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中国电机工程学报
2009年 29卷 29期
刊出日期 2009-10-15
热能工程
工程热物理
动力机械与工程
可再生能源发电
 
热能工程
1 牛凤仙 蔡小舒 宋延勇 宁廷保 吴广臣 徐则林 岑岺山 郭养富 张瑾 李岗
300 MW汽轮机内异质均质凝结的实验研究

为减少湿蒸汽损失，汽轮机低压缸设计中需要知道湿蒸汽的水滴参数。水滴参数与凝结过程紧密相连，但目前已有的凝结理论模型和实验室中的喷嘴实验结果不能直接应用于真实的汽轮机中。简单介绍了汽轮机低压缸内湿蒸汽的凝结机制和新研制的改进型湿蒸汽测量系统的工作原理。基于实测变背压过程中直接空冷机组低压汽轮机末级后的蒸汽湿度参数并结合凝结机制，分析变背压过程中蒸汽湿度参数的变化规律及原因，证实了汽轮机中存在异质凝结现象以及凝结从异质为主向均质为主转变的过程。
2009 Vol. 29 (29): 1-6 [摘要] ( 472 ) [HTML 1KB] [PDF 438KB] ( 362 )
7 吴锋 周昊 郑立刚 岑可法
基于非支配排序遗传算法的锅炉燃烧多目标优化
采用支持向量机回归(support vector regression，SVR)模型分别建立300 MW燃煤锅炉的NOx排放特性模型和锅炉热损失模型。利用热态实炉试验数据对模型进行了训练和验证。结合NOx排放模型和锅炉热损失模型采用非支配排序遗传算法(nondominated sorting genetic algorithm，NSGA-II)对锅炉进行多目标优化，定量分析了优化参数对优化结果的影响。结果表明，支持向量机回归模型可以很好地预测锅炉的排放特性和锅炉的热损失特性，NSGA-II方法与SVR模型结合可以对锅炉燃烧实现有效的多目标寻优、得到理想的帕雷托分布，是对锅炉进行多目标优化的有效工具。
2009 Vol. 29 (29): 7-12 [摘要] ( 489 ) [HTML 1KB] [PDF 308KB] ( 427 )
13 高正阳 孙小柱 宋玮 方立军
W火焰锅炉结构效应对火焰影响的数值模拟
定义锅炉本体结构所导致的火焰中心偏置为锅炉的结构效应。对2台使用不同类型燃烧器的W火焰锅炉的煤粉燃烧过程进行数值模拟，分析燃烧器类型、二次风配风方式与结构效应对火焰中心偏置的协同作用规律。计算与分析结果表明：折烟角与水平烟道强迫高温烟气流动方向改变，影响到炉膛内烟气压力分布，致使火焰中心偏向前墙；降低拱部燃烧器出口气流的旋流强度，火焰中心显著下移；从前后墙送入的二次风可有效平衡锅炉的结构效应，提高前后墙送入的二次风量可有效控制火焰中心向前墙的偏移。
2009 Vol. 29 (29): 13-18 [摘要] ( 400 ) [HTML 1KB] [PDF 486KB] ( 352 )
19 赵巍 杜建一 徐建中
微型燃气轮机与有机朗肯循环装置组成联合循环的设计与分析

提出筛选有机朗肯循环工质的方法。基于能的“温度对口，梯级利用”原理和有机工质的热力性质，讨论用于增大输出轴功的微型燃气轮机与有机朗肯循环装置组成的联合循环，给出该联合循环的流程布置。用此布置将国内某正在研制中的微型燃气轮机与使用R123为底循环工质的有机朗肯循环装置组成联合循环，进行模拟计算和敏感性分析。结果表明，该联合循环可将热效率提高9.4%，达到38.4%，循环增压比、最高温度、回热度和环境温度的变化均会对热效率产生一定的影响。
2009 Vol. 29 (29): 19-24 [摘要] ( 555 ) [HTML 1KB] [PDF 247KB] ( 327 )
25 沈志恒 陈巨辉 M’BOUANA N. L. P 王帅 陆慧林
高固体流率循环流化床内气体–颗粒团聚物流动特性
采用Euler/Euler双流体模型、颗粒动理学方法模拟颗粒相流动，k-e 双方程模型模拟气相湍流流动，同时采用以颗粒团聚物直径为定性尺寸的气-固曳力计算方法，数值模拟高固体流率循环流化床内颗粒的湍动流化特性。计算结果表明，考虑颗粒团聚物影响的模型能准确地反映出床内颗粒湍动流化的宏观规律。颗粒间摩擦应力对固相应力贡献较小。模拟结果获得的空隙率和颗粒浓度分布与实验结果相吻合，同时，预测出颗粒团聚物的分布规律。
2009 Vol. 29 (29): 25-29 [摘要] ( 506 ) [HTML 1KB] [PDF 387KB] ( 378 )
30 张彩庆 林明 戚若男
基于模糊模式识别的燃煤电厂大气质量评价
基于模糊数学原理，将模式识别方法引入到燃煤电厂大气环境质量的评价中。分析现有贴近度函数在环境影响识别中的不足，定义表示环境质量样本的模糊向量的距离，改进贴近度函数，使之更适用于环境质量识别。改进后的贴近度函数能够充分体现环境样本模糊向量各个分量的信息。将改进贴近度的模糊模式识别应用到实际大气质量评价中。结果表明，改进后的模糊模式识别模型提高了环境因子观测值差别的检出能力，表明评价结果更符合客观实际。
2009 Vol. 29 (29): 30-34 [摘要] ( 424 ) [HTML 1KB] [PDF 257KB] ( 324 )
工程热物理
35 张利琴 宋蔷 吴宁 姚强 李水清
煤烟气再循环富氧燃烧污染物排放特性研究
基于15 kW一维下行燃烧炉，对烟气再循环富氧燃烧和常规空气燃烧2种工况下的污染物排放特性进行对比研究，发现烟气再循环富氧条件下煤粉燃尽率下降4.6%，烟气中CO浓度略有增加，而NOx和SO2的浓度大幅增加，但NOx转化率显著下降；静电低压撞击器(electrical low pressure impactor，ELPI)的测量结果表明，两工况排放颗粒物在1~10 m区间都存在2个峰值，但烟气再循环富氧燃烧工况下颗粒双峰向大粒径方向移动。扫描电镜(scanning electron microscope，SEM)结合X–射线能谱(energy dispersive X-ray，EDX)的观测分析发现，颗粒物烟气再循环富氧燃烧工况和空气燃烧工况下PM10的微观形貌和主要成分基本相同。颗粒物的电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，ICP)分析表明，2种工况下PM10中的次量元素和大部分痕量元素分布基本一致，但烟气再循环富氧燃烧工况下PM10中Se的含量要明显高于空气工况，这可能是由于该工况下烟气中水蒸气含量较高，促进了CaO与灰中SeO2的反应。
2009 Vol. 29 (29): 35-40 [摘要] ( 562 ) [HTML 1KB] [PDF 327KB] ( 452 )
41 潘卫国 吴江 王文欢 何平 张赢丹 冷雪峰 沈敏强
添加NH4Cl对煤燃烧生成Hg和NO影响的研究

燃煤中添加的NH4Cl受热会分解成HCl和NH3，对受热分解后产物中氯元素对燃煤烟气汞形态转化的影响和NH3对氧化氮脱除效果进行了数值模拟和实验研究，模拟结果与实验数据趋势基本一致。结果表明：氯元素有利于单质汞向二价汞的转化，烟气中Cl含量越高，Hg(g)到HgCl2(g)转变的温度区间越高，氧化态汞的分布范围越宽；随着NH4Cl喷入量的增加，气态二价汞和单质汞占总汞的百分比都有不同程度的下降，而颗粒态的汞所占比例相应增加，有利于燃煤烟气中汞的脱除；在合适的温度范围内NH3有利于烟气脱硝。
2009 Vol. 29 (29): 41-46 [摘要] ( 499 ) [HTML 1KB] [PDF 291KB] ( 348 )
47 王芳 姚桂焕 归柯庭
铁基催化剂选择性催化还原烟气脱硝特性比较研究
以铁及铁的氧化物为床料，研究了不同催化剂对脱除烟气中氮氧化物效率的影响。实验中分别采用Fe和Fe2O3的混合物、纯Fe2O3及Fe3O4作为催化剂，研究在中低温的范围内烟气脱硝效果。结果表明，铁氧化物对选择性催化还原脱硝均有作用，但Fe2O3的活性更强，脱硝效果更大，在250 ℃时得到最高为91%的转化率。同时对催化剂进行了X射线衍射分析，初步确定反应的物相，M?ssbauer光谱分析则进一步确定催化剂所处的环境，结果表明两者的分析一致，g-Fe2O3在选择性催化还原反应中起决定性的作用。
2009 Vol. 29 (29): 47-51 [摘要] ( 519 ) [HTML 1KB] [PDF 451KB] ( 472 )
52 尚建宇 王松岭 王春波 王河山
脱硫CaO团聚体晶粒产物层内 Ca2+和SO42-的扩散行为
应用CaO团聚体晶粒双堆砌结构概念和晶体点缺陷扩散理论，研究了脱硫CaO团聚体晶粒的微观结构、硫化反应产物层内离子扩散的微观机制，并对产物层内2种固态离子扩散动力特性进行了模型计算。观察到团聚体晶粒一级气孔有效孔径<50 nm，模拟分析发现，CaSO4产物层内存在固态Ca2+离子向晶粒表面迁移以及固态SO42-离子向晶粒深层渗透2种定向扩散流，产物层从晶粒边界向外生长形成纯CaSO4区域并受边界吸附反应制约而线性增厚，向内渗透则形成CaO和CaSO4的混合区，且CaSO4成分含量自外向内递减。研究结果表明：钙基脱硫剂硫化反应控制过程最终由气体扩散转换为固态离子扩散，2种固态离子扩散属于互扩散模式且扩散特性不同。
2009 Vol. 29 (29): 52-56 [摘要] ( 366 ) [HTML 1KB] [PDF 384KB] ( 358 )
57 翟林智 钟秦 王娟
可再生乙二胺湿法烟气脱硫实验研究
以乙二胺为主剂，硼酸、磷酸、柠檬酸和硫酸为添加剂，配制乙二胺类烟气吸收剂，测定其对SO2吸收容量和脱除效率的影响。结果显示，乙二胺/硼酸对SO2吸收容量为450 mg/L，脱硫率达97%；同时研究乙二胺/硼酸溶液10次吸收–解吸循环过程。数据表明，SO2的脱除效率达99%，解吸后pH稳定在6.10~6.23；选择乙二胺/硼酸为最佳脱硫剂，在鼓泡反应器中对湿法烟气脱硫(wet flue gas desulphuri- zation，WFGD)工艺进行研究。通过改变吸收剂温度、乙二胺浓度、吸收剂pH和SO2进口浓度，探讨其对脱硫率的影响。确定吸收SO2适宜的工艺条件：吸收剂温度30 ℃，乙二胺浓度0.3 mol/L，吸收剂pH为8.5。结果显示，实验范围内，烟气中SO2浓度越大，脱硫率越高。
2009 Vol. 29 (29): 57-61 [摘要] ( 480 ) [HTML 1KB] [PDF 315KB] ( 380 )
62 李海龙 张军营 赵永椿 杨艳 郑楚光
燃煤细颗粒固液团聚实验研究
燃煤排放的大量细颗粒对大气环境和人类健康造成了严重的危害。化学团聚技术是控制燃煤电厂细颗粒排放最有效的方法之一。以青山电厂燃煤细颗粒为对象，采用激光粒度仪对细颗粒在化学团聚剂中的团聚行为进行实验研究。通过分析聚合氯化铝(PAC)、非离子型聚丙烯酰胺(PAM)、羧甲基纤维素钠(CMC)、黄原胶(XTG) 4种高分子化合物对细颗粒的团聚效果，发现PAM对细颗粒的团聚效果最为明显，细颗粒主要通过高分子链的吸附架桥作用发生团聚。此外，针对PAM团聚剂研究了质量浓度、温度、表面活性剂、磷酸对细颗粒团聚的影响。结果表明：团聚剂中PAM的质量浓度不宜超过0.1 g×L-1；温度对细颗粒团聚的影响非常显著，60 ℃时团聚剂中绝大部分细颗粒被团聚形成粒径大于10 mm的团聚体；非离子表面活性剂对团聚剂中细颗粒的团聚有促进作用，阴离子表面活性剂则相反；磷酸使得PAM分子链发生卷曲，对细颗粒团聚有抑制作用。
2009 Vol. 29 (29): 62-66 [摘要] ( 500 ) [HTML 1KB] [PDF 380KB] ( 350 )
67 王勇 蒋利桥 赵黛青 汪小憨 杨卫斌
多孔介质表面火焰的燃烧特性
为优化设计基于多孔介质壁面的低热损失微燃烧器，以甲烷/空气预混气为燃料，对多孔介质表面平面火焰形成特性进行实验研究。试验表明：在一定燃料当量比和流量范围内，多孔介质表面能够形成稳定的平面火焰。在燃料当量比小于1时，平面火焰极限范围随当量比增加而增加，过高的预混气流量时会引起平面火焰面不稳定、破裂和火焰厚度增加。形成平面火焰时，随预混气流量和当量比增加，火焰温度升高，火焰高度降低，火焰面更贴近壁面。同当量比下，预混流量越大多孔进气壁面温度越低。该火焰和壁面温度特性适合在微小空间内组织稳定燃烧。
2009 Vol. 29 (29): 67-71 [摘要] ( 452 ) [HTML 1KB] [PDF 271KB] ( 416 )
72 杜运成 王化祥
基于电容层析成像的气液两相流流型聚类分析
气液两相流流型对截面含气率等流动参数测量影响很大。基于电容层析成像(electrical capacitance tomography，ECT)系统，以水平管气液两相流流型为研究对象，利用测量电容信号包含流型信息的特点，采用小波包能量信息熵直接提取不同流型的特征参数，进而结合模糊c均值聚类(fuzzy c-means，FCM)算法实现流型识别。实验结果表明，对于水平管层流、满管流、塞状流和弹状流典型气液两相流流型，该方法具有较高的识别率。
2009 Vol. 29 (29): 72-76 [摘要] ( 477 ) [HTML 1KB] [PDF 305KB] ( 337 )
动力机械与工程
77 张荻 舒静 蓝吉兵 谢永慧
低压透平叶栅边界层分离再附的大涡模拟
低压透平叶片由于雷诺数较低，叶片边界层大部分区域是层流流动，而低压高负荷叶片，由于负荷的增加导致叶片吸力面尾部逆压梯度增大，层流边界层内能量较低，在大逆压梯度的作用下很容易产生边界层分离，分离的边界层发生转捩，并在叶片吸力面尾部再附。采用三维非稳态N-S方程的大涡模拟方法对典型低压透平叶栅T106不考虑上游尾迹影响的边界层分离、湍流再附等流动现象进行研究，该叶栅基于弦长和喉部速度的雷诺数为5′105，获得的叶栅静压分布、吸力面边界层分离与再附位置与试验数据吻合较好，同时对具有相同雷诺数不同入流角及相同入流角不同雷 诺数时吸力面边界层分离再附位置的时空变化、分离泡的尺度以及涡旋非定常动态特性进行了深入研究，得到了2个参数对叶栅边界层分离的影响。
2009 Vol. 29 (29): 77-83 [摘要] ( 471 ) [HTML 1KB] [PDF 884KB] ( 406 )
84 张海军 祝长生 杨琴
有效黏度效应对气体径向微轴承性能的影响

基于1阶滑移速度边界，考虑到稀薄条件下气体的有效黏度，给出了气体径向微轴承润滑雷诺方程。采用有限差分法求解雷诺方程，得到不同参考努森数、轴承数以及不同偏心率下轴承的无量纲压力分布、无量纲承载能力及偏位角的大小。数值分析表明，稀薄条件下气体径向微轴承性能存在明显的有效黏度效应，而参考努森数是决定有效黏度效应的主要因素。相同轴承数时，随参考努森数的增大，气体有效黏度效应引起轴承的压力降低、承载力下降，而轴承偏位角增大；偏心率越大，有效黏度效应引起偏位角增大幅度越大，当偏心率小于0.6时，有效黏度效应不明显。相同偏心率时，有效黏度效应引起承载力降低、偏位角增大；轴承数较小时，气体的有效黏度效应不明显。
2009 Vol. 29 (29): 84-88 [摘要] ( 522 ) [HTML 1KB] [PDF 356KB] ( 381 )
可再生能源发电
89 李睿 金保升 仲兆平 傅旭峰 贾相如
基于平行反应模型的稻壳生物油燃烧机制研究
利用热重–红外联用技术(thermogravimetric-Fourier transform infrared spectroscopy，TG-FTIR)研究稻壳生物油的燃烧过程。基于平行反应模型理论，使用多峰高斯拟合方法分析不同升温速率下稻壳生物油的失重速率曲线，并对燃烧各阶段释放的物质进行红外分析。结果表明，生物油燃烧的失重速率曲线可以描述为6个高斯函数峰的叠加。前3个拟合峰对应轻质有机物的挥发，第4个拟合峰对应重质有机物的分解和缓慢氧化，最后2个拟合峰对应二次焦炭的燃烧。升温速率的提高影响各拟合峰所占份额，加剧生物油挥发，减少二次焦炭生成，但仅对最后2个拟合峰的动力学参数有明显影响。最后结合多峰高斯拟合结果和红外分析结果提出稻壳生物油燃烧模型。
2009 Vol. 29 (29): 89-95 [摘要] ( 405 ) [HTML 1KB] [PDF 468KB] ( 346 )
96 刘爱虢 翁一武
熔融碳酸盐燃料电池容阻特性建模与仿真
基于守恒原理和热力学特性，建立熔融碳酸盐燃料电池一维分布参数模型。建模中考虑质量、动量、能量和组分守恒原理以及电化学特性，考虑气体特性沿电池长度方向的变化，能反映燃料电池的分布参数特性。应用容阻建模和集总–分布参数方法，将所建立的复杂偏微分方程组转化为常微分方程组，避免压力和流量的迭代计算，可满足实时动态仿真需求。利用该模型分析了熔融碳酸盐燃料电池稳态和动态特性。结果表明，这种建模方法是可行的，可用于熔融碳酸盐燃料电池的性能仿真。
2009 Vol. 29 (29): 96-101 [摘要] ( 522 ) [HTML 1KB] [PDF 256KB] ( 300 )
102 陈亮 苏毅 陈祎 罗永浩 陆方 吴文广
两段式秸秆气化炉中当量比对气化特性的影响

中国拥有大量的农林废弃物生物资源，因此开发以村为单位的生物质能量转化系统前景广阔。该文介绍上海交通大学研制的两段式秸秆气化炉的创新结构，并通过该两段式气化炉研究了当量比eER 对气化炉主要性能参数的影响。结果表明：在实验工况下，最佳当量比为0.3~0.35，此时秸秆气化气平均热值可达6 009.7 kJ/m3，产气率为1.84 m3/kg，碳转化率为91.3%，气化效率为84.6%。当0.250.3时，焦油含量又呈上升趋势。
2009 Vol. 29 (29): 102-107 [摘要] ( 518 ) [HTML 1KB] [PDF 284KB] ( 437 )
108 贺广零
风力发电机组风场模拟
为考虑风力发电机组桨叶旋转效应，准确确定作用在桨叶风荷载，研究基于旋转样本谱进行风场模拟的问题。基于旋转样本谱的物理机制，从脉动风速Fourier展开的角度出发，首先推导脉动风速Fourier展开系数互谱，结合d 函数的性质，提出基于物理机制的旋转样本互谱模型，并与旋转样本自谱共同构建了旋转样本谱矩阵。以旋转样本谱矩阵为基础，通过对其进行Cholesky分解，依据谱表现法实现风力发电机组脉动风场模拟。最后，结合典型的1.25 MW三桨叶变桨距风力发电机组进行纵向风速场数值仿真。研究表明，该算法可以准确地模拟给定风环境的风力发电机组脉动风速时程。
2009 Vol. 29 (29): 108-112 [摘要] ( 530 ) [HTML 1KB] [PDF 323KB] ( 452 )
 
 
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