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微肋板表面干冰升华喷雾冷却传热数值模拟

化工学报 2024年第5期75卷 1830-1842页

作者：李怡菲董新宇王为术刘璐赵一璠华北水利水电大学能源与动力工程学院河南郑州450045 华北电力大学动力工程系河北保定071000

针对高度集成化和微型模块化高热载荷电子元器件温度控制问题,基于CFD两相求解器,采用数值实验研究了微肋板表面干冰升华喷雾冷却传热特性。结果表明微肋板表面和热源上表面的温度、传热系数、冷却热通量基本呈环形分布,越靠近中心干冰... 详细信息

针对高度集成化和微型模块化高热载荷电子元器件温度控制问题,基于CFD两相求解器,采用数值实验研究了微肋板表面干冰升华喷雾冷却传热特性。结果表明微肋板表面和热源上表面的温度、传热系数、冷却热通量基本呈环形分布,越靠近中心干冰颗粒越多,温度越低,冷却性能越高。热源上表面中心线上中心温度最低,并且其冷却热通量和传热系数呈M形分布。当喷嘴入口速度和干冰占比增大时,模拟热源表面的传热系数和冷却热通量也随之增大,而温度则整体降低。在喷嘴入口速度为20 m/s,干冰占比为40%时得到相对最优的冷却热通量170 W/cm^(2)和相对最优的传热系数12500 W(/m^(2)·K)。

关键词：喷雾相变冷却干冰升华传热数值模拟冷却性能

基于太阳能全光谱利用的固体氧化物电解池系统性能分析

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工程热物理学报 2024年第5期45卷 1264-1274页

作者：姚文岐王江江邓宇崔志恒高月芬张旭涛华北电力大学动力工程系保定071000 华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室保定071000

太阳能与燃料电池技术相结合产生的合成气燃料是未来实现碳中和的绿色能源解决方案之一。本文提出了一个基于太阳能全光谱利用的固体氧化物电解池燃料制备系统,太阳光短波为共电解提供所需电力,长波为系统提供所需热量。建立了各部件的... 详细信息

太阳能与燃料电池技术相结合产生的合成气燃料是未来实现碳中和的绿色能源解决方案之一。本文提出了一个基于太阳能全光谱利用的固体氧化物电解池燃料制备系统,太阳光短波为共电解提供所需电力,长波为系统提供所需热量。建立了各部件的热力学模型,并对系统进行了热力学、经济及环境分析。本文从三个运行模式对系统的性能进行了分析,考虑独立的固体氧化物电解池(Solid oxide electrolysis cell,SOEC)系统,耦合回热的SOEC子系统以及太阳能耦合带回热的SOEC系统,在设计工况下三种模式的能效率和效率分别为63.1%和62.5%,67.3%和65.8%以及15.0%和15.6%。系统的总成本率及CO_(2)排放率分别为9.79USD/h和0.04kg/kWh,且比成本为0.086USD/kWh。另外,探讨了SOEC操作参数对系统性能的影响,当电流密度、操作温度、压力和水蒸气的摩尔分数分别为0.64A/cm^(2)、1323.15K、0.1MPa和20%时系统的能效和效达到最大值。

关键词：太阳能燃料光谱分频固体氧化物电解池系统模拟热力学分析

富氧燃烧发电机组辅助系统余热利用过程优化与影响因素分析

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中国科学：技术科学 2024年第5期54卷 820-834页

作者：高大明陈鸿伟冉鹏许小刚李建强鲁许鳌河北省低碳高效发电技术重点实验室(华北电力大学) 保定071003 华北电力大学动力工程系保定071003

基于多系统集成和热量耦合思想,结合能级最优匹配原理,针对富氧燃烧发电机组设计了串、并联混合结构的流量可调辅助系统余热梯级利用方案.采用效能-传热单元数(e-NTU)的换热器分析计算方法,推导了级间冷却器出口排气和凝结水温度计算公... 详细信息

基于多系统集成和热量耦合思想,结合能级最优匹配原理,针对富氧燃烧发电机组设计了串、并联混合结构的流量可调辅助系统余热梯级利用方案.采用效能-传热单元数(e-NTU)的换热器分析计算方法,推导了级间冷却器出口排气和凝结水温度计算公式.基于汽轮机回热系统中各加热器内部换热过程的特征参数,建立了汽轮机回热系统的热量-功率转换系数矩阵方程,并在此基础上建立了辅助系统余热利用过程发电功率增量计算模型,可以定量计算余热利用过程对机组发电功率产生的影响.以某350 MW富氧燃烧模拟发电机组为例,综合考虑辅助系统余热利用过程对辅助系统运行能耗和机组发电功率产生的影响,以发电功率净增量最大值为优化目标,确定了余热利用过程凝结水流量的最优值.优化后富氧燃烧发电机组发电功率净增7.09 MW,供电标准煤耗下降11.68 g/(kW h),供电效率提高1.68%.同时进一步分析了机组负荷变化以及不同煤种对辅助系统余热利用过程产生的影响.

关键词：富氧燃烧辅助系统余热利用汽轮机回热系统过程优化

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考虑透平背压影响的燃气轮机动态特性研究

中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3155-3164,I0018页

作者：何怡冲李永毅林育超张国强杨泽雨张磊华北电力大学能源动力与机械工程学院北京市昌平区102206 华北电力大学动力工程系河北省保定市071003

燃气透平的背压是决定燃气轮机性能的重要参数之一,对燃气轮机运行效率以及安全性都具有不可忽略的影响。该文采用模块化建模方法,结合燃气轮机的控制策略,基于仿真平台建立某重型燃气轮机的动态仿真模型,研究透平背压调控过程及负荷波... 详细信息

燃气透平的背压是决定燃气轮机性能的重要参数之一,对燃气轮机运行效率以及安全性都具有不可忽略的影响。该文采用模块化建模方法,结合燃气轮机的控制策略,基于仿真平台建立某重型燃气轮机的动态仿真模型,研究透平背压调控过程及负荷波动过程机组的动态特性。结果表明,建立的动态模型可以较为准确地模拟重型燃气轮机的动态特性。对不同输入信号的仿真结果进行对比分析,探究透平背压的不同变化趋势对燃气轮机动态特性的影响,包括背压降低时不同控制策略下燃气轮机透平进出口温度变化对机组的影响及不同控制策略面对扰动时各参数动态响应的差异。验证了透平背压调控对燃气轮机动态响应特性和变几何性能的优化作用,包括低背压下燃气轮机具有更快的响应速度及更高的级效率,透平背压调控能够确保机组在更大的负荷范围内透平进出口温度维持在目标值附近,可保证机组高效、稳定运行。

关键词：燃气轮机模块化建模动态模型透平背压响应特性

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倾斜壁面上液膜流中孤立波及其内部涡的演化特性研究

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力学学报 2024年第7期56卷 1983-1991页

作者：吴正人王琦峰陆世佳董帅刘梅华北电力大学河北省低碳高效发电技术重点实验室河北保定071003 华北电力大学动力工程系河北保定071003 华北电力大学经济管理系河北保定071003

研究了在重力作用下,二维不可压黏性流体液膜沿倾斜壁面流动时,其上孤立波及其内部涡的演化.采用小参数摄动法与行波变换法,首先推导出了非平整倾斜基底上液膜厚度的零阶和一阶的一般演化方程,然后对该方程进行化简并采用Mathematica进... 详细信息

研究了在重力作用下,二维不可压黏性流体液膜沿倾斜壁面流动时,其上孤立波及其内部涡的演化.采用小参数摄动法与行波变换法,首先推导出了非平整倾斜基底上液膜厚度的零阶和一阶的一般演化方程,然后对该方程进行化简并采用Mathematica进行数值求解.分析结果表明:孤立波波形图中,波前出现了一个毛细波,而毛细波波谷处出现了完全开式涡;通过对流量分析,发现其与孤立波波形具有相同的变化趋势,并且与波速呈正相关,对于双峰与三峰孤立波,前一波峰的流量比靠后的大;随着波速增加到超过某一临界值时,孤立波波峰内将出现涡流,经过计算该临界波速与倾斜角呈正比关系,对于双峰与三峰孤立波,当波速继续增大,靠后的波峰内也将出现涡流;通过分析自由表面的速度分布得出:该涡流的产生是自由表面的垂直速度在波前和波尾的速度梯度与大于波速的水平速度共同作用的结果,波峰多更容易产生涡流;通过分析在动坐标系下得到的迹线图,发现该涡流面积也正比于波速且旋向为顺时针,综合推断得出:旋涡是在孤立波表面处开始形成的,波峰内的流体沿壁面呈滚落状向下运动.

关键词：孤立波液膜涡流波速

基于TDLAS的CO检测系统调制参数优化与温度补偿

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光学技术 2024年第1期50卷 81-87页

作者：王印松谢蕊馨孔庆梅高建强华北电力大学自动化系河北保定071003 华北电力大学动力工程系河北保定071003

在可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术中,携带气体浓度信息的二次谐波信号易受激光扫描信号与调制信号的幅值、频率等参数影响。基于TDLAS技术搭建了CO浓度检测硬件系统,与对应仿真模型进行比较分析,研究了调制参数对二次谐波信号峰值、信... 详细信息

在可调谐激光吸收光谱(TDLAS)技术中,携带气体浓度信息的二次谐波信号易受激光扫描信号与调制信号的幅值、频率等参数影响。基于TDLAS技术搭建了CO浓度检测硬件系统,与对应仿真模型进行比较分析,研究了调制参数对二次谐波信号峰值、信噪比、对称性以及峰宽的影响,总结出具体变化规律。实验确定了系统最优调制参量,在硬件不变的情况下提高了检测精度。对CO在1567.7nm的吸收光谱进行了检测,发现测量浓度随着温度的升高而降低,最大相对误差已超过15%。为了减少温度变化对测量的影响,分别采用RBF及BP神经网络、PSO优化BP神经网络和WOA优化BP神经网络算法对系统进行补偿。结果表明,WOA优化BP神经网络方法的补偿效果最好,修正后浓度相对误差降至1%以下,有效提高了系统在变温环境下的准确性和稳定性。研究为系统的调制参数设置以及精准检测提供参考,为后续实验提供了有价值的指导。

关键词：光谱学 CO浓度调制参数温度补偿

基于Simscape的燃气轮机燃料控制阀建模及故障分析

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热力发电 2024年第5期53卷 56-66页

作者：李加护李佳兴唐子璇王济民华北电力大学(保定)动力工程系河北保定071003

目前国内对燃气设备的研究中,针对控制阀等阀门设备的研究仍有欠缺,其模型大多停留在单个的液压阀门或液压缸研究。对此,利用Simulink/Simscape组件针对从PI控制器到燃气管道的整个燃气轮机燃料控制阀进行建模,并针对固定节流孔堵塞、... 详细信息

目前国内对燃气设备的研究中,针对控制阀等阀门设备的研究仍有欠缺,其模型大多停留在单个的液压阀门或液压缸研究。对此,利用Simulink/Simscape组件针对从PI控制器到燃气管道的整个燃气轮机燃料控制阀进行建模,并针对固定节流孔堵塞、滑阀阀芯磨损、液压油污染等故障进行模拟分析,探讨其故障形式及原因。结果表明:喷嘴挡板阀单侧固定节流孔堵塞、滑阀阀芯的磨损以及液压油中的杂质均会不同程度地造成阀门的响应迟缓,甚至堵塞卡滞。最后,针对当前电厂对阀门数据的监测提出如下建议:可以根据实际运行状况使用电反馈伺服阀引入伺服阀阀芯位移信号及液压缸活塞位移等参数的监控以便更好地判断阀门健康状态。

关键词：燃气轮机阀门故障故障研究仿真建模

微肋板表面干冰升华喷雾冷却传热数值实验研究

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化工学报 2024年

作者：李怡菲董新宇王为术刘璐赵一璠华北电力大学动力工程系华北水利水电大学能源与动力工程学院

针对高度集成化和微型模块化高热载荷电子元器件温度控制问题，基于CFD两相求解器，采用数值实验研究了微肋板表面干冰升华喷雾冷却传热特性。结果表明微肋板表面和热源上表面的温度、传热系数、冷却热通量基本呈环形分布，越靠近中心... 详细信息

针对高度集成化和微型模块化高热载荷电子元器件温度控制问题，基于CFD两相求解器，采用数值实验研究了微肋板表面干冰升华喷雾冷却传热特性。结果表明微肋板表面和热源上表面的温度、传热系数、冷却热通量基本呈环形分布，越靠近中心干冰颗粒越多，温度越低，冷却性能越高。热源上表面中心线上中心温度最低，并且其冷却热通量和传热系数呈M型分布。当喷嘴入口速度和干冰占比增大时，模拟热源表面的传热系数和冷却热通量也随之增大，而温度则整体降低。在喷嘴入口速度为20m/s，干冰占比为40%时得到相对最优的冷却热通量170W/cm2和相对最优的传热系数12500W/(m2·K)。

关键词：喷雾相变冷却干冰升华传热数值模拟冷却性能

基于IGWO-SVM的汽轮机低负荷下主蒸汽压力优化研究

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动力工程学报 2024年第7期44卷 1042-1050页

作者：吴瑞康刘迪郑建平童家麟叶学民杭州意能电力技术有限公司杭州310014 华北电力大学动力工程系河北保定071003

为提高汽轮机低负荷下的运行效率,需要对主蒸汽压力进行优化。根据机组实际运行数据,采用支持向量机(SVM)算法建立了热耗率预测模型,并利用改进的灰狼优化(IGWO)算法优化SVM模型超参数;在此基础上,利用IGWO算法在低负荷下的可行压力区... 详细信息

为提高汽轮机低负荷下的运行效率,需要对主蒸汽压力进行优化。根据机组实际运行数据,采用支持向量机(SVM)算法建立了热耗率预测模型,并利用改进的灰狼优化(IGWO)算法优化SVM模型超参数;在此基础上,利用IGWO算法在低负荷下的可行压力区间进行寻优,得到了优化后的汽轮机滑压曲线,并且进行了实例验证。结果表明:利用IGWO算法优化的热耗率预测模型能够对低负荷下的热耗率进行准确预测;优化后机组在低负荷下的热耗率均有所下降,在负荷为223.83 MW时,热耗率降低了505.96 kJ/(kW·h),降低幅度最大。研究结果表明所提的优化方案可以有效提高汽轮机低负荷下的热经济性。

关键词：汽轮机低负荷主蒸汽压力灰狼优化算法支持向量机