海上风电吸力式筒型基础应用研究

  [目的]  筒型基础是一种极具潜力的环境友好型海上风电基础,如何有效的实现筒型基础顺利下沉到设计深度和下沉过程结构垂直度的精准控制,避免筒内土塞隆起或筒裙及分舱板变形甚至屈曲带来的安装风险是筒型基础应用层面的关键问题。  [方法]  通过总结吸力式筒型基础在国内外风电工程中的应用,分析了筒型基础施工过程中下沉和调平两个关键问题涉及的相关机理和方法。  [结果]  研究表明:准确预测复杂土质条件下筒型基础施工过程下沉阻力及施工临界吸力和施工过程可能发生的结构变形等不稳定性态分析将有效规避单筒型、多筒型和单筒多舱复合型筒型基础吸力下沉调平过程中的施工风险。  [结论]  海上风电吸力式筒型基础应用总结分析,可以为实际工程提供筒型基础下沉和调平施工方案的相关参考。     

砂质海岸单桩基础的冲刷特征与防护措施试验研究

    目的   海上风电开发的一个重要环节是建造合适的海上风电基础支撑结构,近年来,单桩结构成为海上风电机组的主要基础形式。单桩基础在海洋环境中的局部冲刷问题对风机结构的稳定性有重要影响。    方法   通过开展系列物模试验,对某建于砂质海床并采用大直径单桩基础的风电场工程的桩基局部冲刷特征进行了研究,分析了不同直径、水深、波浪以及水流等因素对局部冲刷深度和范围的影响,并研究了砂被和沙袋等措施的防护效果。    结果   研究结果表明,对于直径7.0 m和6.5 m两种桩基,冲刷最深处均在单桩迎水面,最大冲刷深度为桩基直径的0.8~0.9倍。    结论   采用无搭接方式铺设砂被并且采用沙袋填充冲刷坑可对桩基结构周围底床形成很好的防护,可为同类工程冲刷试验和工程设计提供参考。     

基于神经网络模型胶凝砂砾石渗透性能研究

以胶凝砂砾石(CSG)为例,通过119组试验试块进行渗透试验测定,形成了CSG的28天渗透系数的数据集。数据集中有119组渗透系数数据,其中最小值为3.41×10^-5 cm/s,最大值为27.812×10^-5 cm/s。数据主要集中在3×10^-5～22×10^-5 cm/s范围内,约占总样本数的97%。根据箱线图确定去除异常值并通过偏态峰度检验、K-S检验和分布图结果,可认为CSG材料的渗透系数数据服从正态分布规律。在此基础上,使用BP和GABP神经网络模型进行渗透系数预测,并对两种模型的预测精度进行比较。结果表明,GABP估计模型的精度略优于BP模型。CSG渗透系数实际值与预测值吻合较好,说明预测效果较好。     

多元低热值煤混合燃烧特性热重实验研究

为了实现风化煤、煤矸石、煤泥的大规模利用，通过热重分析研究了多元低热值煤在不同升温速率、掺混比例下的着火特性和综合燃烧特性，并采用改良Coats-Redfern方法分析其动力学特性。结果表明：提高升温速率可以改善低热值煤的燃烧特性；煤泥、风化煤比例的增加有利于混煤的燃烧，随着二元混煤中风化煤比例由10%增至90%,混煤综合燃烧特性指数由1.73×10^-8增至1.41×10^-7;随三元混煤中煤泥比例由20%增至80%,混煤综合燃烧特性指数由8.77×10^-8增至1.57×10^-7。与煤矸石相比，混煤的活化能更低、综合燃烧特性指数更高，具有更好的燃烧特性。研究结果可为多元低热值混煤在循环流化床中的大规模利用及其工业装置的设计与运行提供参考。     

海上风机单桩基础疲劳影响因素分析

  [目的]  为提高评估海上风机单桩基础疲劳寿命准确性,重点探讨了影响海上风机单桩基础疲劳寿命计算的影响因子。  [方法]  首先利用简化梁单元模型与局部有限元模型模拟了某工程的单桩基础结构,其次结合波浪谱疲劳方法对单桩基础由波浪载荷造成的疲劳强度进行了评估,最后分别计算并讨论了传递函数、波浪理论和局部开孔的结构形式对风机基础疲劳损伤的影响。  [结果]  分析结果表明:传递函数和局部开孔的结构形式对钢管桩结构的疲劳强度影响显著。  [结论]  所提计算方法和分析结果是正确并有效的,可为实际应用提供指导。     

台风-浪-流耦合作用下海上风力机基础结构水动力特性分析

为揭示台风-浪-流耦合作用下风力机基础结构的水动力特性,以广东外罗10 MW级海上风力机为研究对象,基于模式耦合器（MCT）建立中尺度台风-浪-流（W-S-F）实时耦合模拟平台,分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风-浪-流的时空演变特性;再结合中/小尺度嵌套方法分析风力机单桩基础水动力荷载分布特性;提出不同波浪相位下基础柱极值荷载模型。结果表明：建立的W-S-F平台对台风路径的模拟精度较单WRF模式提高42.51%;台风-浪-流耦合作用下基础柱水平波浪力正峰值增大约20%,负峰值减小约18%,并沿水深方向呈指数型变化规律,周向沿180°波向角呈对称分布;T4相位为风力机基础强度设计的最不利相位,基底剪力最大达7.68×10⁶量级,基底弯矩最大达5.2×10⁸量级。     

粉质黏土中厚壁筒型基础沉放及受力分析

筒型基础具有海上施工效率高、建造成本低等优点,已成功应用于实际工程。为了进一步降低筒型基础结构的制造成本,避免建造、运输、安装过程中钢制筒裙的屈曲,文章研究并优化了混凝土筒壁和钢质内分舱板的组合式筒型基础结构。首先,针对厚壁筒型基础沉放安装难度增加问题,开展了室内试验,研究了粉质黏土中厚壁沉放阻力计算方法;然后,利用三维有限元模型对该组合式筒型基础在位状态下的结构受力进行了分析。研究结果表明：考虑形状和深度系数的端阻力计算公式可以用于该新型风电基础;混凝土筒壁+钢质内分舱板组合式筒型基础倾斜率、结构强度和自振频率满足设计要求,且在造价上更为经济。     

T91/TP347H异种钢焊接接头高温拉伸性能研究

在580℃不同加载速率下开展了T91/TP347H异种钢焊接接头及母材短时高温拉伸试验,研究了焊接接头及两端母材的高温拉伸性能,提出了改进双线性模型,并通过有限元方法模拟高温拉伸过程,分析拉伸过程中的危险点位置、位移、应力及应力三轴度的变化规律。结果表明：加载速率为1.0×10^-5～2.5×10^-5 s^-1时,其对T91钢、TP347H钢与T91/TP347H异种钢焊接接头拉伸力学行为的影响较小;T91/TP347H异种钢焊接接头的薄弱位置在T91侧焊缝处,且位于材料外表面,T91侧几乎没有发生径向变形,而TP347H侧出现径向变形,导致这一侧横截面积减少。     

氢燃料微混燃烧器燃烧特性研究

针对带中心钝体的四喷嘴微混燃烧器,运用ANSYS FLUENT软件,采用热态小火焰生成流形的方法对燃烧器模型进行数值模拟,并与实验研究相结合,研究了甲烷/氢气混合燃料(体积组分40%CH₄-60%H₂)微混燃烧条件下的燃/空掺混,流场、温度场、火焰形态及污染物排放等基础燃烧特性。研究结果表明：微混燃烧器采用空气和燃料径向进气的结构有利于燃/空掺混,在燃烧器出口的掺混均匀性指数达到0.959;燃烧器钝体结构处存在较明显的小型中心回流区,有助于火焰稳定;当量比在0.4～0.8范围内,火焰根部稳定附着在微混喷嘴的出口,火焰彼此相互独立,实验中燃烧器火焰形态与仿真OH^*场分布基本一致;绝热火焰温度在1 500～2 050 K范围内,模型燃烧室出口NO_x排放浓度均低于16×10^-6,CO排放浓度均低于11×10^-6,表明该微混燃烧器的污染物排放水平较低且燃烧效率极高。     

遗留桩坑对临近复合筒型基础倾斜率的影响

针对某海上风电项目,基于ABAQUS三维数值软件定量分析桩坑与复合筒型基础的距离、桩坑尺寸及深度等参数变化对复合筒型基础结构泥面倾斜率的影响,引入可反映桩坑充盈固结程度的系数γ与切线斜率K。结果表明：随着桩坑尺寸增加,复合筒型基础泥面倾斜率呈非线性增长,且均向桩坑所在方向倾斜;桩坑深度大于复合筒型基础入土深度时,基础倾斜率增长较快;研究表明筒型基础泥面倾斜率对大深度、近距离桩坑内部土体强度尤为敏感,拟通过该文研究为复合筒型基础风电机组安装船舶选型及布置提供理论依据。     

高温集热管真空寿命预测研究

针对高温真空集热管真空老化性能展开真空度预测和寿命评价研究。模拟电站高温集热管运行环境，在400℃进行热循环模拟和热损测试，在450℃进行过热加速循环试验。结果表明：集热管封离后，室温条件下其内初始真空度达4.7×10^-4Pa，在400和450℃经过400次循环后，管内真空度分别为5×10^-3Pa和6×10^-2Pa。室温状态下集热管在吸收涂层法向发射比为0.08，真空度为10^-3Pa时，400℃下热损为216 W/m，显示出良好的热性能。拟合结果表明在400℃条件下集热管使用寿命满足25年要求。     

生物质成型机成型模孔内表面摩擦力分形预测

选择2种模孔材料,利用粗糙仪测出其表面形貌,提取轮廓数据,采用尺码法计算出表面分形参数D和G,再基于经典接触公式和M-B分形接触模型建立成型模孔内表面滑动摩擦力分形预测模型并进行模拟,最后利用摩擦磨损试验台进行验证。结果表明：当环模模孔内表面的粗糙度R_a值3.428 μm时（45钢）,D值为1.373,G值为1.55×10_-6 m;而当其R_a值为4.002 μm时（40Cr）,D值为1.359,G值为0.82×10_-6 m;摩擦力随真实接触面积的增加呈增大趋势,单位摩擦力随真实接触面积的增加呈减小趋势;在A_rrc时,摩擦力增大速度较快,单位摩擦力减小速度较快;在A_r>A_rc时,摩擦力增幅较平缓,单位摩擦力降幅较平缓。经实验验证,摩擦力模拟结果比试验结果略高,且随真实接触面积的增大,摩擦力的模拟值正逐渐接近实验值,模型预测较准确。     

Simulation of the effects of electrode parameters on all-vanadium redox flow battery performance

以全钒液流电池为研究对象,利用电池内部传递与反应相耦合的机理模型,模拟电池二维,等温,稳态条件下,电池充电过程电极参数对电池内部极化的影响规律,包括碳毡电极的几何结构参数(厚度Lt和压缩比CR),电学特性参数(比表面积a和电导率)和操作参数(充电电流密度i)的影响.数值模拟结果给出Lt从1.5 mm增至3.5 mm,端电压仅降低3 mV;CR从0.1增至0.5,端电压降低16 mV;a从3.5×10⁴ m²/m³增至3.5×106 m²/m³,端电压降低30 mV;从18.9 S/m增至164.4 S/m,端电压降低87 mV,并给出多孔电极内部过电势在不同条件下不同的二维分布特点;i从100 mA/cm²增至150 mA/cm²,端电压增大57 mV,若同比增大比表面积a,则端电压只增大46 mV.将数值模拟与宏观实验相对比,取得良好的一致性,表明了数值模拟与分析的可靠性.通过增大CR,a,可以明显提高电池性能,为进一步提高电极材料的性能,设计电极结构参数,选择操作参数提供了重要依据.     

海洋天然气水合物开发产能及出砂研究

海洋天然气水合物多分布在深水非成岩储层,其开采过程中易出现泥砂运移（出砂）的情况且难以避免,然而出砂条件下的水合物产能估算偏差较大。本文通过室内海洋水合物降压开采出砂实验数据和海洋水合物试采公开资料,首次推导了出砂条件下现场尺度海洋水合物储层产能情况：在相当于1 200 m水深覆压、30.5 m厚的水合物细砂储层和7寸垂直井不防砂的情况下,得到最大产气速率4.63 ~ 14.1 m³/s,折合40.01×10⁴ ~ 121.84×10⁴ m³/d,综合出砂率0.16% ~ 10.74%;泥质储层在不防砂垂直井和水平井单个半径12 mm射孔下,其最大产气速率达到79.95×10⁴ m³/d和170 m³/d,但其综合出砂率是灾难性的。由于时空限制,产气速率、综合产能和出砂率还有很大提升空间,在平衡综合出砂率（控砂精度）和产气效率（产能）的情况下,有望达到产业化规模。本研究为合理估算出砂条件下的海洋天然气水合物产能提供支撑。     

中低温能源在中国

推动中低温能源的规模化应用是中国重构能源供给格局、实现清洁、低碳与可持续发展的有效途径.然而,目前中国中低温能源尚无完善的统计和明确的专项能源规划,其开发利用情况尚不明确;同时,中低温能源品位低、能量密度小,其开发利用仍然面临获取难、转换方式单一等问题,缺乏有效的技术路线指导.该文从中国能源结构中供需匹配角度出发,对地...     

棉秆炭与生物质焦油混合成型及燃烧特性研究

为研究棉秆炭与生物质焦油混合成型及燃烧特性,以成型压力、成型温度和焦油添加量为试验因素,采用正交试验方法,开展成型条件对抗压强度、跌落强度、松弛密度及吸潮率影响规律的试验研究,并采用差热热重同步分析仪,分析棉秆炭、焦油混合试样燃烧特性。试验结果表明：最优成型工艺参数为成型压力8 kN、成型温度20 ℃、焦油添加量6%。棉秆炭与焦油混合试样的综合燃烧特性指数（28.86~24.21）×10^-8 K^-3·min^-2随焦油添加量（0%~6%）的增加而逐渐减小,说明在棉秆炭中加入适量焦油制备成型炭可获得良好的成型及燃烧性能。     

Preparation and characterization of PEO based Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3 solid composite electrolyte

以聚环氧乙烷（PEO）为黏结剂,离子导电性的Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃（LAGP）为主相,乙腈为溶剂,按照EO/Li,摩尔比为13,变化LiN(CF₃SO₂)₂（LiTFSI）中Li⁺ 与LAGP中Li⁺ 的比例,通过溶液浇注法制备得到LAGP-PEO(LiTFSI)固体复合电解质。用X射线衍射、扫描电镜（SEM）和电化学阻抗（EIS）等方法对固体复合电解质的形貌、结构和电导率进行表征。结果表明,LAGP可与PEO(LiTFSI)部分络合并均匀分散于PEO(LITFSI)内,整个体系内存有三个主体相,即PEO(LiTFSI)的复合相、LAGP晶相以及PEO与两种锂盐的过渡相。通过阻抗谱图发现,当质量比w(LAGP)∶w(PEO)=6∶4时,LAGP-PEO(LiTFSI) 固体复合电解质具有最高的室温电导率,为2.68×10^-5 S/cm,在333 K时,达到1.86×10^-4 S/cm,接近LAGP的电导率水平。这说明固体复合电解质中加入LAGP即降低了PEO的结晶度,LAGP自身的电导率也有一定贡献。     

末次冰期以来珠江口盆地深水区天然气水合物稳定带演化

珠江口盆地深水区具备优良的天然气水合物成藏条件,是南海重要的天然气水合物资源勘探区。利用CSMHYD软件模拟预测了天然气水合物相平衡条件下,现今珠江口盆地的天然气水合物稳定带厚度分布和末次冰期以来水合物稳定带厚度的演化特征,同时讨论了晚更新世冰期以来海平面、底水温度对该区天然气水合物稳定带变化的影响,以及水合物分解对环境的影响。结果表明：（1）水深超过600 m的海域具备形成天然气水合物的温压条件;水合物稳定带平均厚度245 m,其中南部稳定带的最大厚度超过330 m,是有利的水合物勘探区;（2）中层水团温度上升很可能是新仙女木末期珠江口盆地深水区天然气水合物分解的主要诱发因素;（3）B/A暖期到YD冷期结束时水合物稳定带面积减少约0.65×10⁴ km²,分解释放的甲烷量约0.38×10¹³ m³,折算成总碳量约为1.9 Gt。     

基于Jaya-DA算法的太阳电池模型参数辨识

为提升太阳电池模型参数辨识的准确率,该文提出基于Jaya算法与蜻蜓算法相融合的辨识方法,运用Jaya算法进行初步全局搜索,并结合蜻蜓算法进行局部搜索最优解,使算法收敛精度得到有效提升.研究结果表明:运用Jaya-DA算法求得太阳电池模型的电流均方根误差为9.861×10-4,相较于单一使用Jaya算法、蜻蜓算法、人工蜂...     

导向架平台吸力桶基础施工过程控制关键技术

[目的]针对目前吸力桶基础设计与施工技术还未成熟,缺乏规范性指导文件的现状,对吸力桶施工过程控制关键技术展开专题研究。[方法]以某海上风电场导向架平台基础工程为背景,以实测数据为基础,采用统计分析、数据挖掘、过程回溯反演的方法与技术手段。[结果]详细介绍了吸力桶基础成套安装设备与智能化、数字化控制系统的构成与功能;探讨了导向架吸力桶基础施工过程中的控制参数与控制标准;归纳总结吸力桶贯入/顶升可行性分析计算工况与参数取值方法;提出吸力桶从入泥沉贯到顶升回收全过程每一环节的控制要点与控制方法。[结论]最后以7个四桩导向架吸力桶基础的施工实测数据,说明吸力桶基础施工过程中控制参数的变化特征与控制效果,以供类似吸力桶平台基础设计施工时参考。