基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位:（一）理论基础与能量流计算

提出了一种基于振荡能量的低频振荡分析方法。该方法通过网络中的振荡能量流评估元件的阻尼特性、定位负阻尼发电机和外施周期性扰动的位置。文中首先证明了发电机能量消耗和其阻尼转矩的一致性。然后利用广域测量信息,建立了不需要构造能量函数的网络中振荡能量流的计算公式。由于流入支路的振荡能量包含支路暂态能量的变化以及支路消耗或产生的能量,因此提出了一种计算能量流的实用方法,以减少其中的暂态能量分量,而只计算出支路消耗或产生的能量。由于系统的总能量与振幅对应,因此消耗能量的元件对振荡衰减的贡献为正,具有正阻尼,而产生能量的元件是振荡源。利用发电机的能量消耗来估计其阻尼转矩系数,与阻尼转矩分析的结果相符。利用能量流即可定位振荡源。     

超临界二氧化碳工质品质规范研究及展望

超临界二氧化碳(S-CO2)循环发电技术是最具应用前景的先进动力循环之一,是助力我国实现碳达峰、碳中和目标、构建清洁低碳、高效灵活的能源体系的重要攻关技术.工质品质是贯穿发电机组设计分析、运行调整等环节的关键问题,深刻影响发电机组的运行安全与经济效益.由于S-CO2循环发电技术采取了全新工质,工质品质规范亟需重新建...     

基于振荡能量的低频振荡分析与振荡源定位（二）振荡源定位方法与算例

系统的总能量与振幅对应,产生能量的元件对振荡衰减的贡献为负,可认为是振荡源。负阻尼发电机以及外施周期性扰动所在元件都会产生能量,文中推导了发电机上外施扰动产生能量的表达式。根据网络中的能量流,找到产生振荡能量的能量源,能量源就是振荡源。在振荡源处采取控制措施可有效抑制振荡。在分析网络中的能量源以及能量流动的基础上,提出了利用电网中的振荡能量流定位振荡源的方法。该方法只需要广域测量信息,可在线应用。仿真结果以及实际电网振荡事故分析的结果验证了该方法的有效性。     

国产200MW汽轮机高压调速汽门汽流扰动振荡研究与改进

从国产200MW汽轮机GX-1型高压调节阀的结构出发，对现存问题从设计、安装方面进行了分析论证，并按照提出的改造措施进行了改造。改造后的200MW机组高压调速汽门运行状况平稳，延长了高压调速汽门各部件的使用寿命和周期，达到了预期目的，为同类型机组进行改造提供了可靠的依据。     

基于模式能量流法的互联电网功率振荡能量解析与主振荡路径识别

针对互联电力系统的功率振荡现象,为了能够深入剖析,构建了模式能量流函数,对互联电力系统的功率振荡进行网络模式能量的求取,并进行能量解析。在此基础上,利用所建立的基于广域量测信息的模式阵型指标,判别系统功率振荡发电机分群情况,同时根据所建立的主振荡路径判别指标对系统主振荡路径进行辨识,得到系统能量交互的主振荡路径。通过对4机两区和8机36节点算例进行仿真,验证了所提出的互联电力系统功率振荡能量解析与主振荡路径识别方法的有效性。     

基于HHT的电力系统低频振荡分析

论文将一种新的非线性、非平稳信号的处理方法- HHT(Hilbert-Huang transform)方法,应用于电力系统低频振荡分析之中。该方法克服了傅里叶算法和Prony算法难以处理非平稳信号的缺点,并克服了小波算法中小波基难选取的问题。HHT方法可以从非平稳的低频振荡信号中准确地提取动态振荡特性以及丰富的系统故障暂态信息,从而进一步揭示各振荡模式之间的非线性作用。同时该方法具有分辨率高并能有效地处理样本数少的短数据的优点,因此该方法可以用于在线分析和控制器设计之中。仿真结果表明了该方法的有效性。     

多机电力系统的强迫功率振荡特性研究

推导了多机电力系统强迫功率振荡近似稳态响应的表达式,在此基础上应用左右特征向量和参与因子等参数对多机系统发生强迫功率振荡时的振荡分布特性、扰动源位置对系统响应的影响等问题进行了分析。介绍了应用电力系统仿真软件DIgSILENT进行电力系统小干扰稳定性分析的一般方法。通过对4机2区系统的仿真分析对多机系统强迫功率振荡特性进行验证并与负阻尼和弱阻尼振荡进行比较,有助于更加深入地认识电力系统强迫功率振荡。     

单回路脉动热管温度振荡特性实验研究

通过对单回路紫铜-水脉动热管壁温振荡特性的实验研究,揭示传热功率、充液率和管径对热管启振及传热性能的影响。实验采用风冷却方式和定热流加热,测试稳定运行时加热段和冷却段外壁温的波动特性曲线,得到温度振荡与热管传热功率之间的的内在关系;同时研究了充液率和管径对管壁温振荡特性的影响。结果显示,随加热功率的增加,管壁温振荡呈现四种状态,无振荡、启振、大幅振荡和小幅均匀振荡;频率呈现由小到大和高位稳定振荡的特点。充液率和管径对热管的启振功率、振幅和频率都有影响;中间管径和中间充液率热管的启振功率最小;管内径越小,充液率越大,热管的温度振幅越大;中间管径、中间充液率的热管的平均振荡频率最大,而大管径、小充液率管子的平均振荡频率最小。当传热功率达到一定值时,振荡转变为小幅均匀振荡,充液率和管内径对热管振幅和频率的影响变小。     

螺旋管内超临界二氧化碳换热性能的模拟和试验研究

对超临界二氧化碳(S-CO₂)在螺旋管内的对流换热性能进行模拟和试验研究。探讨了热流密度q、质量流量G、节距P、管内径d、螺旋半径R等流动、结构特性对流动传热的影响,并对各结构特性灵敏度做了量化分析;搭建了闭式循环的S-CO₂测试平台,对螺旋管内S-CO₂对流换热性能进行了试验研究,并基于试验工况数据验证了数值模拟的准确性;对数据进行处理,拟合出了S-CO₂的传热关联式。该研究为S-CO₂螺旋管式换热器的热力设计方法奠定了基础,并在核电及光热发电领域具有一定的工程应用价值。     

二氧化碳和水蒸气在叶栅通道内的流动特性对比

为探究二氧化碳和水蒸气工质在透平叶栅中损失特性的异同,采用数值方法研究了2种工质在轴流透平静叶栅以及级内的流动特性,获得了亚音速条件下透平级高效运行的最佳马赫数。结果表明：随着马赫数增大,流动损失先增大后减小;当马赫数较低时,扩压段范围较大且易回流,使得壁面边界层增厚并分离,总体流动损失增大;当马赫数较高时,通道内二次流强度较大,且在叶片尾缘附近产生激波,其流动损失主要源于二次流和激波;与水蒸气相比,二氧化碳的动力黏度略大,密度约是水蒸气的2倍,在相同马赫数时其主流速度较低,边界层较厚,因此在马赫数较低时其壁面摩擦损失较大,总体损失较大;马赫数低于0.30时,以二氧化碳为工质的透平级总总等熵效率较低,马赫数高于0.50时,二氧化碳的效率略高于水蒸气;在叶型最佳出口马赫数约为0.60时,2种介质在级环境下的总总等熵效率均达到最高。该研究结果将为进一步提高水蒸气和二氧化碳轴流透平的设计水平以及深入理解不同介质在透平级内的流动特性提供参考。     

超临界二氧化碳工质发电系统候选材料高温腐蚀研究现状与进展

近年来,采用高温超临界二氧化碳（S-CO₂）作为工质构建新型布雷顿循环,建立超高参数、超高效率、结构紧凑的发电动力系统,在燃煤火电、核电、太阳能热发电等领域具有良好的应用前景。金属管道和部件在高温S-CO₂环境中的抗高温腐蚀性能是该新型动力系统建设的瓶颈问题之一。本文综述了候选材料铁素体/马氏体耐热钢、奥氏体不锈钢、高温镍基合金在高温S-CO₂环境中的腐蚀研究现状,探究了S-CO₂环境下的氧化-碳化耦合机理,给出了S-CO₂环境腐蚀亟需解决的问题,提出了合理抑制碳化腐蚀的方法,指明了S-CO₂腐蚀的研究发展方向和趋势。     

超临界二氧化碳循环工质热物性研究进展

超临界二氧化碳（S-CO₂）循环是近年来受到广泛关注的发电技术。工质热物性是循环设计和优化的基础。本文综述了CO₂热力学性质和输运性质的实验数据和计算模型的研究进展,并结合S-CO₂动力系统的设计和运行需求进行了分析。针对研究现状,指出了亟待解决的问题:近临界区实验和理论研究尚有不足;比热容、声速、黏度和导热系数在液相区和高温高压区实验研究存在空白;已有的多种计算模型缺乏针对发电循环应用的系统评估和比较等。建议针对S-CO₂循环需要的CO₂热物性在具有空白区域重点开展实验和模型工作,并对已有工作进行系统评估。     

回转式空气预热器蓄热元件流动传热数值模拟

为研究回转式空气预热器蓄热元件流动与传热特性,采用Fluent软件对3种搪瓷蓄热元件进行数值模拟,获得蓄热通道速度、温度、压力云图及不同雷诺数下努塞特数和阻力系数的变化图像。模拟结果表明:3种板型蓄热元件阻力系数随雷诺数的增加而减小,努塞特数随雷诺数的增加而增加;增加斜波纹的蓄热元件传热性能提高,流动阻力增大,波纹参数是影响蓄热元件流动阻力的重要因素,壁面温度对其影响较小。该结果可为回转式空气预热器蓄热元件的优化设计提供参考依据。     

超临界二氧化碳和水膜分离器的数值模拟

为了解决CO₂羽流地热发电系统中超临界二氧化碳分离开采过程中携带水的问题,采用数值模拟方法分析了三维管壳式中空纤维膜的吸收分离特性,建立了耦合物质运输模型、多孔介质模型和吸收的数学模型,研究分离器不同设计参数对分离效率的影响。结果发现：当混合物入口速度由0.01 m/s增加到0.20 m/s时,膜的分离效率由95.76%下降到56.91%;当增加膜管长度时,分离效率不断升高,而增加膜管半径时,分离效率不断降低;当混合物入口速度大于0.05 m/s时,逆流布置的分离效率逐渐高于顺流布置的分离效率;增加膜分离器内膜管数量时,分离效率逐渐降低,单根膜管的分离效率最高。     

卜型岔管水力模型试验及三维数值计算研究

结合无锡马山抽水蓄能电站卜型岔管试验研究,对卜型岔管不同工况的水流流态、水头损失等水流特性进行了水力模型试验与数值计算研究,试验中发现并成功地模拟出二次流流态。数值计算采用Reynolds应力方程模型(RSM)的湍流模型,应用有限体积法和二阶迎风格式,速度场与压力的耦合计算采用Simplec。研究结果表明,计算与试验结果吻合较好。卜型岔管在不同运行工况下的水头损失差别较大,多数工况下流态分布比较均匀,总体能量损失较小,适合工程中优先选用。     

A numerical study of heat transfer and turbulent flow of carbon dioxide in a tube at supercritical pressure

Operating modes with normal and degraded heat transfer (the latter with peaks of wall temperature) during turbulent flow of carbon dioxide in a round tube at supercritical pressure are calculated. The calculated results are compared with experimental data on the wall temperature, pressure drop, and friction obtained under the conditions of a weak effect of thermogravitation. An explanation for the specific features of convective heat transfer in the region of supercritical pressures is given.     

超临界二氧化碳布雷顿发电循环压缩机实验研究进展

压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿发电循环(闭式循环)的核心部件。本文总结了国内外S-CO₂压缩机实验研究进展,包括主要测试平台及最新实验测试结果,重点关注不同功率等级的S-CO₂离心压缩机所采用的技术路线,从结构设计、气动性能以及相关运行测试问题等方面,对现有S-CO₂离心式压缩机实验研究中存在的共性与特殊性问题进行了总结与分析。此外,中国科学院工程热物理研究所完成了国内首次MW级S-CO₂闭式循环离心式压缩机多进口工况全载实验,最高实验转速32 000 r/min,质量流量约13 kg/s,总压比接近2.0,等熵效率82%。本文对该实验测试平台及相关实验研究进展进行了详细介绍。     

Experimental and numerical simulation for swirl flow in a combustor

Results of the experimental and numerical simulation for swirl flow in combustion of a lean methane-air mixture in a model combustor at atmospheric pressure are represented. The panoramic method for the flow velocity measurement and the calculation by a large eddy method were used for the investigation of the nonstationary turbulent flow. The numerical modeling for the breakdown of the vortex core of the flow and the topology of large-scale vortex structures forming in it showed the close fit to the experiment. The analysis of obtained data showed that for the case of the intensive swirl of the flow as well as in the case of the flow without combustion, dynamics of the flow with combustion was determined by the global azimuthal instability mode corresponding to the intensive precession of the vortex core. The flame had the similar characteristics of the stability and compactness in the case of stabilization by the low swirl; however, velocity pulsations in the flow corresponded to the development of only local instability modes. Thus, the other kind of vortex breakdown in the case of the low swirl, for which the central recirculation zone is lacking, is not only favorable in view of the reduction of the NO _x emission, but also remains a possibility for the effective use of the active control method for the flow and combustion. In particular, the given result may be used for the elimination of the thermoacoustic resonance in combustors.     

平行管超临界流体流动不均匀特性试验研究

为了解超临界循环流化床（CFB）锅炉炉膛中悬吊屏平行管束内工质流动不均匀性,基于流体模化理论,设计超临界工质平行管束试验系统,以R-134a模化超临界水蒸气进行试验研究。试验在工质质量流率500~700 kg/(m2·s),入口温度503~543 K,入口压力4.0~4.3 MPa,CFB颗粒浓度3.9~15.0 kg/m3下进行,研究了上述参数对平行管束中工质流动不均匀性的影响。结果表明:影响工质在管束内流动不均匀性的主要因素包括管外的换热特性、管内的换热特性和管内压降;工质入口温度增加,其在平行管束内的流动不均匀性降低;当工质入口压力高于其临界压力时,入口压力变化对工质整体流动不均匀性影响较小;工质质量流率增加,其流动不均匀性增加;管束外侧颗粒浓度增加,工质流动不均匀性增强;试验条件下,平行管束两侧流动不均系数相对较小。