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电解铝工业园区的源荷协同优化配置方法

电力自动化设备 2024年第7期44卷 132-140页

作者：王越谢海鹏祝昊西安交通大学电气工程学院陕西西安710049

随着风电和光伏并网容量的不断增加,其固有的波动性与间歇性特征加剧了火电机组调峰的难度。电解铝负荷具有耗电量大、调节速度快等特点,可作为负荷侧灵活性资源参与系统规划。分析了电解铝负荷的生产原理与供电方式,推导了电解铝负荷... 详细信息

随着风电和光伏并网容量的不断增加,其固有的波动性与间歇性特征加剧了火电机组调峰的难度。电解铝负荷具有耗电量大、调节速度快等特点,可作为负荷侧灵活性资源参与系统规划。分析了电解铝负荷的生产原理与供电方式,推导了电解铝负荷的功率与产量的关系,进而建立了电解铝负荷的多阶段需求响应模型。针对电解铝工业园区,以新能源场站的建设成本与工业园区电力系统的运行成本最小为目标,计及电解铝负荷的调节时间、调节深度等特性,建立了考虑电解铝负荷需求响应的源荷协同优化配置模型,促进电解铝负荷与火电机组、可再生能源的协调互补。在求解时,使用变量替换、大M法对模型中的非线性约束进行线性化,将原问题转化为混合整数二次规划问题,从而实现利用商业求解器快速求解。采用实际算例进行仿真计算,结果表明所提方法可以同时兼顾系统经济性与新能源利用率,实现电力系统经济优质运行的目标。

关键词：电解铝负荷源荷协调新能源消纳优化配置需求响应

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竖直肋柱通道氟碳工质过冷沸腾实验研究

工程热物理学报 2024年第7期45卷 2085-2093页

作者：王爽齐迪林梅西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为改进大功率电子设备冷却系统,对竖直五边形肋柱通道进行了氟碳工质过冷沸腾实验,热流密度、进口流速、过冷度分别为50~400 k W·m^(-2)、0.1~0.9 m·s^(-1)、14~29℃。研究发现:随着热流密度的增大,平均传热系数和压降总体上增大,传... 详细信息

为改进大功率电子设备冷却系统,对竖直五边形肋柱通道进行了氟碳工质过冷沸腾实验,热流密度、进口流速、过冷度分别为50~400 k W·m^(-2)、0.1~0.9 m·s^(-1)、14~29℃。研究发现:随着热流密度的增大,平均传热系数和压降总体上增大,传热因子在进口流速大于0.5 m·s^(-1)时增大;随着进口流速的增大,平均传热系数在中高热流密度下先减小后增大,传热因子均减小;随着过冷度的增大,加热壁面均温总体上降低,平均传热系数均减小,传热因子在进口流速大于0.5 m·s^(-1)时减小。

关键词：过冷沸腾实验竖直通道双直角五边形肋柱传热与压降

应用不同深度学习代理模型的灯笼型扰流柱通道换热性能分布预测方法比较

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 31-42页

作者：高尚鸿张韦馨杨克峰汪翔宇丰镇平西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为提高对灯笼型扰流柱通道端壁面的换热分布预测能力,构建并比较了几种深度学习代理模型的预测性能。应用数据驱动的思想,建立了多项式响应面模型(RSM)、径向基函数模型(RBF)、径向基神经网络模型(RBFNN)、Kriging模型和总体平均近似模... 详细信息

为提高对灯笼型扰流柱通道端壁面的换热分布预测能力,构建并比较了几种深度学习代理模型的预测性能。应用数据驱动的思想,建立了多项式响应面模型(RSM)、径向基函数模型(RBF)、径向基神经网络模型(RBFNN)、Kriging模型和总体平均近似模型(Ensemble)共5种传统代理模型以及5种基于生成对抗网络的深度学习代理模型,包括有残差网络的pix2pix模型、pix2pixHD模型、CycleGAN模型、StarGAN模型以及单一无残差网络的pix2pix模型,以扰流柱截面参数为设计变量,通过拉丁超立方抽样分别得到了样本数为50、25、12、6和3的训练集,并根据扰流柱尾迹高换热区分布特点,将训练样本数为50的数据集分为宽样本数据集和窄样本数据集,比较了不同代理模型对端壁面换热性能的预测精度、计算成本和泛化能力。结果表明:有残差网络的pix2pix模型相比于无残差网络的pix2pix模型,预测精度得到有效提高,在样本数为50的情况下,面平均值预测误差从0.68%降低到0.32%,平均相对误差从6.89%降低到6.41%,而且当训练样本数减少时,有残差网络的模型预测能力更加突出;传统代理模型的时间成本可忽略不计,但深度学习模型的单卡训练时间较长,且增加残差网络后的模型计算成本更高;当训练样本数为50时,传统代理模型和深度学习模型之间预测精度差异不大;当训练样本数逐渐减少时,深度学习代理模型展示出更高的预测精度和泛化能力;Kriging模型虽然泛化能力强,但是预测结果趋同;RSM模型、RBF模型和Ensemble模型泛化能力最差,训练样本数较少时,预测结果严重失真。可见在换热性能预测方面,深度学习模型在预测精度与泛化能力上均有显著优势,尤其适合于小样本问题,对提高灯笼型扰流柱截面设计效率具有参考价值。

关键词：燃气轮机代理模型深度学习扰流柱换热性能预测

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双肩壁凹槽叶顶冷却传热性能的优化研究

西安交通大学学报 2024年第1期58卷 68-80页

作者：秦正何坤晏鑫西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为改善航空发动机透平第一级凹槽叶顶的冷却传热性能,利用自编程序搭建了凹槽叶顶的优化设计平台。采用三阶多项式响应面模型和Hooke-Jeeves模式搜索算法的组合优化策略,获得了一种具有优良气热性能的透平级双肩臂凹槽叶顶结构,并将优... 详细信息

为改善航空发动机透平第一级凹槽叶顶的冷却传热性能,利用自编程序搭建了凹槽叶顶的优化设计平台。采用三阶多项式响应面模型和Hooke-Jeeves模式搜索算法的组合优化策略,获得了一种具有优良气热性能的透平级双肩臂凹槽叶顶结构,并将优化结果与传统凹槽叶顶、4种典型双肩臂凹槽叶顶的传热和冷却性能进行了对比,分析了内肩臂的几何参数对凹槽叶顶流场结构和冷却传热性能的影响,评估了双肩臂凹槽叶顶冷却传热性能对设计变量的敏感性。结果表明:优化后的内肩臂分为上下两层;合理的内肩臂几何参数可有效降低泄漏流的冲击作用,有利于冷却流在内外凹槽区域形成良好的覆盖;与传统凹槽叶顶相比,优化后的双肩臂凹槽叶顶的平均传热系数下降了24.96%,平均气膜冷却效率上升了5.38%;叶顶平均传热系数对内肩臂下层的高度最为敏感,叶顶平均气膜冷却效率对内肩臂上层的起始位置更加敏感,而内肩臂上层的高度对双肩臂凹槽叶顶的冷却传热性能影响相对较小。

关键词：航空发动机凹槽叶顶双肩壁优化传热冷却

基于Deeplab v3+的PIV误矢量修复

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工程热物理学报 2024年第6期45卷 1722-1729页

作者：陈建豪林梅西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

在PIV图像后处理过程中,修正其误矢量对获取准确速度矢量场起到关键作用。本研究在模拟和实验矢量图数据库中人为添加误矢量,通过标注添加误矢量图像,用Deeplab v3+算法来识别分割误矢量,并同时生成用于修正的掩膜(mask),其识别分割的... 详细信息

在PIV图像后处理过程中,修正其误矢量对获取准确速度矢量场起到关键作用。本研究在模拟和实验矢量图数据库中人为添加误矢量,通过标注添加误矢量图像,用Deeplab v3+算法来识别分割误矢量,并同时生成用于修正的掩膜(mask),其识别分割的损失控制在0.001。对于修复,使用了DeepFill v2算法,用正确矢量图像训练网络,将损失稳定于0.05。将识别生成的mask和原始待修正的PIV图像,放入修正图像,靠输入指令即可实现PIV矢量图像中的误矢量自动识别与修正。结果表明,此方法,可批量处理PIV矢量图像,简单方便且自动化,具有较高的识别分割与修正精度。

关键词： PIV矢量图像深度学习误矢量识别与修复 Deeplab v3+ DeepFill v2

燃烧室百叶与双排孔冷气对透平端壁冷却性能影响研究

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西安交通大学学报 2024年第6期58卷 65-76页

作者：张垲垣栗智宇李志刚李军西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对燃烧室与透平冷气掺混导致实际二次流发展及端壁冷却性能偏离设计值的问题,综合考虑燃烧室百叶冷气尾迹与双排孔射流,数值研究了多源冷气射流在燃烧室与透平交界区的掺混机制,分析了其对透平静叶端壁气膜冷却与流动特性的影响规律... 详细信息

针对燃烧室与透平冷气掺混导致实际二次流发展及端壁冷却性能偏离设计值的问题,综合考虑燃烧室百叶冷气尾迹与双排孔射流,数值研究了多源冷气射流在燃烧室与透平交界区的掺混机制,分析了其对透平静叶端壁气膜冷却与流动特性的影响规律。研究结果表明:空腔涡卷吸大部分百叶冷气,并跨越双排孔冷气向下游发展,马蹄涡卷吸限制大部分双排孔冷气,并向空腔涡外侧发展;当双排孔冷气吹风比M_h=0.5,1.0较小时,马蹄涡导致冷气形成楔形高冷效区域,空腔涡的附着侧和分离侧分别产生了高、低冷效区,随着百叶冷气吹风比M_l的增加,空腔涡强度显著降低,导致位于楔形中心的分离侧冷却效率有所提升;当双排孔冷气吹风比M_h为1.5时,双排孔冷气部分跨越马蹄涡,静叶端壁可实现完全冷气覆盖,此时百叶冷气吹风比M_l从0.5增加到1.5,静叶端壁平均冷却效率可从0.4提升到0.63。该研究为考虑燃烧室与透平交界区实际流动掺混情况的静叶端壁冷却结构与布局设计提供理论基础。

关键词：透平静叶端壁燃烧室百叶冷气双排孔射流气膜冷却

面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环高级[火用]分析

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 43-55页

作者：姜悦茂王顺森吴杰鹏颜晓江宋立明西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

针对常规[火用]分析方法不能揭示部件总[火用]损中那部分是由自身不可逆性造成的以及有多少可以通过优化而避免的问题,对面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环进行了高级[火用]分析,找出[火用]损来源,探究部件真实提升潜能。首先,从热力... 详细信息

针对常规[火用]分析方法不能揭示部件总[火用]损中那部分是由自身不可逆性造成的以及有多少可以通过优化而避免的问题,对面向余热回收的超临界CO_(2)动力循环进行了高级[火用]分析,找出[火用]损来源,探究部件真实提升潜能。首先,从热力学、经济与紧凑性3个角度对回热式循环余热回收系统进行了多目标优化,进行了热经济与常规[火用]分析;继而,将每个部件的[火用]损细分为内源可避免、内源不可避免、外源可避免与外源不可避免4部分,进行了高级[火用]分析;最后,比较了常规[火用]与高级[火用]分析结果,揭示了常规[火用]分析方法的局限性。结果表明,经优化后系统净发电量、平准化度电成本与单位功率面积分别为6.24 MW、4.48美分/(kW·h)与0.19 m^(2)/kW;回热器总[火用]损率最高,约为36.7%。由于关键设备技术限制,系统极限[火用]效率相比理想工况低约7%,系统总[火用]损主要由部件自身不可逆性产生,其中有42.9%可通过部件改进而减少。在不同燃机工况下,透平具有最高的内源可避免[火用]损率。

关键词：余热回收超临界CO_(2)动力循环多目标优化热经济分析高级[火用]分析

采用AK-MCS的燃气轮机轮盘疲劳寿命预测及可靠性评估

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西安交通大学学报 2024年第4期58卷 107-116页

作者：罗宇轩李金星赵名星谢永慧张荻西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

为确保燃气轮机透平轮盘在实际工作中的性能和可靠性,综合考虑燃气轮机服役时轮盘伴随的多种不确定性因素,通过概率表征合理量化,采用主动学习克里金代理模型与蒙特卡罗模拟结合算法(AK-MCS),搭建了考虑多源混合不确定性的燃气轮机轮盘... 详细信息

为确保燃气轮机透平轮盘在实际工作中的性能和可靠性,综合考虑燃气轮机服役时轮盘伴随的多种不确定性因素,通过概率表征合理量化,采用主动学习克里金代理模型与蒙特卡罗模拟结合算法(AK-MCS),搭建了考虑多源混合不确定性的燃气轮机轮盘寿命预测代理模型,并对轮盘低周疲劳寿命可靠性进行了合理评估。建立了一套完整的轮盘低周疲劳寿命可靠性分析流程,完成了某型燃气轮机透平轮盘低周疲劳寿命可靠性评估及灵敏度分析。研究结果表明:轮盘的最大等效应力值为773.518 MPa,最大应变值为0.004 73,局部危险点位于轮槽第3根齿面下方的圆角处,寿命预测结果为1.177×10^(4)周。设计寿命为8×10^(3)周的条件下,得到透平轮盘的失效概率为0.043 1,可靠度为0.956 9。灵敏度分析结果表明,影响疲劳寿命最主要的参数是轮槽齿面接触压力及轮盘转速。研究结果展示了AK-MCS算法在轮盘可靠性分析中的应用优势,能为工程中轮盘的设计提供方法和参考数据。

关键词：燃气轮机轮盘主动学习低周疲劳寿命不确定性量化可靠性

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异步反转式组合型垂直轴水轮机性能研究

中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 1178-1187页

作者：陈云瑞周家逸郭朋华李景银西安交通大学能源与动力工程学院陕西西安710049 西安交通大学航天航空学院陕西西安710049

为了解决升力型垂直轴水轮机因其较低的静力矩而无法应用于低流速海流环境的问题,提出一种内外转子异步反转的组合型水轮机。装置的外部是H型转子,内部采用Savonius型转子,2个转子在各自最优尖速比下运行,在提供运行效率的同时降低系统... 详细信息

为了解决升力型垂直轴水轮机因其较低的静力矩而无法应用于低流速海流环境的问题,提出一种内外转子异步反转的组合型水轮机。装置的外部是H型转子,内部采用Savonius型转子,2个转子在各自最优尖速比下运行,在提供运行效率的同时降低系统启动流速。利用CFD软件数值分析内部转子的转速、组合轮机的直径比对外部H型转子及组合轮机性能的影响规律。采用数值计算方法研究组合轮机在不同来流方向的静力矩系数。研究结果表明:当直径比小于0.4时,内部转子的尖速比几乎不影响外部H型转子的效率,但当内部转子尖速比大于0.5时,内部转子转换为耗功部件,组合轮机的效率降低;由于内外转子存在转速差,大直径比组合轮机的内外转子将产生较强的相位干涉,增加外部转子的扭矩波动,会降低组合轮机的寿命。因此,组合轮机的直径比应选择为0.2~0.4,内部S型转子尖速比为0.2~0.5。组合轮机在大部分流动方向下,静力矩系数显著提升。

关键词：组合型水轮机异步反转 H型转子 Savonius型转子