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冷却器热量回收在S-CO_(2)燃煤发电系统中的优化方案研究

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中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 225-235页

作者：郭源东孙恩慧徐进良王兆福刘国华华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室保定071003 华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206

S-CO_(2)循环的冷却过程为变温放热,因此,通过空气回热实现冷却器的热量回收(CHR)是提高S-CO_(2)燃煤发电系统效率的有效方法.炉膛尾部烟道烟气余热吸收是冷却器热量回收应用于S-CO_(2)燃煤发电面临的关键难题.针对这一问题,本文首先围... 详细信息

S-CO_(2)循环的冷却过程为变温放热,因此,通过空气回热实现冷却器的热量回收(CHR)是提高S-CO_(2)燃煤发电系统效率的有效方法.炉膛尾部烟道烟气余热吸收是冷却器热量回收应用于S-CO_(2)燃煤发电面临的关键难题.针对这一问题,本文首先围绕具备再热与间冷的再压缩循环(RC+RH+IC)应用了双烟道冷却器热回收方案,使空气预热器内的空气能在更宽的温区吸收烟气热量,显著提高炉膛烟气余热吸收能力,解决了进行冷却器热回收时排烟温度升高的问题.当循环主汽参数为620℃/30 MPa时,相比单烟道冷却器热量回收方案,循环效率由51.95%(RC+RH+IC+CHR)提升至52.36%(RC+RH+IC+DCHR).为进一步优化冷却器热回收与烟气余热吸收的耦合关系,本文提出冷却器减流方案(CFR),并应用循环拆分法对新系统进行分析.结果表明,该方案提高了系统的回热程度,增加了循环中效率等效为1的子循环工质质量流量份额,最终使循环效率由51.95%(RC+RH+IC+CHR)提升至52.50%(RC+RH+IC+DCHR+CFR).

关键词： S-CO_(2)燃煤发电系统冷却器热量回收冷却器减流循环拆分法双烟气通道

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sCO_(2)循环部分负荷运行特性研究

中国科学：技术科学 2024年第1期54卷 78-90页

作者：郑毫楠徐进良王兆福苗政华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

超临界二氧化碳(supercritical CO_(2), sCO_(2))循环发电系统结构紧凑,具有灵活高效的特点.本文以300 MW级s CO_(2)循环发电系统为研究对象,基于存储控制(inventory control)运行方式构建了耦合部件非设计(off-design)计算的系统部分... 详细信息

超临界二氧化碳(supercritical CO_(2), sCO_(2))循环发电系统结构紧凑,具有灵活高效的特点.本文以300 MW级s CO_(2)循环发电系统为研究对象,基于存储控制(inventory control)运行方式构建了耦合部件非设计(off-design)计算的系统部分负荷模型.部分负荷运行时,回热器和涡轮机械运行参数都会发生变化,且变化规律不同,为剖析系统性能损伤机理,设置了两种不同研究方案:(1)涡轮机械主要运行参数(主气压力和等熵效率)不变,研究回热器对系统热效率的影响;(2)涡轮机械和回热器参数均发生变化.不同研究方案结果表明,随负荷率减小回热器效率增加,压降减小,对系统性能产生正效应.部分负荷运行时主气压力的减小对透平做功影响较大,同时透平效率降低明显,对系统产生负效应.标准存储控制条件下,系统热效率随负荷率呈抛物线变化. 100%~75%负荷时,系统中正效应大于负效应,热效率大于设计热效率,在85%负荷时系统热效率达到最大值49.82%. 75%~30%负荷时,系统中正效应小于负效应,热效率小于设计热效率.研究结果可为sCO_(2)循环系统的变负荷运行提供指导,并可为系统动态调控过程提供目标值.

关键词： sCO_(2)循环存储控制部分负荷轴流式透平轴流式压缩机

超临界CO_(2)池式换热实验与数值模拟研究

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中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 636-644页

超临界传热已进行了广泛研究,但对其现象及机理的认识仍不充分,本文研究了超临界二氧化碳(supercritical,sCO_(2))池式传热.实验以长度为22 mm和直径为70 μm铂丝为加热和测温元件,容器压力为8~10 MPa,加热丝热流密度范围为0~1800 kW/m^... 详细信息

超临界传热已进行了广泛研究,但对其现象及机理的认识仍不充分,本文研究了超临界二氧化碳(supercritical,sCO_(2))池式传热.实验以长度为22 mm和直径为70 μm铂丝为加热和测温元件,容器压力为8~10 MPa,加热丝热流密度范围为0~1800 kW/m^(2),显著高于文献中的参数范围.采用变物性层流模型进行流固耦合数值模拟,加热丝附近采用了多尺度网格技术,数值模拟与实验结果吻合良好.发现传热系数h随热流密度qw的变化呈S形曲线,将h-qw曲线划分成三个区域.在类临界温度前,因瑞利数Ra随qw增大而增大,h随qw增大而增大;当铂丝温度开始超过类临界温度后,由于超临界流体回流效应增强,h继续增大直到获得最大值.随后,由于近壁区类气膜热阻增大,h随qw增大而减小直到获得极小值.在超过h极小值点后,由于高温下超临界流体导热系数随温度增大而增大,随qw增大h回复到增大趋势.本文获得了全参数范围内传热系数与热流密度的关系曲线,获得了对超临界池式传热较为完整的理解.

关键词：超临界CO_(2) 池式换热自然对流数值模拟

流动方向对超临界二氧化碳流动传热特性的影响

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物理学报 2024年第2期73卷 192-201页

作者：程亮元徐进良华北电力大学低品位能源多相流与传热北京市重点实验室北京102206 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

本文基于拟沸腾理论研究了超临界二氧化碳(sCO_(2))在水平和垂直向上管中的流动和传热特性差异.比较了不同质量流量、热流密度和压力下水平管与垂直向上管的流动和换热特性差异.与以往超临界流体的经典单相流体假设不同,本文引入拟沸腾... 详细信息

本文基于拟沸腾理论研究了超临界二氧化碳(sCO_(2))在水平和垂直向上管中的流动和传热特性差异.比较了不同质量流量、热流密度和压力下水平管与垂直向上管的流动和换热特性差异.与以往超临界流体的经典单相流体假设不同,本文引入拟沸腾理论来处理sCO_(2)在两管中的流动和传热,将超临界流体视为多相结构,包括近壁区的类气层和管芯中的类液流体.结果发现,传热方面,在正常传热模式下垂直向上管内壁温和水平管底母线内壁温基本一致.当垂直向上管发生传热恶化时,垂直向上管的壁温峰值会随着超临界沸腾数(SBO)的增大超过对应焓值位置的水平管顶母线内壁温.垂直向上管中SBO区分了正常传热和传热恶化.而在水平管中,当弗劳得数小于100时,SBO主导顶底壁面最大壁温差.相比于垂直向上管,相同压力下的超临界流体在水平管内发生传热恶化需要更高的热流密度和质量流量的比值.流动方面,引起垂直向上管压降斜率增高的机理是孔口收缩效应.主导水平管压降变化的机理是分层效应,并用弗劳得数在水平管中顶底壁温差异与压降之间建立联系.

关键词：超临界二氧化碳流动传热拟沸腾传热恶化

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受限空间内超临界流体相分布的尺寸效应

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第2期54卷 23-35页

作者：王艳谢剑徐进良董明北京怀柔实验室北京101400 低品位能源多相流与传热北京市重点实验室(华北电力大学) 北京102206

许多研究表明,超临界流体具有不均匀的分子结构.本文采用分子动力学方法,模拟了受限空间内类液(Liquid-Like,LL)、类两相(Two-Phase-Like,TPL)和类气(Gas-Like,GL)区超临界流体(Supercritical Fluid,SF)结构特征和相分布规律,分析通道... 详细信息

许多研究表明,超临界流体具有不均匀的分子结构.本文采用分子动力学方法,模拟了受限空间内类液(Liquid-Like,LL)、类两相(Two-Phase-Like,TPL)和类气(Gas-Like,GL)区超临界流体(Supercritical Fluid,SF)结构特征和相分布规律,分析通道尺寸和壁面润湿性对不同状态SF相分布的影响.研究表明,不同状态SF均在超疏水表面近壁区形成GL膜,随着壁面润湿性的增强,气膜逐渐消失,原子逐渐在润湿性较强的壁面聚集;润湿性较强的TPL流体的通道中部会形成明显的空隙及局部低密度的GL区,近壁区会形成LL膜.尺寸效应对近壁区原子密度振荡范围的影响可忽略不计,但随着通道尺寸减小,LL相近壁区流体的密度则呈现出增大趋势,该现象在GL相消失.不同通道尺寸对应含气率随温度的变化趋势一致,壁面润湿性对含气率的影响较小,随着润湿性的减弱,含气率均呈现出先增大后减小的变化规律,且不同通道尺寸对应不同的转折点.结合三维原子快照,从能量角度对SF的相分布特征进行分析,较大势能束缚原子运动,易形成高密度的LL区,而较低势能区原子易发生逃逸,形成低密度的GL区.本工作将有助于理解纳米通道内SF的结构及相分布规律,为SF微尺度设备设计和应用提供一定的理论基础.

关键词：超临界流体分子动力学润湿性尺寸效应相分布

超临界回热燃煤发电系统热力循环的构建及分析

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中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 236-246页

作者：孙恩慧李汇锋钱启琛纪洪福张磊徐进良华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室保定071003 华北电力大学电站能量传递转化与系统教育部重点实验室北京102206

回热过程对朗肯循环热效率的提升起重要作用,但当前有关回热的研究仅局限在亚临界区域,并未对超临界区域进行深入的探索.本文提出超临界回热方式,构建了超临界回热循环,从效率角度探明了该回热过程的优势.以某二次再热燃煤发电系统为例... 详细信息

回热过程对朗肯循环热效率的提升起重要作用,但当前有关回热的研究仅局限在亚临界区域,并未对超临界区域进行深入的探索.本文提出超临界回热方式,构建了超临界回热循环,从效率角度探明了该回热过程的优势.以某二次再热燃煤发电系统为例,基于热力学第一、第二定律对其与BEST小机回热进行热力学理论计算与对比分析.结果表明,超临界回热可有效提高发电效率,在本文案例中,当主汽参数为32 MPa和610/625/622℃时,所提出的两种超临界回热过程可在发电效率47.57%基础上,分别提升0.96%与1.02%, BEST小机回热可使发电效率提升0.1%.同时发现BEST小机回热可有效降低循环回热过程的?损,超临界回热则可大幅降低锅炉?损,当两者耦合时,可以实现效率的进一步提升(48.7%和48.76%).本文提出的超临界回热过程是在亚临界区域回热的基础上突破瓶颈,进一步实现了在超临界区域的回热,是循环回热优化的进一步发展.

关键词：朗肯循环超临界回热 BEST小机发电效率 ?分析

基于方向相位稠密特征的多传感器遥感影像配准方法和系统

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遥感学报 2024年第6期28卷 1525-1538页

作者：叶沅鑫王蒙蒙杨超喻智睿葛旭明西南交通大学地球科学与工程学院成都611756

针对多传感器遥感影像间因显著几何畸变和非线性灰度差异造成的配准困难问题,本文提出了一种基于结构相似性的快速精确配准方法。首先,为构建多传感器影像间的稳健结构特征,本文引入光照和对比度不变性的相位一致性模型,利用相位一致性... 详细信息

针对多传感器遥感影像间因显著几何畸变和非线性灰度差异造成的配准困难问题,本文提出了一种基于结构相似性的快速精确配准方法。首先,为构建多传感器影像间的稳健结构特征,本文引入光照和对比度不变性的相位一致性模型,利用相位一致性特征值和特征方向,构建了一种逐像素的三维结构特征描述符—方向相位稠密特征DFOP(Dense Feature of Orientated Phase)。该特征描述符通过捕捉影像的几何结构分布,能够有效抵抗多传感器影像间的灰度差异;其次,基于模板匹配的策略,将DFOP描述符变换到频率域,并进行快速子像素精度匹配,从而研制出了一种快速鲁棒的多传感器遥感影像配准系统;最后,通过利用多种地貌类型的多传感器遥感影像对所提出的方法进行测试。测试结果表明,相较于其他基于灰度或结构特征的匹配方法,本研究提出的DFOP方法能够获得更高的匹配正确率,且所开发的配准系统也优于商业软件ENVI以及ERDAS的配准模块。

关键词：多传感器遥感影像影像配准相位一致性方向相位稠密特征影像配准系统

基于机载高光谱影像的农田尺度土壤有机碳密度制图

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遥感学报 2024年第1期28卷 293-305页

作者：刘潜王梦迪郭龙王冉贾中甫胡献君唐乾坤石铁柱深圳大学自然资源部大湾区地理环境监测重点实验室&广东省城市空间信息工程重点实验室&深圳市空间信息智能感知与服务重点实验室深圳518060 华中农业大学资源与环境学院武汉430070 内蒙古自治区测绘地理信息中心呼和浩特010020 海军工程大学武汉430032 自然资源部第三航测遥感院&四川测绘地理信息局成都610100

准确监测土壤有机碳密度SOCD(Soil Organic Carbon Density)对调控土壤碳汇、合理利用土壤资源具有重要意义。机载高光谱影像为精细化SOCD制图提供了重要数据源。由于机载高光谱在数据收集过程中易受到外部因素的影响,光谱中存在噪声影... 详细信息

准确监测土壤有机碳密度SOCD(Soil Organic Carbon Density)对调控土壤碳汇、合理利用土壤资源具有重要意义。机载高光谱影像为精细化SOCD制图提供了重要数据源。由于机载高光谱在数据收集过程中易受到外部因素的影响,光谱中存在噪声影响SOCD的估算精度。因此,本研究旨在探究基于机载高光谱影像估算SOCD的技术流程。对原始光谱进行预处理,包括一阶微分FD(First Derivative)和包络线去除CR(Continuum Removal)变换。采用遗传算法GA(Genetic Algorithm)选择特征波段,并结合不同回归方法,如偏最小二乘回归PLSR(Partial Least Square Regression)、多元线性回归MLR(Multiple Linear Regression)、支持向量机SVM(Support Vector Machine)和人工神经网络ANN(Artificial Neural Network)估算SOCD。结果表明,在经过GA特征波段选择后,原始光谱、FD光谱和CR光谱预测SOCD的精度均有所提高。使用原始光谱特征波段,PLSR、MLR、SVM和ANN共4种模型预测SOCD的决定系数R~2分别为0.672、0.621、0.551和0.678。使用FD与CR光谱特征波段的R~2范围分别在0.452—0.593和0.332—0.602,具有较大的误差。利用原始光谱的特征波段进行SOCD数字制图,不同回归模型预测的SOCD在空间上具有较为相似的变化趋势,与SOCD测量值较为相近,绝对误差较大的点多出现在采样点边缘附近。

关键词：土壤有机碳密度机载高光谱遗传算法数字土壤制图

神经辐射场应用于大规模实景三维场景可视化研究进展

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遥感学报 2024年第5期28卷 1242-1261页

作者：赵强佘江峰万奇峰贺丽霞李思睿吴双品南京大学地理与海洋科学学院自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室江苏省地理信息技术重点实验室南京210023 商丘师范学院测绘与规划学院河南省农业遥感大数据发展创新实验室河南省黄河故道生态保护与治理工程技术研究中心商丘476000

地理实景三维场景是重要的国家数字基础设施,其将地理信息从传统二维平面扩展到信息更丰富更全面的三维空间,数据以显式三维模型的形式存储表达。然而,经典的显式三维模型具有数据量大、可视化效果粗糙等问题,在一定程度上限制了实景三... 详细信息

地理实景三维场景是重要的国家数字基础设施,其将地理信息从传统二维平面扩展到信息更丰富更全面的三维空间,数据以显式三维模型的形式存储表达。然而,经典的显式三维模型具有数据量大、可视化效果粗糙等问题,在一定程度上限制了实景三维模型的实际应用。神经辐射场NeRF(Neural Radiance Field)是一种基于神经隐式立体表达(Neural Implicit Volume Representing)进行可微渲染(Differentiable Rendering)以实现高质量视图合成的新方法,由Mildenhall等(2020)首次提出,以其逼真的视图合成效果与新颖的实现方式成为计算机视觉领域的热点研究方向。自NeRF提出以来,国内外爆发式涌现出大量有关神经辐射场的研究文献,主要聚集于可视化效果的生成方法研究,兼有少量将其用于大规模实景三维场景可视化研究探索。本文回顾了神经辐射场提出的背景,概述了神经辐射场及其在大规模实景三维可视化方面的研究进展,分析了目前利用神经辐射场进行大规模实景三维场景可视化研究中被关注的无边界场景、锯齿效果、瞬态遮挡、光度一致性、场景重照明与可见性场等问题,指出了目前研究在多源数据融合、视觉效果优化、虚拟环境感知等方面面临的挑战,对未来值得进一步深入探索的方向进行了展望。

关键词：遥感神经辐射场视图合成隐式立体表达计算机视觉虚拟地理环境