复杂洞塞泄洪洞消能和空化特性研究

针对高水头、大流量、出口尾水位低、消能防蚀问题突出的导流洞改建为洞塞泄洪洞工程,本文提出了＂垂直洞塞＋压坡洞塞＋水平洞塞组＂的布置形式,采用模型试验与数值计算相结合的方法分别对其消能和空化特性进行了研究。研究结果表明,该布置形式的消能率超过80%;泄洪洞各水平洞塞均无空化发生,虽垂直洞塞段出现了弱空化,但均位于水体中部,不靠近边壁,不会对建筑物产生空蚀破坏;数值模拟揭示了有压洞段详细的流场特征及消能原理。     

1000MW机组汽轮机排汽通道节能优化改造实践

华能海门电厂2号机组汽轮机排汽温度、凝汽器压力均高于设计值,主要原因在于:凝汽器喉部布置的抽汽管道、7/8号低压加热器、锅炉启动疏水消能装置、高压旁路减温减压器、众多支撑管、喉部壳体倾斜布置形式等导致了排汽阻力大、汽轮机排汽在凝汽器冷却管束入口分布不尽合理,从而制约了凝汽器管束的冷却效果。通过改造凝汽器喉部内设备布置形式,减小排汽阻力,加装导流装置,改善凝汽器管束入口流场分布,最终达到降低汽轮机热耗率的目的。改造后供电煤耗平均下降约1.644 g/kWh,年节约标煤2 959 t。     

1000MW机组汽轮机凝汽器喉部节能优化改造

某1 000 MW机组汽轮机凝汽器压力、排汽温度均高于设计值,主要原因在于凝汽器喉部布置的抽汽管道、众多支撑管、高旁减温减压器、7/8号低加、锅炉启动疏水消能装置、喉部壳体倾斜布置形式等导致了汽轮机排汽在凝汽器冷却管束入口分布不尽合理,从而排汽阻力大,制约了凝汽器管束的冷却效果。通过改造凝汽器喉部内设备布置形式,加装导流装置,改善凝汽器管束入口流场分布,减小排汽阻力,最终达到降低汽轮机热耗率的目的。改造后供电煤耗平均下降约1.48 g/k Wh,年节约标煤2 663 t,投资回收期不到2年,经济社会效益均十分显著。     

射流–旋流梯级内消能工临界水力条件初探

为了获得射流–旋流内消能工这种新型梯级消能工稳定运行的临界水力条件,采用模型试验研究和理论分析相结合的方法,对射流–旋流梯级内消能工的压强特性进行研究。结果表明,当竖井内射流尾水洞洞顶的水深大于20%的尾水洞洞径时,可在消能工内形成稳定淹没射流与稳定水平旋转流的双稳运行流态。在淹没射流段和水平旋流段,壁面压强沿程呈现出分级分段变化特征,最大相对压强水头差分别为0.75和0.72。淹没射流孔口顶托压强随竖井水深增大而线性增大。起旋器孔口顶托压强与起旋器孔口水流弗劳德数,阻塞孔口水流弗劳德数,竖井水位与下游水位差有关,并随三者的增大均呈线性减小的趋势。以射流孔口水流弗劳德数和起旋器孔口顶托压强作为上下游水力条件,给出了梯级内消能工在双稳运行流态时需满足的临界水力条件。成果可为射流–旋流梯级内消能工的体型设计、优化与工程应用提供理论依据。     

大型泵站进水流场十字消涡板整流特性研究

为研究十字消涡板对喇叭管下方水体及进入喇叭管内部水体的整流效果，以一大型泵站为研究对象，采用CFD计算方法进行了泵站流场数值模拟。研究发现，不设置消涡装置时，进水池存在大尺度回流和旋涡，并且在喇叭管正下方存在高速度及高涡量区，从而导致水泵进口流态恶化。在设置了高宽比分别为6:8，6:15和6:24的三种十字消涡板后，进水池流场、吸水喇叭口入口断面及水泵进口断面的流速均匀性均有显著变化。相对于高宽比为6:8和6:24的方案，高宽比为6:15的方案能明显减小进水流场底面上高速区，流场变得更加均匀，使得吸水喇叭管中轴线纵剖面上的涡量分布特征值由不设置消涡装置时的0.508减小到0.101，喇叭管入口断面的涡量分布特征值由0.495减小至0.098，喇叭口入口断面的流速均匀度最大提高4.1%，水泵进口断面的均匀度最大提高3.2%。研究结果对大型泵站进水池流态控制有一定指导意义。     

中冰区输电线路悬垂塔地线不平衡张力取值研究

采用“等线长法”计算中冰区悬垂塔地线在不均匀覆冰下不同档数、档距、高差、档距差、串长和应力情况下的不平衡张力,并结合具体工程实例,分析现有规程规范的局限性。结果表明：对于地形条件较差的山区线路,不均匀覆冰下中冰区地线不平衡张力比较容易超规程限值,且不平衡张力受中间档档距差或高差的影响较小,受档距或连续变化档距差的影响较大;为减小输电线路纵向不平衡张力,应缩短耐张段长度或减少档数,缩小使用档距,增加悬垂串长或电线应力,均匀分布档距;由于提高地线纵向不平衡张力百分数对塔重和工程造价的影响较小,建议15 mm中冰区悬垂塔地线不均匀覆冰下不平衡张力提高至40%,20 mm中冰区提高至45%。     

仿生波浪前缘叶片在核电汽轮机中的应用

采用数值模拟的方法研究了仿生波浪前缘对某型核电汽轮机高压末级变工况特性的影响,分析了蒸汽在仿生波浪前缘叶栅内的流动机理。通过研究发现,在所研究的汽轮机级输出功率变化范围内,具有波浪前缘改型动叶栅的核电汽轮机末级相比原型具有更高的相对内效率。并且,随汽轮机级输出功率的降低,级效率提升幅度相应增大。当级负荷降低至12.5%时,级效率可提高3%。经流动可视化分析,发现动叶栅波浪前缘形成的流向涡结构是造成效率提高的主要原因,在涡结构的生长、延伸、耗散过程中,促进了叶片边界层内流体与主流间的能量交换,从而减小边界层损失。     

无轴承交替极永磁电机磁极形状优化设计

为了优化无轴承交替极永磁电机性能,从转子结构入手分析交替极转子结构及绕组形式对空载反电势、齿槽转矩等空载特性的影响,提出一种转子磁极离心的磁极形状优化设计方法。通过对比磁极优化前后空载和负载性能发现磁极形状优化对抑制反电势谐波、减小齿槽转、降低转矩脉动等具有积极意义,但同时也导致平均转矩和平均悬浮力的损失。为弥补平均转矩和悬浮力损失,提出采用适当增加转子外径、减小气隙长度的设计方法。最后利用有限元分析对比结构优化前后的基本电磁特性,电机转矩常数由0.155 N·m/A升至0.181 N·m/A,转矩脉动由30.4%降为12.1%;额定悬浮力由14.6 N升至23 N,悬浮力脉动由8%降为7.8%,最大径向耦合由7%升至7.7%。     

改进的光伏发电系统最大功率点跟踪方法

光伏发电系统可采用最大功率点跟踪控制技术来提高输出功率,但常规变步长扰动观察法存在功率-电压特性曲线的低压区变步长跟踪效果差、步长灵敏度受光照强度影响大等缺点。从变步长算法和控制系统结构两方面提出了改进措施,并在利用MATLAB/Simulink工具建立的最大功率点跟踪系统仿真平台上与常规变步长扰动观察法进行了对比试验。试验结果表明,跟踪时间和跟踪步数分别减少了50%和75%,同时PID控制环节使光照强度快速变化时的跟踪电压偏差从48.3%降低到13.8%,明显地提高了系统的动态性能。     

离子束镀膜聚焦栅

为了提高溅射沉积的速率,减小溅射弥散,节省昂贵靶材的使用,同时也为了降低对沉积薄膜的污染,有必要使用高束流密度的聚焦离子束。通常聚焦束采用向心盘栅把多个最佳聚焦的子束叠加在位于靶中心的焦点上。本文发展了一种不同能量要求下选择最佳屏极孔孔径、变孔径的导流系数匹配法。使用该法在实验中取得以下结果:8cm离子源产生160mA束流,采用聚焦离子光学系统在离源20cm的焦距处取得能量2000eV,最大束流密度28mA/cm~2的离子束流,束斑小于5cm,钨的典型沉积率为47A°min。     

基于量纲分析的滴灌管水头损失预测模型

通过室内试验分析了管长、滴头间距和入口压力3个因素对滴灌管总水头损失的影响,结果表明:滴灌管总水头损失随管长和首部压力的增大、滴头间距的减小而增大,且变化速率随管长增大和滴头间距减小而增大,随首部压力的变化较为稳定,呈现良好的线性相关关系。针对目前滴灌管水力计算需要推求多孔系数、估算扩大系数、计算量大等问题,将影响滴灌管水头损失的基本量滴灌管入口断面平均流速υ0、滴灌管内径D、液体动力黏滞系数ν、重力加速度g、为管道长度L、滴头间距s,运用量纲分析方法导出为四个无量纲量υ0D/ν,υ02/g D,LD/s~2和ε,通过多元回归建立了具有量纲和谐性的滴灌管水头损失计算公式,分析了滴灌管能坡曲线的函数形式,回归得到了水头损失比和沿程压力分布模型。以上模型预测值与实测数据拟合效果良好,可为滴灌系统水力计算及设计提供参考。     

钢闸门主框架梁梁高优化设计

焊接组合工字形钢梁的梁高是钢梁设计的关键参数。本文根据钢闸门主梁的结构形式及受力条件,构建基于钢梁重量最小的优化模型,考虑弹性止水及斜支臂产生轴力的影响,利用势能驻值原理,推导出弯曲型与剪切型主梁梁高优化设计的计算公式,并探讨了相关因素的影响。本文公式物理概念明确,计算准确、简洁,可供工程设计参考。     

Monolithically integrated multiwavelength sampled grating DBRlasers for dense WDM applications

For accurate control of the channel spacing in fabricating multiwavelength laser arrays or discrete multicolor lasers, we proposed a novel approach that exploits sampled grating distributed Bragg reflector (DBR) mirrors to vary the laser wave length across the wafer. This approach can realize a set of lasers with a wavelength spacing that meets the ITU recommendations for dense wavelength-division multiplexing systems and a wavelength range that can cover up to 40 nm or more. The wavelength variation across an array is achieved by changing the sampling periods of the DBR mirrors from laser to laser. The accuracy on the channel spacing of sampled grating DBR laser arrays was shown to be the same as that of conventional distributed feedback or DBR laser arrays, but their wavelengths can be better controlled for the gratings are fabricated with single holographic exposure. Arrays of 21 lasers have been successfully fabricated and have around 0.8-nm wavelength spacing with a simple tuning mechanism     

淹没射流与水平旋流梯级内消能工的水力特性

为解决导流洞改建为单一内消能泄洪洞出现的空蚀问题,作用水头难以提高,运行方式和灵活性有限等工程实际问题,提出了一种新型“淹没射流与旋流梯级内消能工”。通过模型试验对其基本流态与水力特性进行量测和分析,结果表明：竖井水位是保证稳定运行的关键条件,当其高于射流尾水洞洞径的1.2倍后,各部分流态均趋于稳定;上游水位与下游水位均会影响竖井水位,其中上游水位影响更为显著;射流孔口和起旋器孔口的无量纲泄流量与其相对净作用水头均为线性增大关系;在射流段、水平旋流洞段与旋流阻塞扩散段,壁面压强沿程呈现出明显的分三段降低、各段稳定变化的特征。本文试验条件下,各段的最大压强水头差与总水头的比值分别为0.12、0.47和0.2,射流和旋流两级消能最大净作用水头占总水头的比例分别为0.13 ~ 0.15和0.59 ~ 0.80,最大孔口流速26.2 m/s,射流尾水和旋流扩散段的最大断面平均流速10.5 m/s,14.5 m/s,表明其具有良好的分级分段的消能特性,体型基本合理,但总作用水头尚有较大的提高余地,分级消能的比例尚需进一步优化。     

一种改进型MABR系统的增氧性能评估

治理城市黑臭水体的关键之一在于提高水体含氧量。膜曝气生物膜反应器（MABR）低压无泡特点常导致受处理水体溶解氧（DO）分布不均，从而降低MABR系统整体增氧性能并影响黑臭水体处理效果。针对该问题，对MABR系统进行改进，在MABR系统的中空纤维膜组件中设置可制造气泡的特殊中空纤维膜丝，改进后的MABR系统可形成气泡羽流，气泡羽流的搅拌特性可使MABR系统在保持高氧转移效率的同时提高其增氧均匀性，提高黑臭水体处理效果。通过模拟试验分析了改进后的MABR系统在模拟黑臭水体中的增氧效果及均匀性。结果表明：改进型MABR系统增氧效果随曝气压力的增加而增加，与未曝气（0 kPa）试验24 h内DO饱和率均值相比，10、20和30 kPa下，河水DO饱和率均值在水平试验中的增幅为-2.8%、17.7%和29.4%，在水深试验中的增幅为13.6%、6.6%和32.1%。同时，水平与水深试验中河水DO饱和率的分布随曝气压力的增大而更均匀，与0 kPa试验相比（水平与水深试验中河水DO饱和率的方差均值分别为1.7和13.5），10、20和30 kPa下，河水DO饱和率的方差均值在水平试验中为0.3、3.9和0.4，在水深试验中为9.8、18.4和3.4。改进后的MABR系统可实现对水体良好的增氧效果与均匀性，为解决我国城市河道黑臭水体难题提供了技术支撑。     

Statistical models for failure modes of polymeric materials for HVoutdoor insulation

In this paper, a methodology to build the required models for the performance comparison of materials that usually pass the standard inclined plane tracking and erosion tests, is presented. Samples made of silicone rubber and cycloaliphatic epoxy resin were evaluated to present the practical aspects of the proposed methodology. Factorial experiments, using the modified version of the inclined plane test method, were conducted to obtain the response variable. Generalized linear models provided the base for the proposed statistical models since the selected response variable was not normally distributed     

现货市场环境下低水头梯级水电群精细化建模出清方法

梯级水电站间存在水力时空耦合关系,低水头电站调节性能较弱,在日尺度范围内水头变化较大,耗水率也随之变化,因此,在日前现货出清模型中不宜通过全天固定耗水率对低水头电站进行梯级水电约束简化处理。结合广西电网电力市场需求,以全社会购电成本最小及优先消纳清洁能源为优化目标,充分考虑低水头电站的水力特性曲线等复杂约束并对其进行线性化处理,构建基于梯级水电群精细化建模的日前出清模型,并调用商业优化求解器对模型进行求解。将广西电网34座水电站、101座新能源电站和47台火电机组的真实日发电计划边界数据作为参考,仿真结果表明所建模型能适应低水头电站的水头波动特性,反映梯级水电站之间出力和库容的联动关系,提升低水头梯级水电群的可发电能力。     

Removal of volatile organic compounds in water using low-energyelectron beam

This paper presents the experimental results concerning removal of organic contaminants in water using low energy electron beam radiation. A laboratory scale apparatus for electron beam irradiation of water is described. The absorbed dose of radiation was controlled by water circulation time (1 to 10 min), accelerating voltage (100 to 170 kV), and electron beam current (0.5 to 1.2 mA) for a constant flow rate of 2 kg/min. The volume of the treated water was 1 dm³. The electron beam was generated in vacuum (p<10^-5 Pa), and electrons were injected into the water through the electron transparent window made of titanium foil with a thickness of 25 μm TCE (trichloroethylene) and chloroform dissolved in deionized water were used in the experiment. The dependency of the relative concentration c=C/C₀; where C is the weight content of compound after electron irradiation and C₀ the initial contaminant concentration, on radiation energy density and the absorbed dose are presented. Although the initial contents of the compounds were higher than those occurring in real water sources, it has been found that it is possible to decompose both of the chemicals with high efficiency (total decomposition of TCE, and up to 90% reduction of chloroform) using a relatively low accelerating voltage (<200 kV). The results have indicated that the removal of TCE and chloroform mainly depended on the absorbed dose of electron radiation     

滴头插入式毛管局部水头损失模拟研究

滴灌是目前最有效的节水灌溉方式之一,而准确计算毛管水头损失是滴灌设计的前提。毛管沿程水头损失的计算已基本形成统一认识,而局部水头损失规律因滴头形状的复杂性和布置方式的多样性仍没形成一致认识。为探明滴头插入对毛管水流局部阻力及流动特性的影响,本文对两种插入式毛管进行灌水试验,同时采用计算流体力学(CFD)数值模拟并分析验证,结果表明数值模拟与试验吻合度较高,可用数值模拟研究插入式毛管局部水头损失。在此基础上对9组滴灌管进行模拟研究,分析了不同流态下毛管局部水头损失系数影响因素。结果表明层流和紊流流态下,毛管局部水头损失系数均随雷诺数的增大而减小,随滴头毛管断面面积比的增大而增大;毛管局部水头损失占沿程水头损失之比值与滴头间距和滴头流量有关;毛管层流段水头损失相对较小,在不需精确计算时可忽略不计。研究结果可为管网水力计算提供参考。     

基于扬程自适应的机泵高效节能控制

针对静扬程时变的机泵取水高能耗问题,在综合分析机泵性能的基础上,给出了随工况动态变化的扬程自适应律(SAH),机泵运行工况与其静扬程及效率的关系图;并提出了系统约束条件下基于SAH律的调速节能控制法.通过SAH控制法可准确推算出当前工况高效运行点、匹配静扬程变化,使机泵工况点保持在满足相似工况的效率极大值曲线上,实现最大程度提高机泵运行效率节能降耗的目的.实验结果表明,相同的转速变化下,与按照额定转速最高效率点设计静扬程(DHHE)的调速控制法比较,SAH控制法节电效果更好;且当不同工况点流量满足一定的不等式关系时,取每千吨水节电幅度随转速降低而增加.