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含硼纳米流体燃料液滴燃烧特性研究

工程热物理学报 2024年第08期 2524-2530页

作者：肖思祺黄骞李水清清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室

含硼纳米流体燃料能量密度高，发展潜力大，但着火延迟、燃烧行为等基础燃烧特性研究的匮乏限制了该燃料在发动机上的实际应用。本文搭建了基于多元扩散平焰燃烧器的“飞滴法”实验平台，研究含硼(质量分数0～10%)乙醇液滴的着火及燃烧... 详细信息

含硼纳米流体燃料能量密度高，发展潜力大，但着火延迟、燃烧行为等基础燃烧特性研究的匮乏限制了该燃料在发动机上的实际应用。本文搭建了基于多元扩散平焰燃烧器的“飞滴法”实验平台，研究含硼(质量分数0～10%)乙醇液滴的着火及燃烧特性。发现添加硼颗粒降低了乙醇液滴的着火延迟时间，在1400 K下降幅可达约30%；添加硼颗粒会导致液滴微爆，且随温度升高，液滴微爆发生的时间更早。建立了包含纳米颗粒辐射吸收机制的单液滴燃烧模型，量化纳米颗粒辐射吸热对液滴初期燃烧速率的增幅，结果表明该机制不是纳米颗粒促进液滴燃烧的唯一主导因素。

关键词：硼纳米流体燃料着火延迟微爆炸液滴燃烧

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外加电场下电介质颗粒层结构重构与悬浮

化工学报 2024年

作者：钱啸宇阮璇李水清清华大学能源与动力工程系

施加电场控制荷电颗粒的运动广泛应用于工业过程。目前对电介质颗粒群在电场中行为的研究仍不充分。因此，通过数值模拟研究了电介质颗粒层在外加电场内的完整动力学行为。基于研究结果，首先构建了电场中电介质颗粒的行为模式相图，并... 详细信息

施加电场控制荷电颗粒的运动广泛应用于工业过程。目前对电介质颗粒群在电场中行为的研究仍不充分。因此，通过数值模拟研究了电介质颗粒层在外加电场内的完整动力学行为。基于研究结果，首先构建了电场中电介质颗粒的行为模式相图，并推导出相邻区域的边界。进一步表征了颗粒层结构，探究了外场和颗粒间静电作用对结构重构的影响机制。最后，对颗粒层的悬浮运动过程进行了分析。

关键词：数值模拟多尺度颗粒静电作用结构重构悬浮

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煤炭掺氨燃烧基础研究与技术应用研究进展

煤炭学报 2024年第6期49卷 2876-2886页

作者：司桐黄骞杨远平马鹏雷小洋李水清清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084 北京石油化工学院机械工程学院北京102617

能源安全和“双碳”目标影响着全球能源产业链供应链,对我国能源电力系统的安全高效和绿色低碳转型提出了迫切的要求。为保障能源安全,煤电在未来相当长一段时间内仍是我国电力供应安全及可再生能源消纳的重要支撑。为实现碳中和,能源... 详细信息

能源安全和“双碳”目标影响着全球能源产业链供应链,对我国能源电力系统的安全高效和绿色低碳转型提出了迫切的要求。为保障能源安全,煤电在未来相当长一段时间内仍是我国电力供应安全及可再生能源消纳的重要支撑。为实现碳中和,能源系统逐渐从主要依赖化石能源转向以可再生能源为主,但可再生能源的间歇性、随机性、波动性特点使得电力系统调节更加困难,系统平衡和安全问题更加突出。在这种情况下,以氨为代表等零碳燃料在处理可再生能源的间歇性方面发挥着不可或缺的作用,其既可作为长时大规模储能的载体来实现可再生能源大规模消纳,又可灵活地用在锅炉等动力设备中直接替代燃用。然而,由于零碳燃料与化石燃料在理化性质上的差异,导致零碳燃料在燃用过程中存在如火焰稳定性差、易生成氮氧化物等问题,给氨燃料的大规模利用带来了挑战。为此,从煤炭掺氨燃烧的可行性、经济性和必要性出发,对氨煤共燃的化学反应动力学、燃烧特性(着火、稳燃)和污染物生成特性(NO_(x)、飞灰颗粒物和碳烟生成)进行了全面综述,并讨论了以无量纲准则数为基础的燃烧器模化放大准则,详细探讨了现有工业级氨煤燃烧器高效稳定燃烧控制策略,C—N燃料分级、空气分级及其联合控制均有效降低NO_(x)的排放,未来融合人工智能、大数据及数字孪生等信息化技术,有望从源头为下一代面向双碳战略的新型绿色动力发电系统的研发提供科学支撑和路径参考。

关键词：氨煤共燃低碳 NO_(x) 分级燃烧模化放大人工智能

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月面巡视器附近月尘静电迁移特性的数值模拟

宇航学报 2024年第4期45卷 613-624页

作者：钱啸宇张易阳方筑杨剑锋方延玮李水清清华大学能源与动力工程系北京100084 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 上海宇航系统工程研究所上海201109

针对月尘在月面巡视器附近的鞘层内的迁移和在设备表面的沉积过程开展数值模拟研究。首先,基于质点网格方法获得了巡视器附近的月表鞘层电场分布。在此基础上,分别探究了月表扬起月尘和静电悬浮月尘在鞘层电场内的迁移和在巡视器表面的... 详细信息

针对月尘在月面巡视器附近的鞘层内的迁移和在设备表面的沉积过程开展数值模拟研究。首先,基于质点网格方法获得了巡视器附近的月表鞘层电场分布。在此基础上,分别探究了月表扬起月尘和静电悬浮月尘在鞘层电场内的迁移和在巡视器表面的沉积。研究表明,巡视器对鞘层电场的扰动作用增强了附近的电场,促进了月尘扬起和向巡视器表面的迁移沉积。当太阳天顶角较小或适中时,月尘只有达到临界行驶速度才能迁移至巡视器表面。

关键词：数值模拟质点网格法鞘层电场静电扬起静电迁移

回转窑低阶煤热解提质工艺及应用技术研究进展

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中国电机工程学报 2024年

作者：杨远平黄云宋民航李刚施鹏宇李水清江苏鹏飞集团股份有限公司中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京石油化工学院机械工程学院清华大学能源与动力工程系热科学与动力工程教育部重点实验室

“双碳”战略的启动，将加速推动煤炭行业，尤其是低阶煤产业的转型升级，促进低阶煤走向资源利用效率高、创新能力强、智能水平高、低碳可持续发展之路。在此背景下，回转窑因其原料适应广、操作连续灵活、产品优质及工艺可大型化等优... 详细信息

“双碳”战略的启动，将加速推动煤炭行业，尤其是低阶煤产业的转型升级，促进低阶煤走向资源利用效率高、创新能力强、智能水平高、低碳可持续发展之路。在此背景下，回转窑因其原料适应广、操作连续灵活、产品优质及工艺可大型化等优势广泛应用于煤热解。为阐明回转窑低阶煤热解技术发展现状及前景，本文首先总结了现有回转窑低阶煤热解技术和工艺特点，并归纳了影响热解产物产率和质量的主要因素。随后，从模型建立及理论分析方面总结了回转窑内物料输运、破碎机制及传热机理。最后，归纳对比了现有回转窑低阶煤提质应用技术，进而分析了现阶段回转窑低阶煤热解技术面临的主要瓶颈与挑战。进而，对未来低阶煤热解研究热点和发展方向进行了展望，以期为回转窑低阶煤热解工艺的优化及绿色高效规模化发展提供参考。

关键词：回转窑低阶煤热解工艺机理模型技术瓶颈智能管控

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基于遗传粒子群优化的热负荷预测方法

中国测试 2024年第6期50卷 131-138,147页

作者：谢文举薛贵军史彩娟李水清华北理工大学电气工程学院河北唐山063210 华北理工大学智能仪器厂河北唐山063210 华北理工大学人工智能学院河北唐山063210

集中供热系统一次网热负荷预测对于换热站能源合理分配具有重大意义,针对换热站之间存在较强的耦合性,如何保证换热站实现节能减排的同时并保证热用户的舒适性是供热行业的首要任务,提出一种基于遗传粒子群的混合神经网络(GAPSO-CNN-BiL... 详细信息

集中供热系统一次网热负荷预测对于换热站能源合理分配具有重大意义,针对换热站之间存在较强的耦合性,如何保证换热站实现节能减排的同时并保证热用户的舒适性是供热行业的首要任务,提出一种基于遗传粒子群的混合神经网络(GAPSO-CNN-BiLSTM)预测模型。首先,利用热负荷历史值、供水流量、供水温度以及回水压力构建模型输入;然后,利用完全噪声辅助聚合经验模态分解(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,CEEMDAN)将供热负荷分解为不同子序列,以弱化供热负荷数据复杂程度,挖掘数据内部潜在特征;其次,为进一步减少模型计算时间,根据样本熵(sample entropy,SE)对子序列进行合并;最后,利用所提模型对不同子序列进行预测重构。实验表明所提模型相比LSTM、CNN-LSTM以及粒子群优化的混合神经网络(PSO-CNN-LSTM)在供热负荷预测中精度分别提高42%,32%,30%拥有更出色的特征提取能力和精度。

关键词：完全噪声辅助聚合经验模态分解样本熵遗传粒子群一次网热负荷预测

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颗粒脱离壁面时湍流诱导的随机振荡现象研究

工程热物理学报 2024年第7期45卷 1990-1993页

作者：尤志凯张易阳廖亚琴方筑李水清孙立斌吴莘馨清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 东方电气中央研究院成都611731 清华大学热能工程系热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

颗粒再悬浮是很多自然现象和工业过程中广泛存在的现象。颗粒脱离壁面的过程包含了颗粒-壁面黏附,湍流-颗粒相互作用等物理机制,研究颗粒再悬浮过程对预测颗粒再悬浮率,开发颗粒清除技术有着重要意义,但至今仍然没有一个统一的理论能够... 详细信息

颗粒再悬浮是很多自然现象和工业过程中广泛存在的现象。颗粒脱离壁面的过程包含了颗粒-壁面黏附,湍流-颗粒相互作用等物理机制,研究颗粒再悬浮过程对预测颗粒再悬浮率,开发颗粒清除技术有着重要意义,但至今仍然没有一个统一的理论能够描述颗粒脱离壁面准确过程。本文对球形单颗粒再悬浮过程进行了高速显微摄像实验,发现了颗粒脱离壁面时湍流诱导的颗粒随机振荡现象;研究了颗粒振荡频率与颗粒粒径的关系,颗粒粒径越小,振荡频率越大。

关键词：颗粒再悬浮高速摄像实验随机振荡

基于SVMD-ISSA-CNN-TGLSTM的供热负荷预测模型

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现代电子技术 2024年第11期47卷 131-139页

作者：薛贵军牛盼谢文举李水清华北理工大学电气工程学院河北唐山063210 华北理工大学智能仪器厂河北唐山063000

针对目前集中供热负荷预测的研究中极少考虑换热站内部因素以及供热负荷预测精准度较低的问题,提出一种基于SVMD-ISSA-CNN-TGLSTM的混合预测模型。首先,利用卷积神经网络和转换门控长短期记忆神经网络构建具有空间提取能力的CNN-TGLSTM... 详细信息

针对目前集中供热负荷预测的研究中极少考虑换热站内部因素以及供热负荷预测精准度较低的问题,提出一种基于SVMD-ISSA-CNN-TGLSTM的混合预测模型。首先,利用卷积神经网络和转换门控长短期记忆神经网络构建具有空间提取能力的CNN-TGLSTM模型;其次,考虑到负荷序列的非平稳特征,采用SVMD分解,并引用改进的麻雀搜索算法来优化模型的参数,避免调参陷入局部最优;最后,将不同模型之间的预测效果与经济效益进行对比。结果表明:SVMD-ISSA-CNN-TGLSTM模型经济效益最高,评价指标RMSE、MSE、MAE相比ISSA-CNN-TGLSTM模型分别降低了35.7%、59.0%、32.7%,且均优于其他不同模型,预测效果最佳。

关键词：供热负荷预测逐次变分模态分解改进的麻雀搜索算法卷积神经网络转换门控长短期记忆神经网络空间提取能力

可解释的变负荷下燃煤机组SCR反应器入口NO_(x)质量浓度预测模型

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热力发电 2024年第7期53卷 119-128页

作者：李影卓建坤吴逸凡樊永刚姚强李水清新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830046 清华大学热科学与动力工程教育部重点实验室北京100084

燃煤电厂灵活调峰过程NO_(x)测量往往存在滞后现象,导致选择性催化还原(selective satalytic reduction,SCR)脱硝喷氨控制系统响应不及时,易造成喷氨量过高或过低,从而造成SCR反应器出口NO_(x)质量浓度波动剧烈和氨逃逸率增大。为实现... 详细信息

燃煤电厂灵活调峰过程NO_(x)测量往往存在滞后现象,导致选择性催化还原(selective satalytic reduction,SCR)脱硝喷氨控制系统响应不及时,易造成喷氨量过高或过低,从而造成SCR反应器出口NO_(x)质量浓度波动剧烈和氨逃逸率增大。为实现喷氨阀门的提前快速调节并考虑影响燃煤锅炉NO_(x)排放量的因素存在耦合性,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络混合模型的SCR反应器入口NO_(x)预测模型。利用一台330 MW燃煤电站锅炉的运行参数,通过Pearson系数法计算特征变量之间的相关性,筛选出相关性较大的特征,并定义模型的输入矩阵和输出矩阵,采用随机搜索算法进行优化,以提高预测性能。进一步利用SHAP算法对黑箱模型进行解释,并通过Simulink仿真验证了带有NO_(x)预测的控制效果。结果表明:CNN-LSTM预测模型在调峰负荷变化时,能够以较高的精度预测SCR反应器入口NO_(x)质量浓度的变化,并能提前25s为喷氨控制系统提供反馈;优化后的喷氨控制策略降低了出口NO_(x)质量浓度与设定值间的标准差(降低28%),并提升了NH_(3)/NO_(x)的响应速度,减小最大氨逃逸量22%。该研究结果可为灵活调峰机组的智慧SCR脱硝技术及燃烧优化提出有效的指导。

关键词： NO_(x)预测燃煤机组 CNN-LSTM模型 SHAP 灵活调峰