃煤发电技术的建议。

600 MW超临界旋流燃烧锅炉炉内温度场数值模拟及优化15-21

摘要：使用可实现k-ε双方程模型,对600 MW超临界锅炉低NOx轴向旋流燃烧器（low NOx axial swirl burner,LNASB）燃烧过程进行了数值模拟,研究了二次风量及旋流强度对燃烧器热态流场、温度场分布的影响,对燃烧器拟改进方案进行了比较。数值模拟结果表明,内二次风对回流区影响较大,外二次风对扩展角影响明显,增大中心风速可以增加回流区根部距离;内二次风旋流强度及风量过大时容易引起火焰偏斜贴壁,中心风退出后燃烧器喷口处温度上升明显,中心给粉可以有效地增加火焰离喷口距离,为最佳改进方案。与试验结果进行对比,获得了比较一致的结果。通过设备改进和燃烧调整,解决了锅炉长期以来的恶性结渣问题,为LNASB燃烧器设计和运行提供了一定的防结渣理论基础。

中国电机工程学报杂志工程热物理

O_2/CO_2气氛下煤种对燃煤PM_（2.5）形成的影响22-26

摘要：采用管式炉和荷电低压撞击器（electrical low pressure-impactor,ELPI）研究了4种煤粉在O2/CO2条件下燃烧后生成的PM2.5排放特性,并对空气和O2/CO2气氛下PM2.5的排放特性进行了比较。结果表明：不同煤粉在O2/CO2气氛下燃烧后,所产生的PM2.5质量浓度均呈双峰分布,峰值分别在0.1和2μm左右;S在亚微米颗粒上明显富集,而在超微米颗粒上含量相对较少;K和Na在亚微米颗粒上含量比在超微米颗粒上高一些;Si和Ca在亚微米颗粒上含量相对较少,而在超微米颗粒上含量相对较多;Fe在亚微米和超微米颗粒上含量相当。分析认为,不同煤粉中组分形式和含量的不同,影响了煤粉燃烧后PM2.5形成的过程,造成PM2.5排放特性的不同。从PM2.5的粒径分布、元素分布和形貌分析可知,和空气气氛相比,O2/CO2气氛不影响PM2.5的生成机制,但影响其粒径分布。

O_2/CO_2气氛下煤焦燃烧过程中碳官能团演化行为研究27-31

摘要：利用X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）研究大同烟煤及其煤焦中碳的赋存形态;同时对大同煤焦在O2/CO2和O2/Ar气氛下燃烧过程中含碳官能团的演化规律进行研究,揭示燃烧气氛中CO2对碳转化过程的影响。结果表明,大同煤中的碳主要以芳香碳和脂肪碳的形式存在,在热解过程中,其含量降低,而酚碳、羰基和羧基含量增加。O2/CO2煤焦燃烧过程中,芳香碳和脂肪碳含量不断减少,酚碳、羰基和羧基含量则逐渐增加,其中酚碳含量增加最为显著。燃烧气氛中CO2的存在,加快了芳香碳和脂肪碳的减少,促进了酚碳、羰基和羧基的形成。

回转式干馏炉内影响颗粒混合运动因素的数值分析32-38

摘要：以水平回转式干馏炉为研究对象,采用离散单元法（discrete element method,DEM）建立颗粒运动模型,接触模型采用Hertz无滑动接触模型,分别对在其内设置不同形式抄板（直角抄板﹑弯抄板和直抄板）的混合效果和混合规律进行了数值研究。将大小颗粒间接触数与颗粒间接触总数之比定义为混合质量,并以此来衡量混合程度,同时分析抄板形式及转速对混合质量的影响。研究结果表明,干馏炉内设抄板时,混合趋于稳定的时间较短,抄板形式对混合质量的影响较小;随着转速的降低,混合质量曲线越平缓,波动幅度越小。研究结果对干馏炉的设计和优化具有一定的指导作用。

工业废弃物固硫反应的动力学研究39-44

摘要：采用热分析方法研究工业废弃物和石灰石的固硫反应,借助等效粒子模型表征固硫反应,并计算和分析固硫反应动力学参数。结果表明,等效粒子模型能较好地描述废弃物的固硫反应,反应存在补偿效应;等动力学温度方法适用于不同固硫控制阶段的反应活性判别;相同实验条件下,所选4种废弃物和石灰石的化学反应速率常数k差别不大,但废弃物的产物层有效扩散系数Ds比石灰石的大一个数量级,说明由于废弃物内的Ca2＋向产物层表面的迁移扩散,大大增强了废弃物扩散控制阶段的反应活性;废弃物和石灰石的扩散活化能Ep,都比各自的反应活化能Ea大,说明产物层扩散比固体表面化学反应更难进行,产物层扩散成为控制固硫反应的决定性因素。

氨水细喷雾吸收CO_2的体积总传质系数45-50

摘要：二氧化碳减排已经成为国际关注的焦点问题,近年来,二氧化碳捕集与封存技术（capture and storage of CO2,CCS）被认为是减少CO2排放的有效途径。氨水作为一种新的吸收剂得到普遍关注。为了为进一步的工业设计提供参考依据,该文采用喷雾塔对氨水细喷雾吸收CO2进行试验研究,考察氨水流量和氨水浓度对CO2脱除率的影响,测定了氨水细喷雾吸收CO2的体积总传质系数,研究氨水浓度、氨水流量、进口气体流量、CO2进口浓度和温度对体积总传质系数的影响。实验结果表明,体积总传质系数随着气体流量、氨水流量、氨水浓度的升高而增大,随着CO2进口浓度升高略微下降;当温度低于40℃,体积总传质系数随反应温度升高而增加,至40℃达到最大值。研究发现氨水浓度是影响体积总传质系数的关键因素。

机械强化制备二氧化碳水合物的特性研究51-54

摘要：搅拌是促进CO2水合物快速制备的1种有效的机械强化方法。为提高水合物的生成速率并且降低能耗,在小型高压水合物反应装置上实验研究不同搅拌时机对CO2水合物生成特性的影响。结果发现,搅拌可以大大提高CO2的溶解速率,使CO2气体在3 min内即可达到溶解饱和。此外,水合物生成过程中搅拌时机的选择也非常关键。研究发现,仅在气体溶解和降温成核过程中实施35 min的搅拌不仅可以显著提高CO2水合物的生成速率,而且大大缩短了搅拌时间,与静态反应系统相比,能耗可降低86%。

平行平板通道内置螺旋线圈流动传热特性55-61

摘要：通过实验与三维数值模拟相结合的方法,对内置螺旋线圈平行平板通道的流动及传热特性进行了研究,发现相对于无扰流填充物的平板通道,螺旋线圈的应用能够显著地强化传热,相同Re数下Nu数增幅为29%~141%,相应地阻力系数增幅为26%~175%。数值模拟的结果显示,流体受螺旋线圈的诱导可产生多纵向涡流动,增强了速度在垂直于壁面方向的分量,同时导致温度场发生明显改变,使得速度场与温度梯度场的协同性能得到提升,从而强化了传热。在700〈Re〈7 500的范围内,通过对流动换热综合性能参数的比较发现,在Re数较小时,强化传热后换热效果的提升要大于流动阻力的增加,而在Re数较高时则相反。

中国电机工程学报杂志动力机械与工程

加载速率对汽轮机转子钢低周疲劳损伤的影响62-66

摘要：加载速率反映了汽轮机转子启停及运行时温度变化速度与负荷变化速率。对火电厂汽轮机转子30Cr1Mo1V钢在538℃温度下的低周疲劳损伤进行试验研究,研究加载速率对实际低周疲劳损伤和预测低周疲劳损伤的影响。结果表明：在相同的寿命分数下,加载应变速率越大,低周疲劳损伤越小;在同一加载速率下,总应变幅越大对应的低周疲劳损伤也越大;在同等应变幅条件下,转子钢高温低周疲劳预测损伤比实际损伤大,加载速率较低时,转子钢高温低周疲劳预测损伤比较大;加载速率对材料损伤有显著影响的取值范围为0.1%-s-1≤ε≤0.2%-s-1。

基于积分随机有限元法的汽轮机转子随机响应特性分析67-72

摘要：考虑汽轮机转子材料物性参数和载荷参数的随机性,利用ANSYS的APDL语言二次开发功能,将积分随机有限元法嵌入到ANSYS软件当中,生成了汽轮机转子随机响应变量相对于各随机输入变量的各阶中心矩、偏度系数和峰度系数的计算程序模块,利用ANSYS后处理程序显示计算结果,并分析各随机输入变量的变化对汽轮机转子随机响应变量的影响。最后,通过与直接蒙特卡罗模拟方法相对比表明,该方法适用于结构复杂的模型,计算结果精度较高,并且计算速度较快。

液力变矩器内三维非定常动静干涉流动计算73-77

摘要：为研究液力变矩器内泵轮、导轮和涡轮间动静干涉引起的三维非定常流动特性,利用滑移网格技术和RNG k-ε湍流模型计算液力变矩器内湍流流动,得到泵轮全流道内流体压力的主要特征。仿真结果表明：泵轮全流道内流体压力脉动明显;在涡轮转速不变的情况下,压力脉动峰值与半径成正比;在相同半径处,压力脉动峰值与涡轮转速成反比。此外,由压力脉动值的频谱分析结果可知：随涡轮转速或监测点半径变化,泵轮全流道内各监测点压力脉动的频率成分基本一致,但各影响频率成分所占的比例不同。

改进希尔伯特–黄变换方法提取水轮机动态特征信息78-84

摘要：常规的希尔伯特–黄变换（Hilbert-Huang transform,HHT）方法能较好地分析水轮机轴系信号,但经经验模态（empirical mode decomposition,EMD）分解后,在原始信号的低频区易产生虚假的内禀模态函数（intrinsic mode function,IMF）分量,干扰特征信息的提取,引发误判。该文提出基于能量波动的改进HHT方法及其判别条件。该方法利用分量信号能量递减原则并设定判别阈值来跟踪筛选虚假分量。通过仿真信号对该方法进行了有效性验证,并以原型水轮机非最优工况下动态信号为例,进行了应用检验。结果表明,该方法具有良好的虚假分量识别能力,提取真实的水轮机特征参量,更加适合分析复杂而特殊的水轮机动态特征信息。

中国电机工程学报杂志热工自动控制

基于非支配排序遗传算法的无约束多目标优化配煤模型85-90

摘要：分析单目标动力配煤模型的缺点,提出多目标优化配煤模型,模型将所有煤质指标都作为优化目标,根据每个指标的特点构建出安全性、经济性和环保性3个目标函数。引入带有精英策略的非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-II）作为该模型的寻优算法,并结合配煤问题的特点对原算法进行适当改进和调整,对某电厂的实际配煤问题进行求解,得到分布较好的Pareto最优解集,这些解为电厂配煤人员在多个相互关联的目标之间进行决策时提供了多样的选择,具有很好的指导作用和应用价值。

部分分散控制及其在单元机组协调控制中的应用91-95

摘要：针对强耦合多变量对象控制系统设计中分散控制不能满足高性能要求,而多变量先进控制算法结构复杂、较难推广的现象,研究基于扩展对象的部分分散控制器设计。设计过程首先通过结构分析法得出部分分散控制器结构,再对其对象进行非方扩展,利用非方内模法设计相应非方分散控制器并转化为部分分散控制器,最后应用扩展μ交互法进行稳定性分析。将该方法应用于一500 MW单元机组协调控制系统的仿真研究,结果表明：部分分散控制系统能达到与多变量协调控制系统相近的性能,并且部分分散控制结构更加简单、设计及调试方法更加容易。

基于系统动力学的电站热力系统建模与仿真96-103

摘要：从物质和能量传递过程均衡性的角度,提出基于系统动力学原理,以因果关系和存量流量关系为载体,从相对宏观的层面构建电站热力系统动态模型的建模方案。论述将系统动力学原理应用于发电过程建模的适用性,以盘山电厂N-36000-1型凝汽系统为例,给出系统动力学建模的基本过程,通过仿真及实际运行数据的对比分析,验证了所建模型的有效性。研究表明,系统动力学模型具有因果关系清晰、模型表述贴切、繁简程度适当、描述现实能力强的特点,可作为发电过程建模及优化问题研究的有力工具。

模糊概率符号有向图单元模型及电站高加系统故障诊断104-110

摘要：针对复杂系统的符号有向图（signed directed graph,SDG）模型结构复杂,搜索路径＂组合爆炸＂等缺点,将SDG符号识别能力和知识库易于维护的特点相结合,提出了模糊概率SDG单元模型,建立了模糊概率SDG单元库,并描述了基于SDG单元库的故障推理方法。复杂系统的测点不完备性和参数耦合性是故障诊断中亟需解决的问题,在建立SDG单元库时,充分考虑了这两个问题。以某600MW机组高加系统为例,采取仿真与现场经验相结合建立SDG单元库,并通过现场故障实例验证了该故障推理方法的有效性。SDG单元模型结构简单,推理快速,有效避免了＂组合爆炸＂的问题,故障诊断准确率高,能有效克服现场测点缺失和系统参数耦合问题。