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条缝喷嘴几何结构对旋流冷却特性的影响

航空动力学报 2024年第1期39卷 40-48页

作者：马永乐成克用淮秀兰中国科学院工程热物理研究所北京100190 中科南京未来能源系统研究院南京211135 中国科学院大学南京学院南京211135 中国科学院大学工程科学学院北京100049

为了寻求更优的透平叶片前缘冷却结构,建立了条缝喷嘴旋流冷却结构,并选用标准k-ε湍流模型进行数值计算,探究了条缝喷嘴几何结构对旋流冷却流动与换热特性的影响。在所研究雷诺数范围内,条缝喷嘴旋流冷却靶面换热流向不均匀度比离散结... 详细信息

为了寻求更优的透平叶片前缘冷却结构,建立了条缝喷嘴旋流冷却结构,并选用标准k-ε湍流模型进行数值计算,探究了条缝喷嘴几何结构对旋流冷却流动与换热特性的影响。在所研究雷诺数范围内,条缝喷嘴旋流冷却靶面换热流向不均匀度比离散结构小67.8%~71.9%;条缝喷嘴旋流冷却靶面换热强度在喷嘴范围内沿流向呈上升趋势;通过改变条缝喷嘴截面斜度角可以有效影响靶面换热分布,当斜度角为0.24 rad时,换热强度沿流向基本呈均匀分布,超过此值,则呈下降趋势;条缝喷嘴高度对旋流冷却换热均匀性影响较为明显,当喷嘴高度是水力直径3.41倍时,综合性能最好;此外,还探究了条缝喷嘴宽度对旋流冷却的影响。

关键词：燃气轮机叶片前缘条缝喷嘴旋流冷却流动传热

压缩空气储能系统膨胀机末级叶片特殊边界处理与失效分析

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动力工程学报 2024年第3期44卷 355-360页

作者：刘畅朱阳历张华良陶海亮李俊左志涛陈海生中科南京未来能源系统研究院南京211135 中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

以压缩空气储能(CAES)系统中膨胀机末级叶片为研究对象,针对末级叶片的离心力工况,提出了一种高效的等效叶冠约束模型,并对比了循环对称约束模型和多叶片模型的仿真结果。同时,还开发了一种能够模拟弹塑性和失效行为的本构程序。结果表... 详细信息

以压缩空气储能(CAES)系统中膨胀机末级叶片为研究对象,针对末级叶片的离心力工况,提出了一种高效的等效叶冠约束模型,并对比了循环对称约束模型和多叶片模型的仿真结果。同时,还开发了一种能够模拟弹塑性和失效行为的本构程序。结果表明:与其他模型相比,等效叶冠约束模型的仿真结果与全尺寸模型结果最接近,兼具精度和效率优势;所编写的本构子程序可有效模拟17-4ph钢的应力-应变响应曲线;针对所研究的叶片构型,当失效发生在叶片径向约1/4位置处时,失效区域快速扩大。

关键词：末级叶片离心力工况失效行为

基于CFD-DEM的新型挡板式移动床反应器内Ca(OH)/CaO热化学储能过程模拟

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过程工程学报 2024年

作者：陈简一许闽仝仓黄彩凤淮秀兰中国科学院大学中国科学院工程热物理研究所中科南京未来能源系统研究院

Ca(OH)2/CaO热化学储能技术因其高储能密度和低成本等优势而备受关注，被认为是一种具有潜力的新型储能技术。普通的固定床反应器存在Ca(OH)2颗粒储热速率过低的问题，为改善储能速率，引入了一种挡板式移动床结构，并采用计算流体力学... 详细信息

Ca(OH)2/CaO热化学储能技术因其高储能密度和低成本等优势而备受关注，被认为是一种具有潜力的新型储能技术。普通的固定床反应器存在Ca(OH)2颗粒储热速率过低的问题，为改善储能速率，引入了一种挡板式移动床结构，并采用计算流体力学与离散元耦合方法(CFD-DEM)对重力作用下移动反应床内氢氧化钙颗粒的储热过程进行了研究。相比多孔渗流模型，CFD-DEM更接近真实的流动情况，能提供颗粒尺度的物理信息。结果表明，相同条件下移动床能获得比固定床更高的储能速率，证明了将移动床用作热化学反应器的可行性；移动床内挡板的引入能有效延长颗粒在反应器中的停留时间，从而提高反应器的储能速率与能源利用率，但也会增加气体侧的压降。提高反应器进口气体温度能提高储能速率；在一定范围内提升进口气体流速可提高储能速率，但过高的流速可能引起堵塞，导致储能速率降低；进口固体流量存在最优值，使反应床的总储能速率最高。

关键词：离散元方法氢氧化钙热化学储能移动床反应器数值模拟

基于CFD-DEM的新型挡板式移动床反应器内Ca（OH）2/CaO热化学储能过程模拟

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过程工程学报 2024年第8期 894-903页

作者：陈简一许闽仝仓黄彩凤淮秀兰中国科学院工程热物理研究所中国科学院大学中科南京未来能源系统研究院

Ca（OH）2/CaO热化学储能技术因其高储能密度和低成本等优势而备受关注，被认为是一种具有潜力的新型储能技术。普通的固定床反应器存在Ca（OH）2颗粒储热速率过低的问题，为改善储能速率，引入了一种挡板式移动床结构，并采用计算流体... 详细信息

Ca（OH）2/CaO热化学储能技术因其高储能密度和低成本等优势而备受关注，被认为是一种具有潜力的新型储能技术。普通的固定床反应器存在Ca（OH）2颗粒储热速率过低的问题，为改善储能速率，引入了一种挡板式移动床结构，并采用计算流体力学与离散元耦合方法（CFD-DEM）对重力作用下移动反应床内Ca（OH）2颗粒的储热过程进行了研究。相比多孔渗流模型，CFD-DEM更接近真实的流动情况，能提供颗粒尺度的物理信息。结果表明，相同条件下移动床能获得比固定床更高的储能速率，证明了将移动床用作热化学反应器的可行性；移动床内挡板的引入能有效延长颗粒在反应器中的停留时间，从而提高反应器的储能速率与能源利用率，但也会增加气体侧的压降。提高反应器进口气体温度能提高储能速率；在一定范围内提升进口气体流速可提高储能速率，但过高的流速可能引起堵塞，导致储能速率降低；进口固体流量存在最优值，使反应床的总储能速率最高。

关键词：离散元方法氢氧化钙热化学储能移动床反应器数值模拟

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基于椭圆基神经网络模型的排汽缸优化设计

工程热物理学报 2024年第4期45卷 1007-1014页

作者：彭姝璇付经伦中科南京未来能源系统研究院燃气轮机数字化中心南京211135 中科院工程热物理研究所先进燃气轮机实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 中国科学院大学南京学院南京211135 中国科学院先进能源动力重点实验室北京100190

本文以最优拉丁超立方试验设计方法构建样本库,采用椭圆基神经网络构建近似模型,结合多岛遗传算法搭建全自动优化设计系统。以排汽缸静压恢复系数最大化作为优化目标,采用此系统对某型号汽轮机机组排汽缸导流环型线进行气动优化设计。... 详细信息

本文以最优拉丁超立方试验设计方法构建样本库,采用椭圆基神经网络构建近似模型,结合多岛遗传算法搭建全自动优化设计系统。以排汽缸静压恢复系数最大化作为优化目标,采用此系统对某型号汽轮机机组排汽缸导流环型线进行气动优化设计。结果表明:各设计变量中导流环起始角度对排汽缸性能影响最显著。优化后排汽缸扩压器、排汽蜗壳性能均有改善,排汽缸静压恢复系数提高7.91%,总压损失系数下降5.98%。在其他运行工况,优化结构性能仍优于原型,且在THA工况下性能改善显著,排汽缸静压恢复系数提高13.45%,总压损失系数下降10.44%,表明该优化系统对汽轮机低压排汽缸气动设计有效可行。

关键词：椭圆基神经网络排汽缸导流环静压恢复系数总压损失系数

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风光储多能互补能源系统容量配置优化研究

储能科学与技术 2024年

作者：智筠贻凌浩恕吴昊朱轶林沈昊天徐玉杰陈海生南京师范大学能源与机械工程学院中科南京未来能源系统研究院中国科学院工程热物理研究所中国科学院大学

风光储多能互补能源系统可充分利用可再生能源资源提高供能的经济性和环保性。本文提出了一种风光储多能互补能源系统，建立了系统的能量模型；综合考虑系统运行的经济性和环保性，提出了系统综合成本和碳排放量最低的目标；开发了改进... 详细信息

风光储多能互补能源系统可充分利用可再生能源资源提高供能的经济性和环保性。本文提出了一种风光储多能互补能源系统，建立了系统的能量模型；综合考虑系统运行的经济性和环保性，提出了系统综合成本和碳排放量最低的目标；开发了改进型非支配遗传算法求解仿真模型，得到了多目标问题的帕累托最优解集，并通过逼近理想解排序法获得了系统的最优容量配置运行方案；利用线性规划软件CPLEX求解器开展了系统的运行调度优化，验证了该系统框架和优化调度模型的有效性和正确性。研究结果表明，本文所提出的风光储多能互补能源系统容量配置优化方法有效提高了可再生能源利用率，实现了经济成本和碳排放最低，提高了系统的经济性和环保性。本文为可再生能源系统实现持续稳定可靠的供能和园区的低碳化转型提供了参考。

关键词：多能互补风光储容量配置调度策略多目标优化

超薄空间复杂边界条件下气体流动压降实验研究

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化工学报 2024年

作者：董可豪周敬之周峰陈海家淮秀兰李栋南京师范大学能源与机械工程学院中国科学院大学南京学院中科南京未来能源系统研究院中国科学院工程热物理研究所

随着超薄热管等元件进一步超薄化，蒸汽腔厚度减小导致蒸汽流动压降急剧增大，传热热阻增加、传输极限降低。本文搭建超薄受限空间气体流动压降实验装置并先开展了空气流动实验，获得不同通道高度（0.1～0.5 mm）、表面丝网孔径（0.036... 详细信息

随着超薄热管等元件进一步超薄化，蒸汽腔厚度减小导致蒸汽流动压降急剧增大，传热热阻增加、传输极限降低。本文搭建超薄受限空间气体流动压降实验装置并先开展了空气流动实验，获得不同通道高度（0.1～0.5 mm）、表面丝网孔径（0.036～0.104 mm）和流速（1～10 m/s）下的压降变化。结果表明：通道高度和流速对压降产生显著影响，表面丝网孔径并不会；3个影响因素按显著程度依次为：通道高度、流速、表面丝网孔径；随表面丝网孔径的减小，压降逐渐增大；随通道高度的减小，压降先缓慢增大、在减至0.3 mm后压降开始剧烈上升；随流速增加，压降增大且近似正比例变化关系。最后，基于实验数据修正微通道层流情况下沿程阻力系数f相关性预测关联式，以便更准确预测气体压降。

关键词：微通道流动摩擦系数微尺度压降超薄热管超薄均热板超薄环路热管

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轴流涡轮长叶片级变工况特性研究综述

机械工程学报 2024年第8期60卷 271-290页

作者：黄功瑞朱阳历熊军王星李文陈海生中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049 江苏大学能源与动力工程学院镇江212013 国家能源大规模物理储能技术(毕节)研发中心毕节551712 中国科学院南京未来能源系统研究院南京211135

为满足高效、高负荷、高可靠性大流量轴流涡轮的应用需求,涡轮叶片的长度和展弦比设计日益增大。相较于较短的叶片,长叶片沿径向的叶型以及气流参数分布的变化幅度更大,因此其设计要求更高。受涡轮负荷需求、环境条件等因素变化的影响,... 详细信息

为满足高效、高负荷、高可靠性大流量轴流涡轮的应用需求,涡轮叶片的长度和展弦比设计日益增大。相较于较短的叶片,长叶片沿径向的叶型以及气流参数分布的变化幅度更大,因此其设计要求更高。受涡轮负荷需求、环境条件等因素变化的影响,长叶片往往变工况运行,其级内三维流场结构复杂,各项性能恶化,容易导致叶片的安全性及使用寿命下降。为方便学者后续进一步研究长叶片级在变工况运行时的气动、传热与结构强度特点,探索拓宽长叶片级高效、稳定运行范围的方法,梳理了该领域近年来的研究成果。首先介绍长叶片的气动与结构设计特点,再分析与总结变工况时长叶片级的气动特性、传热与强度特性,并简述排气装置对末级长叶片内部流场的影响,最后分析目前仍存在的不足,展望轴流涡轮长叶片级在控制变工况不利影响方面与优化设计方面的未来发展趋势。

关键词：轴流涡轮长叶片级变工况

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超薄空间复杂边界条件下气体流动压降实验

化工学报 2024年第7期75卷 2505-2521页

作者：董可豪周敬之周峰陈海家淮秀兰李栋南京师范大学能源与机械工程学院江苏南京210023 中国科学院大学南京学院江苏南京211135 中科南京未来能源系统研究院江苏南京211135 中国科学院工程热物理研究所北京100190

随着超薄热管等元件进一步超薄化,蒸汽腔厚度减小导致蒸汽流动压降急剧增大,传热热阻增加,传输极限降低。搭建了超薄受限空间气体流动压降实验装置,开展空气流动实验,获得了不同通道高度(0.1~0.5 mm)、不同表面丝网孔径(0.036~0.104 mm... 详细信息

随着超薄热管等元件进一步超薄化,蒸汽腔厚度减小导致蒸汽流动压降急剧增大,传热热阻增加,传输极限降低。搭建了超薄受限空间气体流动压降实验装置,开展空气流动实验,获得了不同通道高度(0.1~0.5 mm)、不同表面丝网孔径(0.036~0.104 mm)和不同流速(1~10 m/s)下的压降变化。结果表明:通道高度和流速对压降产生显著影响,而表面丝网孔径并不会;3个影响因素按显著程度依次为通道高度、流速、表面丝网孔径;随表面丝网孔径的减小,压降逐渐增大;随通道高度的减小,压降先缓慢增大,在减至0.3 mm后压降开始剧烈上升;随流速的增加,压降增大且近似呈正比例变化关系。最后基于实验数据修正了微通道层流情况下沿程阻力系数相关性预测关联式,以便更准确地预测气体压降。

关键词：微通道流动摩擦因子微尺度压降超薄均热板超薄环路热管