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电力驱动冷热双供耦合供能系统经济性分析
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作者 姜志鹏 李帅旗 +2 位作者 何世辉 宋文吉 冯自平 《储能科学与技术》 北大核心 2026年第3期971-982,共12页
针对工业园区化石能源供热和制冷主机结合冷却塔供冷的冷热独立供应现状,为实现低碳供能的发展目标,本研究提出一种基于热泵与蓄能的电力驱动冷热双供供能耦合系统。通过结合能源现状,建立了该系统的数值模型,研究了供冷温度(7~20℃)和... 针对工业园区化石能源供热和制冷主机结合冷却塔供冷的冷热独立供应现状,为实现低碳供能的发展目标,本研究提出一种基于热泵与蓄能的电力驱动冷热双供供能耦合系统。通过结合能源现状,建立了该系统的数值模型,研究了供冷温度(7~20℃)和供热温度(50~120℃)对热力性能的影响,且从是否兼顾制冷需求两个维度对比了该系统与传统的燃煤、燃气及电锅炉供能方案的经济性和环境效益。研究结果表明,在性能分析中,当制热温度为120℃、制冷温度为7℃时,系统的性能系数(COP)最大时中间温度为71℃,对应值为1.733。在经济性分析中,兼顾制冷需求时,该系统在50~120℃温区的全寿命周期成本最低,其日运行成本相比于电锅炉、燃煤锅炉和燃气锅炉分别节省了73.9%、57.4%和80%。在碳排放方面,该系统的碳排放量显著低于电锅炉和燃煤锅炉,当供热温度为60℃时,其碳排放仅为电锅炉的24%,在大多数应用场景下亦优于燃气锅炉方案。综上,从经济效益与环境效益评估来看,热泵在制冷与供热需求并存的场景中最具优势。 展开更多
关键词 冷热双供 热泵 锅炉 性能分析 经济性分析 碳排放
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光热汽轮机转子热结构耦合应力预测及优化
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作者 李伟业 文思果 +3 位作者 丁莹 綦芮 袁奇 李浦 《西安交通大学学报》 北大核心 2026年第4期187-198,共12页
针对太阳能光热汽轮机中低压转子在冷态启动过程中的应力集中问题,通过有限元建模与混合残差编码网络(HRENet)相结合的方法,开展了瞬态热固耦合分析、应力预测及优化研究。首先,建立了转子有限元模型,模拟冷态启动工况。其次,提出一种新... 针对太阳能光热汽轮机中低压转子在冷态启动过程中的应力集中问题,通过有限元建模与混合残差编码网络(HRENet)相结合的方法,开展了瞬态热固耦合分析、应力预测及优化研究。首先,建立了转子有限元模型,模拟冷态启动工况。其次,提出一种新型HRENet模型,用于精准预测不同启动参数下转子应力集中点的应力。最后,通过启动优化与结构优化降低转子应力。其中,启动过程的划分和优化是基于初始温度、升速率、初始升温时间和温升率4个参数;结构优化则采用自适应多目标方法对转子中心打孔进行设计。研究结果表明:最大温度应力出现在第1级叶根槽倒圆角位置,这主要源于该区域的高温度梯度;与人工神经网络、卷积神经网络、残差神经网络和Transformer模型相比,HRENet的综合加载等效应力预测平均绝对误差分别降低了65.23%、78.01%、88.23%和85.65%,均方误差降低了82.13%、90.43%、98.94%和96.22%,从而显著提升了预测精度;启动优化结果发现,温升率对应力影响最大,同时启动时间缩短了23.08%,危险点应力降低了5.3%;结构优化后,第1级叶根槽倒圆角应力分别降低了33.33%和28.43%。该研究可为光热汽轮机转子的安全运行与优化设计提供有效方法。 展开更多
关键词 光热汽轮机转子 混合残差编码网络 热固耦合分析 启动优化 结构优化
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前缘双层壁结构的涡轮静叶冷却性能和压力损失特性研究
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作者 李世涵 张超才 +2 位作者 张垲垣 李志刚 李军 《西安交通大学学报》 北大核心 2026年第4期227-238,共12页
针对双层壁冷却结构在燃气涡轮高曲率静叶前缘区域的应用效果不佳和流动机理不明晰的问题,基于全覆盖气膜冷却的GE-E3静叶建立了前缘双层壁结构(LEDWS)静叶模型,研究双层壁结构对静叶流动及冷却压力损失特性的影响。采用Fluent流热耦合... 针对双层壁冷却结构在燃气涡轮高曲率静叶前缘区域的应用效果不佳和流动机理不明晰的问题,基于全覆盖气膜冷却的GE-E3静叶建立了前缘双层壁结构(LEDWS)静叶模型,研究双层壁结构对静叶流动及冷却压力损失特性的影响。采用Fluent流热耦合方法,在3.0%、4.0%、5.0%的前缘冷气质量流量比下对比研究了两种静叶的冷却和压损性能,并通过流线图剖析流动机理;针对LEDWS静叶,研究了上述性能在6个吹风比下的变化趋势。结果表明:试验工况(质量流量为4.0%)下,相比GE-E3静叶,LEDWS静叶的冷气压损提高了50.6%,但叶栅总压损失仅提高0.7%,前缘区域综合冷效可以达到0.81,提高了20.9%;双层壁结构的冲击特征引起冷气动量大幅下降,同时冷气流动角度变化也导致气膜孔入口更大的堵塞涡,因此冷气压损提高,进而又引起吹风比下降,导致大部分区域冷气抬升角度减小,前缘下游冷气出流易受上游冷气形成的湍流卷吸而脱离壁面,但吹风比的下降会加快上游冷气的湍流耗散从而减弱卷吸效应,最终造成气膜冷效提高,结合增强的内部换热,LEDWS静叶的综合冷效提高;LEDWS静叶前缘综合冷却随吹风比增加而递增,最终稳定在0.84左右。 展开更多
关键词 燃气涡轮 静叶前缘 双层壁结构 流动机理 总压损失 冷却性能
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燃烧室出口温度分布模式对涡轮性能的影响研究
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作者 庞历瑶 梁明莉 +3 位作者 赵宁波 杨晓涛 易杰 徐宏昊 《热能动力工程》 北大核心 2026年第1期65-76,共12页
为研究燃烧室出口温度分布模式对一级高压涡轮性能的影响,在燃烧室出口高温中心与涡轮静叶的相对位置不同及不同温比条件下,采用Fluent软件对一级高压涡轮开展CFD数值模拟,选取50%叶高处及不同轴向位置作为特征截面,对比分析了均匀与非... 为研究燃烧室出口温度分布模式对一级高压涡轮性能的影响,在燃烧室出口高温中心与涡轮静叶的相对位置不同及不同温比条件下,采用Fluent软件对一级高压涡轮开展CFD数值模拟,选取50%叶高处及不同轴向位置作为特征截面,对比分析了均匀与非均匀燃烧室出口温度分布条件下涡轮静叶与动叶的气动特性、温度分布以及涡轮效率变化。结果表明:燃烧室出口高温中心正对涡轮静叶前缘时,静叶的叶间通道中部高速区随温比增加而向静叶两端延伸,静叶前缘与压力侧表面温度升高,动叶下游温差加剧;高温中心正对静叶的叶间通道时,叶间通道中、后段高速区随温比增大而扩张,静叶吸力侧低温区范围增大,相同温比下,动叶出口径向速度波动与下游尾迹现象减弱,静叶出口与动叶下游区域温度分布均匀性增强。涡轮效率随温比增加而减小,随着温比由1.0增至1.3,高温中心正对静叶前缘时涡轮流量增加更显著,而高温中心正对叶间通道时轮周功减少更明显,对应涡轮效率分别降低了0.58%和0.60%。 展开更多
关键词 燃气轮机 燃烧室 出口温度分布 高压涡轮 温比
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低雷诺数下粗糙度对高负荷低压涡轮叶栅端区流动调控机理研究
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作者 李迈 何婕 +3 位作者 袁航 李紫良 刘军 卢新根 《工程热物理学报》 北大核心 2026年第3期797-806,共10页
低雷诺数下,高负荷低压涡轮面临端区流动损失增大的难题。本文以某高负荷低压涡轮叶栅为对象,利用经过校核的数值模拟手段,系统研究了叶表粗糙度对高负荷低压涡轮叶栅端区损失的影响。研究表明,与光滑叶片相比,在叶片表面铺设粗糙度能... 低雷诺数下,高负荷低压涡轮面临端区流动损失增大的难题。本文以某高负荷低压涡轮叶栅为对象,利用经过校核的数值模拟手段,系统研究了叶表粗糙度对高负荷低压涡轮叶栅端区损失的影响。研究表明,与光滑叶片相比,在叶片表面铺设粗糙度能增大主流与低能流体掺混,缓解端区低能流体堆积,从而削弱二次流强度,减小端区损失。无量纲粗糙度过小或铺设长度过短时会降低调控效果,而二者取值过大时会加剧湍流耗散,增大损失。当粗糙度布置在叶片前缘与速度峰值点之间时,粗糙度的引入可以使叶栅通道内总压损失系数减小41.47%,二次湍动能系数降低21.47%,较大限度提升低雷诺数下涡轮叶栅气动性能。 展开更多
关键词 低雷诺数 高负荷低压涡轮 流动控制 粗糙度 端区二次流
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汽轮发电机组轴系动力学灵敏度分析及响应预测
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作者 李德昊 陈九如 +3 位作者 冀大伟 陈钢 李浦 袁奇 《西安交通大学学报》 北大核心 2026年第4期199-209,共11页
针对汽轮机组轴系动态响应特性的快速预测问题,通过有限元建模与混合卷积神经网络(HCNet)相结合的方法,开展了轴系动力学响应的灵敏度分析和预测。首先,基于虚拟材料法建立了考虑联轴器不对中刚度特性的汽轮机组轴系有限元模型;其次,考... 针对汽轮机组轴系动态响应特性的快速预测问题,通过有限元建模与混合卷积神经网络(HCNet)相结合的方法,开展了轴系动力学响应的灵敏度分析和预测。首先,基于虚拟材料法建立了考虑联轴器不对中刚度特性的汽轮机组轴系有限元模型;其次,考虑联轴器参数不确定性,针对联轴器转动惯量、质量、平行不对中量与角度不对中量4个参数,采用拉丁超立方采样方法,计算了不同参数组合下的轴系动力学响应并开展了Sobol灵敏度分析;最后,提出了一种新型HCNet模型,实现了轴系频响特性的高效预测。研究结果表明:振动响应峰值对角度不对中更加敏感,其在添加一阶、二阶不平衡量下的一阶灵敏度指数与总灵敏度指数分别为0.50、0.48与0.60、0.65,均显著高于其他参数。新型HCNet模型预测的轴系频响特性,其精度显著优于卷积神经网络、残差神经网络和Transformer这3种经典模型预测的轴系频响特性。该研究可为汽轮发电机组轴系动力学响应的快速预测与故障诊断提供理论支撑和分析方法。 展开更多
关键词 汽轮发电机组轴系 有限元建模 灵敏度分析 混合卷积神经网络
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流向微肋气膜冷却布局对涡轮动叶凹槽状叶顶传热冷却性能的影响
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作者 李世涵 白波 +4 位作者 程国强 许承天 孔祥林 李志刚 李军 《发电技术》 2026年第1期145-156,共12页
【目的】为了提高叶顶传热冷却性能,探究叶顶凹槽中弧线微肋对冷气的诱导作用及对叶顶传热性能的影响,采用数值求解三维雷诺平均奈维-斯托克(Reynolds averaged Navier-Stokes,RANS)方程和标准k-ω湍流模型的方法,研究了流向微肋气膜冷... 【目的】为了提高叶顶传热冷却性能,探究叶顶凹槽中弧线微肋对冷气的诱导作用及对叶顶传热性能的影响,采用数值求解三维雷诺平均奈维-斯托克(Reynolds averaged Navier-Stokes,RANS)方程和标准k-ω湍流模型的方法,研究了流向微肋气膜冷却布局对涡轮动叶凹槽状叶顶传热冷却性能的影响。【方法】基于GE-E3高压涡轮第一级动叶凹槽状叶顶,依据前人经验,设计了前缘及尾缘大孔径气膜孔和中弦近压力侧2个小孔径气膜孔的叶顶气膜冷却布局(case 1),随后在冷气稀薄的中弦近吸力侧添加了2个小孔径气膜孔,并将中弦4个气膜孔放置在3个位置探究气膜孔位置的影响,3个位置冷却布局分别添加一个30%弧长的中弧线微肋,探究微肋结构的影响。【结果】与case 1相比,将微肋放在凹槽前缘位置可以降低0.9%的叶顶泄漏量和0.5%的流道出口截面总压损失,将微肋放在靠近尾缘的位置可以降低8%的叶顶传热系数,若不考虑微肋表面,则能降低16%的叶顶传热系数,同时该位置的流向微肋气膜冷却布局具有0.43的气膜冷却有效度和最优的冷却均匀度。【结论】研究结果可为燃气轮机高性能叶顶结构的耦合设计提供参考。 展开更多
关键词 燃气轮机 流向微肋 凹槽状叶顶 传热系数 气膜冷却有效度 冷却性能 雷诺平均奈维-斯托克方程
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多级轴流透平叶片的三维流道一维化优化设计方法
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作者 李紫旸 戚乾刚 +1 位作者 曹培愉 黄典贵 《动力工程学报》 北大核心 2026年第4期39-49,148,共12页
针对现有多级透平设计过程繁琐、设计周期长、经验依赖性强的缺点,基于流量守恒、实际气体模型和一维损失模型,采用内点算法寻优,结合叶型参数化方法,提出了适用于多级透平叶片的三维流道一维化优化设计方法,并搭建对应自动优化设计平... 针对现有多级透平设计过程繁琐、设计周期长、经验依赖性强的缺点,基于流量守恒、实际气体模型和一维损失模型,采用内点算法寻优,结合叶型参数化方法,提出了适用于多级透平叶片的三维流道一维化优化设计方法,并搭建对应自动优化设计平台。该方法通过将叶片流道沿径向切分为多个子流道进行单独设计,再结合三维数值模拟结果修正损失模型并进行迭代优化,从而跳过准三维设计步骤并有效减少全三维设计的迭代次数,在缩短设计时间并降低对经验的依赖性的同时获得精准且气动性能优良的设计结果,最后采用某300 MW F级燃气轮机四级透平进行验证。结果表明:利用该方法得到的透平设计结果与三维数值模拟结果基本一致;相比于原型设计,其各透平级动静叶的攻角匹配更优良,叶片扭转程度小,从而显著降低二次流损失,且轮周效率提升0.66百分点,质量流量提升1.24%,轴功提升1.99%。 展开更多
关键词 多级轴流透平 气动设计 叶片流道 损失模型 气动性能
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大涵道比发动机模拟转子动力学设计与验证
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作者 王瑱珑 李斌 +3 位作者 马瑞贤 廖明夫 张广辉 刘占生 《节能技术》 2026年第1期34-38,共5页
大涵道比航空发动机具有燃油经济性高的优点,是大型民用客机的主要动力,转子动力学设计对发动机经济性和安全性至关重要。为了评估大涵道比发动机低压转子系统动力学特性,建立了模拟低压转子有限元模型,该模型考虑了实际发动机转子鼓筒... 大涵道比航空发动机具有燃油经济性高的优点,是大型民用客机的主要动力,转子动力学设计对发动机经济性和安全性至关重要。为了评估大涵道比发动机低压转子系统动力学特性,建立了模拟低压转子有限元模型,该模型考虑了实际发动机转子鼓筒的分叉和锥形轴结构,计算了转子动力学特性,搭建了模拟低压转子动力学特性试验器,验证了所建立转子系统有限元模型的准确性。结果表明,仿真与试验得到的转子前2阶临界转速误差在5%以内,且前2阶振型一致。弹性支承刚度对转子动力学特性影响较大,需采用试验对弹性支承刚度进行修正。 展开更多
关键词 航空发动机 转子动力学 临界转速 振型 弹性支承
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基于改进K均值聚类分析和粒子群算法的阀门流量特性曲线优化
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作者 任鹏伟 肖宇翔 +3 位作者 孙嘉明 高源 文思源 何成兵 《汽轮机技术》 北大核心 2026年第1期69-75,共7页
针对火电机组阀门流量特性实际曲线偏离理论曲线的问题,提出一种基于改进K均值聚类分析和改进粒子群算法相结合的阀门流量特性曲线优化方法。首先,采用数据加和筛选法进行历史运行数据预处理,建立原始阀门流量特性数据集;然后,基于等效... 针对火电机组阀门流量特性实际曲线偏离理论曲线的问题,提出一种基于改进K均值聚类分析和改进粒子群算法相结合的阀门流量特性曲线优化方法。首先,采用数据加和筛选法进行历史运行数据预处理,建立原始阀门流量特性数据集;然后,基于等效蒸汽流量法建立阀门流量特性优化数据集;之后,提出改进K均值聚类分析算法拟合构建实际阀门流量特性曲线;最后,提出改进粒子群算法获得优化后的阀门流量特性曲线。以经典测试函数为例,验证了改进粒子群算法可有效避免进行复杂优化时易陷入局部最优的问题,并具有很高的参数识别精度和鲁棒性。以某330MW机组为例,详细分析了阀门流量特性曲线优化过程,基于该机组的一次调频仿真模型,比较了阀门优化前后一次调频性能,验证了本文方法的有效性。 展开更多
关键词 火电机组 阀门流量特性曲线 数据加和筛选法 改进K均值聚类分析 改进粒子群算法
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太阳能光热发电系统超临界二氧化碳向心透平优化设计及性能分析
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作者 毛东学 李健 +2 位作者 李航 杨依栋 马国伟 《电力科技与环保》 2026年第1期148-158,共11页
【目的】面向能源清洁低碳转型与先进电力装备发展需求,设计1.6 MW级超临界二氧化碳(S-CO_(2))向心透平,针对向心透平内部泄漏损失和二次流损失,对其进行优化设计,提高运行效率,挖掘其在太阳能光热发电等新型能源系统中的应用潜力。【... 【目的】面向能源清洁低碳转型与先进电力装备发展需求,设计1.6 MW级超临界二氧化碳(S-CO_(2))向心透平,针对向心透平内部泄漏损失和二次流损失,对其进行优化设计,提高运行效率,挖掘其在太阳能光热发电等新型能源系统中的应用潜力。【方法】基于循环参数完成透平一维热力设计,采用三维数值模拟,研究向心透平内流特性以及动叶数量与叶顶间隙变化对透平性能影响规律。选取关键几何参数建立优化模型,进行多参数协同优化设计,之后分析变工况下的性能特性。【结果】研究表明,叶顶泄漏流会在向心透平在子午面转折处形成较大泄漏涡,并与主流相互影响造成较大泄漏二次流损失;动叶数量增大,对流体控制能力增加,抑制泄漏涡在子午转折区域由叶顶向叶根的纵向发展,同时叶片表面载荷下降,等熵效率随之增大,叶片数目为17时,功率达到最大值;叶顶间隙增大导致顶部泄漏窜流强度增大,下游分离影响范围扩散,0.8 mm间隙时,分离二次流覆盖整个下游流道上端部,顶部间隙平均每增加1%,透平等熵效率下降0.78%,泄漏率增加0.27%;转速低于或等于设计值时,效率呈先升后降的趋势;高于设计值时,效率随转速平缓上升。相同转速下,入口温度升高显著提升效率和功率;入口压力降低则显著降低功率,低压下低转速效率更高且变化平缓。【结论】本研究中关键几何参数优化可为高速超临界二氧化碳向心透平优化设计提供理论依据,变工况特性研究可为太阳能光热布雷顿循环系统优化运行提供参考价值。 展开更多
关键词 太阳能发电 向心透平 数值模拟 流动分析
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重型燃气轮机动叶片蠕变寿命预测的轻量化建模方法
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作者 耿明泽 郭怡凡 +4 位作者 姜孝谟 章旋 闫斌斌 周家付 陈丁聚 《动力工程学报》 北大核心 2026年第2期45-53,共9页
针对重型燃气轮机动叶片的可靠性运维需求,通过降阶处理数值仿真结果,结合本征正交分解降阶技术和数据驱动的机器学习回归拟合方法,发展了一种轻量化建模方法,从而实现利用拉森-米勒法对蠕变寿命的快速预测。结果表明:所提出的降阶模型... 针对重型燃气轮机动叶片的可靠性运维需求,通过降阶处理数值仿真结果,结合本征正交分解降阶技术和数据驱动的机器学习回归拟合方法,发展了一种轻量化建模方法,从而实现利用拉森-米勒法对蠕变寿命的快速预测。结果表明:所提出的降阶模型在5个危险节点下对叶片蠕变寿命的预测精度误差最大不超过5%,同时降阶方法对温度场和应力场的计算效率分别是传统仿真方法的9.00×10^(5)倍和1.50×10^(5)倍。相关研究结果可以为重型燃气轮机动叶片的在线运维监测提供重要的理论和方法支持。 展开更多
关键词 重型燃气轮机 动叶片 本征正交分解 机器学习 蠕变寿命预测
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离心压缩机自激非定常脉动的周向传播特征研究
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作者 刘传亮 李振亚 +2 位作者 王天齐 郝宁 赵峰 《动力工程学报》 北大核心 2026年第4期50-58,共9页
压缩机内部的自激非定常脉动特性及稳定性直接影响着整机的性能和安全,以压缩空气储能系统中的某级离心压缩机为模型,采用计算流体力学方法,得到非定常数值模拟结果,研究并提取了自激非定常脉动沿周向的传播特征。结果表明:在0.3~0.5倍... 压缩机内部的自激非定常脉动特性及稳定性直接影响着整机的性能和安全,以压缩空气储能系统中的某级离心压缩机为模型,采用计算流体力学方法,得到非定常数值模拟结果,研究并提取了自激非定常脉动沿周向的传播特征。结果表明:在0.3~0.5倍叶片通过频率范围内,自激非定常脉动周向尺度特征显著;随着流量的增加,模态数从15增加为19,而模态转速则从-0.65倍叶片转速降低至-0.56倍叶片转速,周向扰动团的模态数和转速决定了叶顶自激非定常脉动频率;确定了自激非定常脉动周向传播的关键参数,并发现各个流道间脉动的相位差是产生周向扰动的根本原因。 展开更多
关键词 离心压缩机 压缩空气储能 自激非定常脉动 周向传播 全流道模拟
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Low-Reynolds-Number Performance of Micro Radial-Flow Turbines at High Altitudes
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作者 Yanzhao Yang Kai Yang +10 位作者 Junwei Zhang Fengsuo Jiang Sheng Xu Lei Chen Jun Bai Luyi Lu Hua Ji Zhihao Jing Senhao Wang Jingjing Zheng Haifeng Zhai 《Fluid Dynamics & Materials Processing》 2026年第1期66-85,共20页
The low-pressure and low-density conditions encountered at high altitudes significantly reduce the operating Reynolds number of micro radial-flow turbines,frequently bringing it below the self-similarity critical thre... The low-pressure and low-density conditions encountered at high altitudes significantly reduce the operating Reynolds number of micro radial-flow turbines,frequently bringing it below the self-similarity critical threshold of 3.5×10^(4).This departure undermines the applicability of conventional similarity-based design approaches.In this study,micro radial-flow turbines with rotor diameters below 50 mm are investigated through a combined approach integrating high-fidelity numerical simulations with experimental validation,aiming to elucidate the mechanisms by which low Reynolds numbers influence aerodynamic and thermodynamic performance.The results demonstrate that decreasing Reynolds number leads to boundary-layer thickening on blade surfaces,enhanced flow separation on the suction side,and increased secondary-flow losses within the blade passages.These effects jointly produce a pronounced and non-linear deterioration of turbine efficiency.Geometric scaling analysis further indicates that efficiency losses intensify with decreasing turbine size,and become particularly severe at low rotational speeds and high expansion ratios.Detailed flow-field analyses reveal a direct link between the degradation of blade loading distribution and the amplification of transverse pressure gradients under low-Reynolds-number conditions,providing physical insight into the observed performance decline. 展开更多
关键词 High altitude low Reynolds number radial-flow turbine aerodynamic performance experimental verification
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基于LSTM模型的重型燃气轮机非线性广义预测控制器设计
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作者 雷扬 杨卓 +1 位作者 左信 岳元龙 《热能动力工程》 北大核心 2026年第2期85-95,共11页
针对T60重型燃气轮机存在的动态特性强非线性、多变量耦合及工况大范围变化等特点,提出一种基于长短期记忆网络(LSTM)的非线性广义预测控制器设计方法。构建了燃气轮机多输入多输出LSTM动态模型,通过互信息法确定时间窗口,采用四分位距... 针对T60重型燃气轮机存在的动态特性强非线性、多变量耦合及工况大范围变化等特点,提出一种基于长短期记忆网络(LSTM)的非线性广义预测控制器设计方法。构建了燃气轮机多输入多输出LSTM动态模型,通过互信息法确定时间窗口,采用四分位距剔除异常值,并对数据进行标准化处理。进一步设计重型燃气轮机的非线性广义预测控制器(NGPC),利用LSTM模型在线预测自由响应并采用数值逼近强制响应以构建动态矩阵,提出基于局部线性化的实时梯度优化策略,将非凸优化问题转化为可实时求解的二次规划子问题,并利用投影梯度下降法实时求解控制率。在MATLAB平台开展仿真实验,选取大范围阶跃负荷为扰动输入、控制周期100 ms。仿真结果表明:在负荷突变时,相比T60燃气轮机用的Min-Max控制器,NGPC控制器通过调节燃料量使转速波动超调量显著降低,且响应曲线平滑度提高42%;控制误差显著降低,转速与温度约束违规率为零,单步计算耗时7~9 ms,占控制周期的9%以内,满足重型燃气轮机实时控制要求。 展开更多
关键词 广义预测控制 重型燃气轮机 长短期记忆网络 非线性模型
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烟气轮机冷模系统内能量转换过程的数值研究
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作者 郭颖 万德海 +2 位作者 王建军 畅元江 王琦 《高校化学工程学报》 北大核心 2025年第5期856-867,共12页
烟气轮机用于回收催化裂化再生烟气中的能量,是炼油厂中关键的节能设备。在以往对烟气轮机的研究中,多采用类似滑移网格等对转子施加主动转速的数值模拟方法,这与烟气轮机实际工作物理过程有所差异。因此,本研究采用六自由度方法同时对... 烟气轮机用于回收催化裂化再生烟气中的能量,是炼油厂中关键的节能设备。在以往对烟气轮机的研究中,多采用类似滑移网格等对转子施加主动转速的数值模拟方法,这与烟气轮机实际工作物理过程有所差异。因此,本研究采用六自由度方法同时对烟气轮机能量转换与能量输出过程中的流场进行数值模拟,搭建了相应的冷模实验系统,并采用粒子图像测速(PIV)技术进行了流场测试。基于流动与动力参数两方面验证了数值模拟的准确性。研究结果表明,相较于传统类似滑移网格等对转子施加一定转速的方法,六自由度方法可以求解烟气轮机能量转换过程中的流场,更加贴合烟气轮机实际物理工作过程。在此基础上,得到了冷态模型系统能量转换过程中的全流场,并基于数值模拟求解的动力参数评估了能量回收系统中各个组件之间的能量转换效率。研究结果为催化裂化烟气轮机能量回收系统内流场的基础研究提供了新的途径。 展开更多
关键词 烟气轮机 能量转换 数值模拟 六自由度
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基于临界转速避开率的涡轮泵转子系统可靠性快速评估
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作者 王珏 窦唯 +1 位作者 姜绪强 金志磊 《宇航学报》 北大核心 2025年第3期580-588,共9页
涡轮泵转子系统中的浮动环密封,非连续转子结构等部件的力学特性计算复杂度较大,不利于转子系统可靠度的快速评估。提出将转子转速、浮动环密封长度和间隙、浮动环密封压差、预旋系数以及轴系不同位置处的拧紧力矩等参数作为Kriging模... 涡轮泵转子系统中的浮动环密封,非连续转子结构等部件的力学特性计算复杂度较大,不利于转子系统可靠度的快速评估。提出将转子转速、浮动环密封长度和间隙、浮动环密封压差、预旋系数以及轴系不同位置处的拧紧力矩等参数作为Kriging模型的输入变量,经过训练得到浮动环密封动力学系数及轴系等效弹性模量的概率分布及转子系统代理模型,并基于应力-强度干涉理论建立考虑临界转速避开率的可靠度计算方法,实现复杂非线性转子系统可靠度的快速评估。 展开更多
关键词 涡轮泵 转子振动 可靠性 Kriging代理模型 强度干涉理论
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基于热流固耦合的变几何涡轮特性一维预估方法研究
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作者 郭桂友 张轲 +1 位作者 贺志彬 张海 《风机技术》 2025年第3期20-28,共9页
为研发高效变几何涡轮气动设计时的性能预测方法,本文提出了一种变几何涡轮特性一维预估模型。根据设计分析理论和经验模型,建立变几何涡轮特性一维预估模型,在此基础上,考虑涡轮部件变形对性能预测的影响并基于流热固耦合方法建立变几... 为研发高效变几何涡轮气动设计时的性能预测方法,本文提出了一种变几何涡轮特性一维预估模型。根据设计分析理论和经验模型,建立变几何涡轮特性一维预估模型,在此基础上,考虑涡轮部件变形对性能预测的影响并基于流热固耦合方法建立变几何涡轮叶片变形量一维计算模型,通过与特性一维预估模型进行双向耦合,建立基于热流固耦合的变几何涡轮特性一维预估模型。与三维仿真方法对比,结果显示:预估模型与三维仿真的全工况特性曲线趋势一致,其中总-总膨胀比最大相对误差为1.98%,等熵效率最大相对误差为2.30%。 展开更多
关键词 变几何涡轮 热流固耦合 一维预估 特性曲线 损失模型
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压缩空气储能系统膨胀机的旁路控制策略 被引量:2
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作者 陈泽兵 李文 +2 位作者 朱阳历 王星 陈海生 《工程热物理学报》 北大核心 2025年第7期2091-2105,共15页
压缩空气储能(CAES)系统在释能阶段储气室中空气的压力逐渐降低,当其低于某一值后,机组无法实现额定的总输出功率,为了解决此问题,本研究提出将旁路系统应用于CAES系统的膨胀机中。本文为某CAES系统的膨胀机组设计了3类旁路系统:一级(3... 压缩空气储能(CAES)系统在释能阶段储气室中空气的压力逐渐降低,当其低于某一值后,机组无法实现额定的总输出功率,为了解决此问题,本研究提出将旁路系统应用于CAES系统的膨胀机中。本文为某CAES系统的膨胀机组设计了3类旁路系统:一级(3种)、二级(3种)和三级(1种)旁路系统,共7种。通过调节主阀和旁路阀的开度,改变部分涡轮的进出口总压,进而改变其质量流率和输出功率,实现机组额定的总输出功率。结果表明:能实现预期工作效果的共有5种,采用三级旁路系统能实现最低的储气室中空气的终态压力,扩大机组的滑压运行范围。效果最优的为分别调控T1、T2的二级旁路系统,能实现机组最长的发电时间和系统最高的能量密度,相比于原机组提升了71.25%。采用旁路控制的方法能延长机组的发电时间,提高系统的能量密度。 展开更多
关键词 压缩空气储能系统 膨胀机 旁路系统 控制策略
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压缩空气储能轴流压缩机叶片应力优化方法 被引量:3
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作者 石贵月 陶海亮 +4 位作者 左志涛 李靖鑫 陈吉祥 陈家希 陈海生 《储能科学与技术》 北大核心 2025年第4期1522-1532,共11页
压缩空气储能系统被认为是目前最有发展前景的大规模物理储能技术,轴流压缩机作为其核心部件,其长期安全稳定运行是保障先进压缩空气储能系统经济性和安全性的前提。轴流压缩机工作过程中,叶片作为其能量转换的关键部件易受到疲劳破坏,... 压缩空气储能系统被认为是目前最有发展前景的大规模物理储能技术,轴流压缩机作为其核心部件,其长期安全稳定运行是保障先进压缩空气储能系统经济性和安全性的前提。轴流压缩机工作过程中,叶片作为其能量转换的关键部件易受到疲劳破坏,而构造叶片三维造型的方式可以有效调整应力分布特征。为此,对压缩空气储能1.5级轴流压缩机进行结构优化设计,采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)、径向基函数人工神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)建立代理模型、快速非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithms-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)捕捉目标值的优化方法,建立了轴流动叶三维弯、掠结构造型参数化一体优化流程。优化结果表明:优化后叶片最大等效应力从376.8 MPa降低到255.9 MPa,应力降低幅度32.1%,优化效果明显,叶片应力分布形态及大小主要取决于离心力,合理的弯掠改型调整了各叶身截面重心位置和离心力弯矩;优化方法对流场分布、动叶表面载荷分布、叶顶间隙的能量耗散未产生明显影响,可实现气动性能和结构应力分布解耦。 展开更多
关键词 轴流压缩机 积叠方式 参数化建模 数值模拟
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