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燃煤发电机组灵活调峰下机炉安全状态监测与调控研究综述

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中国电机工程学报 2024年第18期44卷 7178-7199,I0009页

作者：杜小泽张璇庞力平卫慧敏电站能量传递转化与系统教育部重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

“双碳”背景下新能源大量接入电网,燃煤发电机组承担调峰任务,长期处于瞬态运行过程,其灵活运行水平需进一步提升,但深度调峰与快速变负荷使机组运行可靠性下降,机组灵活调峰能力面临设备安全性制约。该文对燃煤发电机组在灵活调峰下... 详细信息

“双碳”背景下新能源大量接入电网,燃煤发电机组承担调峰任务,长期处于瞬态运行过程,其灵活运行水平需进一步提升,但深度调峰与快速变负荷使机组运行可靠性下降,机组灵活调峰能力面临设备安全性制约。该文对燃煤发电机组在灵活调峰下安全稳定运行的研究现状进行评述。首先,综述调峰工况下锅炉换热面、汽轮机转子等部件存在的安全技术问题,明确灵活运行对机组设备安全性的影响。其次,对比分析监测温度、应力等关键运行状态参数的不同方法优缺点与适用性;针对存在的安全技术问题介绍现有的机组运行参数优化与设备结构优化方法。未来将可靠性评估与诊断、停机保温预热及智能先进控制等技术应用于燃煤发电机组的调峰运行将对其安全性提升具有重要意义。最后,对目前燃煤发电机组灵活安全运行的研究现状及面临问题进行总结。

关键词：燃煤发电机组灵活调峰快速启停状态监测安全调控

ZrB2含量对Nb-Mo-ZrB2复合材料氧化行为的影响（英文）

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稀有金属材料与工程 2019年第12期48卷 3846-3854页

作者：高远刘宗德王琦孙有美龚燕华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室

利用热压烧结法,在2400℃烧结温度下,制备了NbMo固溶体(此后记作(Nb,Mo)ss)基陶瓷颗粒增强复合材料。其中,ZrB2陶瓷增强相的体积分数分别为15%,30%,45%和60%。研究了在800,1000和1200℃下,ZrB2含量对复合材料抗氧化性和氧化产物演变的... 详细信息

利用热压烧结法,在2400℃烧结温度下,制备了NbMo固溶体(此后记作(Nb,Mo)ss)基陶瓷颗粒增强复合材料。其中,ZrB2陶瓷增强相的体积分数分别为15%,30%,45%和60%。研究了在800,1000和1200℃下,ZrB2含量对复合材料抗氧化性和氧化产物演变的作用。结果表明,氧化温度和ZrB2含量均对复合材料的氧化行为有影响。从氧化速率常数角度讲,ZrB2-(Nb,Mo)ss复合材料的抗氧化性随ZrB2含量的增加而提高,随氧化温度的提高而降低。8001000℃的氧化产物中含有膜状Nb2Zr6O17相,能作为屏障阻止氧气向基体扩散,因此在8001000℃时,复合材料氧化速率较低。然而,在1200℃氧化时未发现Nb2Zr6O17相,MoO3的剧烈挥发和ZrO2的体积效应破坏了Nb2Zr6O17保护层,导致了氧化层严重剥落,材料的抗氧化性极差。综上,结合观察到的氧化产物形貌,详细阐述了不同ZrB2含量的复合材料在不同温度下的抗氧化机制。

关键词：金属基陶瓷复合材料 ZrB2 氧化行为

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液滴在不同润湿性表面上蒸发时的动力学特性

物理学报 2018年第11期67卷 161-172页

作者：叶学民张湘珊李明兰李春曦华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003

基于润滑理论,采用滑移边界条件建立了二维液滴厚度的演化模型和移动接触线动力学模型,利用数值计算方法模拟了均匀加热基底上固着液滴蒸发时的动力学特性,分析了液-气、固-气和液-固界面张力温度敏感性对壁面润湿性和液滴动态特性的影... 详细信息

基于润滑理论,采用滑移边界条件建立了二维液滴厚度的演化模型和移动接触线动力学模型,利用数值计算方法模拟了均匀加热基底上固着液滴蒸发时的动力学特性,分析了液-气、固-气和液-固界面张力温度敏感性对壁面润湿性和液滴动态特性的影响.结果表明,液滴的运动过程受毛细力、重力、热毛细力和蒸发的影响,重力对液滴铺展起促进作用,而毛细力、热毛细力则起抑制作用;通过改变界面张力温度敏感性系数,可使液滴蒸发过程中的接触线呈现处于钉扎或部分钉扎模式,且接触线钉扎模式下的液滴存续时间低于部分钉扎模式;提高液-气与液-固界面张力温度敏感系数均可改善壁面润湿性能,加快液滴铺展速率;而增大固-气界面张力温度敏感系数则导致壁面润湿性能恶化、延缓液滴铺展过程;通过改变固-气界面张力温度敏感系数更有利于调控处于蒸发状态下的液滴运动.

关键词：液滴蒸发润湿性钉扎

表面弹性和分离压耦合作用下的垂直液膜排液过程

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物理学报 2018年第16期67卷 247-258页

作者：叶学民李明兰张湘珊李春曦华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性和分离压耦合作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度和活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和分离压单独作用和耦合作用下的液膜演化特征.结果表明:... 详细信息

针对含不溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性和分离压耦合作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度和活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和分离压单独作用和耦合作用下的液膜演化特征.结果表明:表面弹性与分离压均对垂直液膜排液过程有显著影响.表面弹性单独作用时,液膜初始厚度随弹性增大,黑膜仅在液膜顶部形成,长度较短且不能稳定存在;分离压单独作用时,活性剂随流体不断汇集在底端,液膜表面无法形成表面张力梯度,不发生逆流现象;当二者耦合作用时,可得到较稳定的液膜,排液前期增加表面弹性可提高液膜的厚度、降低表面速度和促使液体逆流,从而减缓排液过程;后期出现黑膜后,分离压中的静电斥力起主要作用,延缓液膜"老化".

关键词：垂直液膜排液表面弹性分离压

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含活性剂液滴在倾斜粗糙壁面上的铺展稳定性

物理学报 2015年第1期64卷 138-149页

作者：李春曦陈朋强叶学民华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003

针对含非溶性活性剂液滴在倾斜粗糙壁面上的铺展过程,应用润滑理论推导出基态和扰动态下液膜厚度和活性剂浓度的演化方程组,基于非模态理论研究了液滴铺展的稳定性特征,探讨了相关参数的影响及其内在机理.研究表明:液膜厚度和活性剂浓... 详细信息

针对含非溶性活性剂液滴在倾斜粗糙壁面上的铺展过程,应用润滑理论推导出基态和扰动态下液膜厚度和活性剂浓度的演化方程组,基于非模态理论研究了液滴铺展的稳定性特征,探讨了相关参数的影响及其内在机理.研究表明:液膜厚度和活性剂浓度扰动量均呈现双驼峰型变化,且峰值位于液滴底部凹陷处;随扰动波数k增加,最易失稳区域由液滴底部右侧凹陷处移至左侧凹陷,壁面结构的影响逐渐减弱,液滴铺展历程趋于稳定;增加壁面倾角θ将导致液滴铺展不稳定性加剧,增大壁面高度D和壁面波数k0均导致液滴铺展稳定性先增强后减弱;随毛细数C减小,液滴铺展稳定性下降,重力的影响逐渐突显,扰动量最大值呈现先增大后减小的变化趋势.

关键词：活性剂液滴非平整基底铺展非模态稳定性

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受热基底上的液滴铺展及换热特性

物理学报 2016年第23期65卷 160-172页

作者：叶学民李永康李春曦华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003

液滴在受热基底上的铺展特征将直接影响其传热特性.基于润滑理论建立了单液滴在受热基底上的演化模型,模拟了壁温均匀和自中心向两侧呈指数规律衰减两种情形下液滴的铺展历程,提出了一种针对二维液滴表面热流密度和传热量的计算方法,借... 详细信息

液滴在受热基底上的铺展特征将直接影响其传热特性.基于润滑理论建立了单液滴在受热基底上的演化模型,模拟了壁温均匀和自中心向两侧呈指数规律衰减两种情形下液滴的铺展历程,提出了一种针对二维液滴表面热流密度和传热量的计算方法,借助该方法分析了液滴铺展特征及外部对流换热条件对传热特性的影响,所得结果与已有文献有较好的一致性.结果表明:当壁温均匀时,液滴在重力驱动下呈现具有"单峰"结构的对称铺展特征,表面热流密度由两侧向中心递减;液滴表面积随时间小幅增大,传热能力有所增强.当壁温自中心向两侧呈指数规律衰减时,液滴铺展明显呈现三个阶段特征,厚度剖面由"单峰"结构渐变为"双峰"结构,且"双峰"峰值随时间先增大后减小,该变化源于重力和热毛细力的复杂博弈及在演化过程中的交替主导地位;液滴中心处热流密度不断增大,"双峰"处热流密度则持续减小;接触线处热流密度相比邻近有一明显跃升;液滴表面积随时间显著增大,传热能力有效提高.增强外部对流换热条件虽将减缓液滴铺展过程,抑制其表面积增大,但总体上有利于提高其传热能力,且随时间增长,该现象愈加显著;增大毕渥数使液滴动态接触角及接触线移动速率的变化发生延迟,但并不改变其总体特征.

关键词： “双峰”结构铺展特征热流密度热毛细力

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自润湿流体液滴的热毛细迁移特性

物理学报 2018年第18期67卷 215-226页

作者：叶学民张湘珊李明兰李春曦华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003

采用数值模拟方法研究了自润湿流体液滴的热毛细迁移特性.基于润滑理论和滑移边界条件建立了二维液滴运动的演化模型,分析了液气界面张力极小值对应温度在壁面上的位置(临界点)与液滴位置间的相对关系对液滴运动特性的影响.结果表明,对... 详细信息

采用数值模拟方法研究了自润湿流体液滴的热毛细迁移特性.基于润滑理论和滑移边界条件建立了二维液滴运动的演化模型,分析了液气界面张力极小值对应温度在壁面上的位置(临界点)与液滴位置间的相对关系对液滴运动特性的影响.结果表明,对于壁面润湿性不随温度变化的情形,随液滴初始位置相对临界点的向左移动,液滴的迁移方向发生改变,但液滴受热毛细力驱动总是向界面张力高的方向移动.对于壁面润湿性随温度变化的情形,无论液滴初始放置于临界点何处,受高温侧壁面润湿性恶化的影响,液滴均向低温区迁移;随液滴初始位置相对临界点的向左移动,液滴受方向向左的热毛细力增大,提高了其向低温区的迁移速率.控制自润湿流体液滴运动可通过调控临界点与液滴位置间的关系来实现,欲抑制液滴向低温区的迁移,则应将液滴放置于临界点右侧.

关键词：自润湿液滴接触线热毛细力

表面弹性对含可溶性活性剂垂直液膜排液的影响

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物理学报 2018年第21期67卷 243-255页

作者：叶学民李明兰张湘珊李春曦华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003

针对含可溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度、表面和内部活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和活性剂溶解度耦合作用下的液膜演化特征.结果表明:表面弹... 详细信息

针对含可溶性活性剂的垂直液膜排液过程,在考虑表面弹性作用的基础上,采用润滑理论建立了液膜厚度、表面速度、表面和内部活性剂浓度的演化方程组,通过数值计算分析了表面弹性和活性剂溶解度耦合作用下的液膜演化特征.结果表明:表面弹性是影响可溶性活性剂垂直液膜排液过程中必不可少的因素.排液初期,随表面弹性增加,液膜初始厚度增大,表面更趋于刚性化.随排液进行,弹性不同的液膜呈现不同的典型排液特征:当弹性较小时,液膜上部表面张力高,下部表面张力低,产生正向的马兰戈尼效应,与重力作用相抗衡.当弹性较大时,膜上部表面张力低,下部表面张力高,产生逆向的马兰戈尼效应,促使液膜排液加速,更易发生失稳.活性剂溶解度通过控制液膜表面的活性剂分子吸附量,进而影响表面弹性:当活性剂溶解度较大时,液膜厚度较小,很快发生破断;随溶解度降低,液膜稳定性增加,初始表面弹性也随之增大,并随液膜变薄逐渐接近极限膨胀弹性值.

关键词：垂直液膜可溶性活性剂表面弹性溶解度排液过程

平衡接触角对受热液滴在水平壁面上铺展特性的影响

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物理学报 2016年第10期65卷 198-210页

作者：叶学民李永康李春曦华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室保定071003

壁面温度是影响壁面润湿性的重要外部条件.为解决液滴铺展中三相接触线处应力集中问题,已有研究多采用预置液膜假设,但无法探究壁面温度对润湿性的影响.本文针对受热液滴在固体壁面上的铺展过程,基于润滑理论建立了演化模型,通过数值模... 详细信息

壁面温度是影响壁面润湿性的重要外部条件.为解决液滴铺展中三相接触线处应力集中问题,已有研究多采用预置液膜假设,但无法探究壁面温度对润湿性的影响.本文针对受热液滴在固体壁面上的铺展过程,基于润滑理论建立了演化模型,通过数值模拟,从平衡接触角角度分析了温度影响壁面润湿性及铺展过程的内部机理.研究表明:随温度梯度增大,液滴所受Marangoni效应增强,致使液滴向低温区的铺展速率加快;铺展过程中,位于高温区的接触线与液滴主体部分间形成一层薄液膜,重力与热毛细力先后主导该区域的铺展;当液-固或气-液界面张力对温度的敏感度高于另两个界面时,低温区方向的平衡接触角不断增大,使壁面润湿性恶化,导致液滴铺展减慢;而当气-固界面张力对温度的敏感度高于其他两个界面时,低温区方向上的平衡接触角将减小,由此改善壁面润湿性,加快液滴铺展;在温度影响壁面润湿性和液滴铺展过程中,平衡接触角起关键作用.

关键词：接触线接触角 Marangoni效应热毛细力