The optimization of heating system has always been of much concern, among which the annual life cycle cost (ALCC) was widely used as an optimization method, while the non-guaranteed hours were often overlooked. This study proposed the elasticity-economy (E-E) objective function as an optimizing indicator, and demonstrated it taking a solar assisted heat pump heating system with phase change material (SC-ASHP-PCM) as an example. Firstly, the single variation impact was analyzed. After optimizing the thermal performance of sub-systems, the proportion of heat supplied by solar collector (SC) and phase change material (PCM) sub-systems increased by 5.4 % and 3.4 %, respectively. Subsequently, the Hooke-Jeeves algorithm was developed to optimize multifactors, hence minimizing the E-E objective function. The optimal solution was achieved when the nonguaranteed rate was 5 % and the penalty factor was 150 CNY/h. Compared with the baseline situation, the system energy consumption (156.8 x 10(3) kW.h) was reduced by 30 %, and the E-E objective function was reduced by 24 %. Furthermore, the minimum operating cost was 18.3 CNY/m(2), saving up to 46 % compared to traditional heating systems. The method is generalized to obtain the optimal energy saving potential under different non-guaranteed hours, which provides guidance for the heating systems' design and operation.
从19世纪开始,燃烧学的发展先后经历了燃烧热力学,燃烧反应动力学,燃烧物理学和反应流体力学等阶段.原来的燃烧理论只能定性地用于工程设计中.从20世纪70年代左右开始,由于大型数字计算机的产生和计算流体力学的出现,燃烧学发展到燃烧的数值模拟,先后出现了雷诺平均模拟、大涡模拟和直接数值模拟,可以把燃烧理论定量地用于燃烧装置的设计中.本文对燃烧学发展的几个里程碑进行了回顾,希望能和燃烧界同行们进行交流.
为提高某型燃气轮机的工作可靠性,对单晶涡轮叶片进行了强度分析与结构优化设计.采用第四强度理论,考虑了晶体取向、温度载荷、气动载荷和转速的影响,得到叶片的应力分布、典型截面的强度储备系数;根据诺顿蠕变方程计算关键节点的持久寿命;基于分析结果对叶片局部结构进行优化改进,将叶片质心向叶背侧偏移,调整进气前缘气膜孔的排列方式,并对新结构进行强度复算.结果表明:优化后的叶片静强度符合设计要求,消除了局部结构处的应力集中现象,叶身结构强度储备系数高于1.3,叶身两侧应力分布更加均匀,叶片在设计转速10％裕度范围内无共振现象发生.
中国国家开发投资有限公司(国投)冀能燃气发电有限公司已向GE Vernova订购了两台氢气燃气轮机,用于新建联合循环发电厂.这座1.7 GW的发电厂将位于中国浙江省舟山群岛,为中国最大的群岛供电,该群岛由1 390个岛屿组成.
设计并搭建了水平多管式相变储热系统,以水为传热流体(HTF)、石蜡为相变材料(PCM),通过实验对储热系统的具体蓄热特性和不同操作条件下HTF与PCM之间的传热特性进行定量分析,评估了 HTF体积流量和进口温度对紧凑型低温相变储热系统功率输入、吸热完成时间以及储存能量的影响.该系统主要由一个聚碳酸酯壳和水平定向的多管换热器以及石蜡组成,其中石蜡相变温度约为41℃.结果表明:随着HTF进口温度或体积流量的增加,吸热完成时间减少,平均吸热功率增大,且增加速率都随着进口温度的增大而变小;HTF体积流量分别为4.5,6.0和7.5 L/min时,吸热过程耗时300.7,252.9和226.7 min;在58,64和70 ℃的进口温度下,吸热完成时间分别为270.1,226.7和204.9 min;提高HTF进口温度,会导致换热结束时石蜡温度与HTF出口温度出现越来越靠近的趋势,而在提高HTF体积流量时,却呈现相反的趋势.
为构建以新能源为主体的电力系统,亟须提高火电机组灵活性,火电机组与熔盐储热系统进行耦合能够强化调峰灵活性和调峰经济性.本文以某670 MW电厂为依托,基于Ebsilon对该机组的4种熔盐—火电耦合系统改造方案进行仿真计算,并对比分析了各种方案的热力性能、调峰性能、环保性能及改造难度.结果表明:高温熔盐和低温熔盐储热组合方式有效克服了单种熔盐工作温度受限的问题,能够增强燃煤机组的调峰能力和循环效率;配置电加热器后熔盐能够以目标温度存储于热罐,热电转化效率得到提高,还额外平抑了部分可再生能源的不稳定性;通过低压缸零出力管道进行中压缸排汽蓄热和电加热提温的方案改造量最小、控制方式最为成熟灵活,能够兼顾调峰调频、节能环保和改造难度等方面的需求.
针对燃油在离心喷嘴中的内部流动及其外部雾化过程,采用VOF-DPM模型对其进行了数值模拟研究.分析了压力对喷嘴出口处空气芯大小和液膜厚度的影响,得到了液膜破碎长度和雾化锥角等雾化特性,应用实验测试结果对数值模拟进行了验证,并与流体体积函数法(VOF)和离散相追踪法(DPM)进行了对比.结果表明:VOF-DPM模型可以真实反映离心喷嘴的内部流动和外部雾化特性,研究发现了与实际雾化过程符合的液膜破碎存在孔洞破碎和边缘破碎两种形式;捕捉到了在液膜表面的波动及气动力共同作用下液膜失稳破碎形成液滴的过程;燃油流动及雾化特性随着压力增加发生变化,喷嘴内空气芯直径增大,出口处液膜厚度减小,液膜的破碎长度下降.
为了探究市政污泥燃烧过程中的气态污染物排放特性,在30 kW鼓泡流化床实验台上进行了市政污泥的燃烧实验,研究燃烧温度、二次风率、秸秆掺混比等参数对气态污染物排放特性的影响.结果表明:燃烧温度的升高会显著提高NO与SO2的排放;提高二次风率使NO排放浓度减少,SO2排放浓度增加;由于生物质中较低的N、S含量以及生物质与污泥燃烧的协同作用,污泥掺烧生物质能够有效地减少NO与SO2的排放;秸秆占比由0提升至40％,NO由289 mg/m3下降至140 mg/m3,而SO2排放浓度也从3 949 mg/m3下降至1 725 mg/m3;污泥掺烧秸秆时,NO与SO2的整体排放特性与污泥单独焚烧相似,掺烧秸秆能够加快整体的燃烧速率,并加强燃烧气氛的氧化性,进而影响气态污染物的排放.
针对海上漂浮式风力机在长期的海洋环境作用下,受到风、浪、流等复杂载荷的影响,发生腐蚀、蠕变和失效等故障问题,基于深度学习理论,提出了一种改进的完全集合经验模态分解(Improved Complete Ensemble EMD,ICEEMDAN)结合卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的故障诊断方法,用于对海上漂浮式风力机的系泊系统进行故障识别.该方法基于平台艏摇响应信号状态,计算系泊蠕变与失效阶段,并分析不同位置系泊对漂浮式风力机稳定性的影响,诊断出系泊是否产生蠕变以及系泊蠕变位置.研究结果表明:改进后的方法能够较好地识别系泊蠕变到失效过程,挖掘了纵荡、横荡、横摇及艏摇等因素对风力机稳定性的影响,其在不同信噪比下均可有效地诊断出系泊状况与不同位置的蠕变,且准确率最高可达99.83％.
针对某660 MW超超临界二次再热旋流燃烧锅炉投产后锅炉燃烧均衡性较差,锅炉热效率和一、二次再热汽温偏低,NOx排放质量浓度偏高等问题,通过改变O2体积分数、煤粉细度、一次风量、外二次风挡板开度、异层燃烧器风量分配方式、燃尽风直流风水平摆角和燃尽风量等参数对其进行了性能优化试验研究.结果表明:通过提高O2体积分数运行和磨煤机动态分离器转速,以及合理设置外二次风配风方式、燃尽风直流风水平摆角及燃尽风风门开度,有效降低了灰、渣碳质量分数和CO排放浓度,提高了一、二次再热蒸汽温度.在各影响因素中,同层煤粉燃烧器外二次风风门开度和燃尽风直流风水平摆角的配置,对锅炉燃烧均衡性的影响至关重要;运行O2体积分数和燃尽风量大小对NOx排放影响最大.通过综合优化调整,锅炉性能得到明显改善,各项主要性能参数均达到或优于设计值.
西屋电气公司、柏克德公司和波兰公用事业公司Polskie Elektrownie Jadrowe签署了波兰第一座核电站工程合同,该核电站位于波美拉尼亚的Lubiatowo-Kopalino现场. 该项目属波兰核电计划项目建造,其将支持该国实现清洁电力和能源安全的目标.合同范围包括完成3个西屋AP1000核岛、涡轮岛和平衡工厂设计工作的特定场地设计.
为进一步提高相变储能填充床储热性能,运用计算流体力学软件Fluent采用DEM-CFD数值模拟方法对轴向填充不同熔点颗粒的填充床进行了储热过程的数值分析.在分别填充了 240和480个相变材料颗粒的直径为200 mm的相变储能填充床内,探究沿热流体流动方向分层逐级排布更低熔点相变材料的排布方式对填充床的储能速率、储能效率、热流体和相变储热材料温度分布的影响.研究表明:在轴向分层排布不同相变点的相变材料会对床内轴向温度场有显著影响;分层排布的方式使填充床的储能速率、储能效率均得到了提高,240和480颗粒填充床平均储能速率分别提升约31.0％和25.1％.
本文提出了一种涡轮与两级地源热泵相耦合的新型天然气调压工艺,通过Matlab构建了系统热力学模型并借助Aspen/plus和实验数据予以验证,分析了降压和预热过程的碳排放核算方法,探究了涡轮膨胀比和热泵压缩比的最优分配策略,并结合实际案例评估了系统的经济性与环保性.结果表明:R123为热泵最优工质;热泵循环由单级升为双级后,新工艺年均㶲效率为0.43,提升10.88％,加热效率为2.89,提升15.91％,全年净发电量3.67 GW·h,提升11.6％;相比于节流阀调压工艺,新工艺全年减少CO2排放0.24万t,减少预热成本4.7万元,同时产生经济效益146.94万元.
一款专门为混合动力电动飞机开发的新型罗罗小型燃气轮机已经成功完成了首次燃油燃烧试验.该发动机的设计采用了新型燃烧技术,可实现超低排放,这一重大成就证实了这款紧凑、高功率的涡轮发电机的有效性,它将集成到轻型涡轮发电机系统中.涡轮发电机系统将通过提供500 kW至1 200 kW可扩展功率的机载电源来补充罗尔斯·罗伊斯的电力推进组合,从而扩大可持续航空燃料的使用范围,并在以后可进一步通过氢燃烧来实现这一目标.这将为开辟目前电池驱动的飞机所不能支持的、更长的新航线提供保障.罗尔斯·罗伊斯公司正在为全电动和混合动力应用开发完整的动力和推进系统.
针对高负荷氦气压气机中角区分离、叶顶泄漏严重带来的效率损失问题,以单级氦气压缩机为研究对象,利用CFD方法,分析了不同弯曲角度下氦气压气机内部的角区损失和叶顶泄漏损失,并优化了现有五级轴流氦气压气机.结果表明:叶片正弯会增加端区处的静压,减少角区分离,进而降低角区损失;对动叶而言,在设计攻角下正弯也会增加前缘损失;动叶叶顶反弯使泄漏流远离下一个叶片的压力面,而合适的反弯角度可以降低叶顶泄漏量;选取合适的弯曲角度使五级轴流压气机设计点效率提高1.85％.
为降低双转子风力机在极端风况下的大波动载荷,基于双转子风力机气动与控制仿真系统,提出了基于独立变桨自抗扰控制器和偏航模糊控制器的降载复合控制策略,并分析了正常风况和极端风况下该策略的控制效果.结果表明:与传统PID独立变桨控制相比,在极端运行阵风和极端湍流模型下,独立变桨自抗扰控制方法使叶根挥舞弯矩标准差减小18％以上;与传统恒速偏航控制相比,在极端风向变化下,偏航模糊控制方法使偏航轴承滚动力矩标准差减小约27％.降载复合控制策略有效降低了极端风况下双转子风力机的大载荷,抑制了功率波动.
利用小型化模拟炉膛开展了零碳燃料氢气对燃气锅炉燃烧过程调控作用实验研究,研究了掺氢比对炉膛内部预混火焰宏观形态、炉膛温度均匀性、炉膛污染物排放规律的影响,并总结了 CO及NOx的排放规律.实验结果表明:随着预混当量比增加,纯甲烷火焰长度逐渐缩短;对于20％掺氢火焰,随着预混程度的提高,火焰长度降低明显;不同火焰条件下,炉膛温度只由燃烧功率控制;改变燃烧条件时,处于壁面附近位置的温度变化较为平稳,而靠近火焰处温度变化较大;天然气中掺入氢气,燃烧时可以有效降低未燃CO排放;在相同预混程度下,全局当量比减小导致未燃空气增加,热量被稀释,火焰温度降低,热力型NOx的生成降低;随着掺氢比的增加,燃烧时火焰温度升高,导致热力型NOx排放增加.
为了解决传统空气冷却系统散热效率不足的问题,通过实验方法将喷雾蒸发过程与强制空气冷却相结合,强化电池热管理系统的散热效率.建立了基于热管阵列/喷雾冷却复合结构的电池组散热系统,对比了不同冷却措施的散热性能,研究了入口风速、喷雾频率及喷雾占空比对系统散热性能的影响规律.结果表明:复合温控结构在1 C倍率下可完全抑制电池组升温,在3 C倍率下可将电池组平均温度维持在41℃左右;采用10 s喷雾周期进行冷却可将电池组平均温度降低2℃,喷雾频率的增加可显著降低电池温度波动.
压气机在运行过程易受到砂石等外来物冲击,致使叶片产生轻微损伤,进而导致气动性能下降.本文以某轴流压气机进口级静子中基元级为研究对象,利用数值模拟方法分析了"凹坑"型损伤尺寸、位置对压气机叶片基元级性能的影响规律,揭示了叶型损伤对边界层流动演化的影响机制.研究表明:随损伤位置向前缘靠近,叶型性能恶化程度呈非线性增大;损伤特征尺寸可以影响边界层转捩的形式,进而影响叶型损失;型面损伤增强了边界层流体与主流区的掺混程度,使损伤区域附近边界层流体动能增强,进而影响分离泡转捩位置,在特定条件下可以减小叶型损失.
以蒸发与冷凝温差为30℃的20 kW月球基地能量系统为例,采用R600a为工质研究了有机工质透平/泵一体化一维设计和三维建模,使用CFD模拟计算了蒸发温度对透平和工质泵效率、流量和功率的影响规律,及透平/泵在转速、质量流量和压比相等的强耦合约束条件下的变工况运行特性.研究表明:透平/泵最佳设计转速为23 610 r/min,透平进口直径为156 mm时效率为79％,泵出口直径为29 mm时效率为71％;随着蒸发温度的增加,透平/泵的转速呈线性增加,效率先上升后下降,保持在70％以上,输出功呈线性增加趋势;当考虑蒸发器、冷凝器和管路压损时,同转速下蒸发温度比理想情况低2.16℃、输出功率低3.13 kW、效率略微下降;透平/泵一体化技术结构紧凑,在变工况时拥有良好的运行性能,非常适用于对体积重量要求较高的航空航天领域.
