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华中科技大学学报（自然科学版）
华中科技大学
华中科技大学学报（自然科学版）

华中科技大学

李培根

月刊

1671-4512

hgxbs@hust.edu.cn

027-87543916 87544294

430074

武汉市珞喻路1037号

华中科技大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Huazhong University of Science and Technology(Nature Science Edition)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由华中科技大学主办、教育部主管的综合性科学技术类学术刊物，创刊于1973年，国内外公开发行。主要刊登机械科学与工程、电子与信息工程、材料科学与工程、计算机科学与技术、电子科学与技术、能源与动力工程、船舶与海洋工程、控制科学与工程、电力工程、土木工程、生命科学、经管科学、基础理论学科的最新科研成果。
正式出版
收录年代

    基于致动线模型的HAWT-VAWT相互作用研究

    李银然郭朋威陈泽琼
    72-78,85页
    查看更多>>摘要：采用大涡模拟(LES)结合致动线模型(ALM)，研究了水平轴风电场机组间隙中加入垂直轴风力机(VAWT)时对风电场的影响。模拟一组水平轴风力机(HAWT)和VAWT在大气边界层(ABL)条件下的相互作用，分析风力机功率输出特性及尾流特性。研究结果表明:在水平轴风电场中加入VAWT，可以提升风电场的发电量及充分利用机组间隙;风力机功率输出特性及尾流特性主要取决于两者的相对位置，当VAWT位于HAWT前方时，能够使HAWT的功率输出提高0。44%，反之位于后方时，VAWT的功率输出会有明显的提升，约为13。21%;相较于单一HAWT，加入VAWT后总功率可提升2。54%;此外，VAWT的尾流在经过HAWT近尾流区域时，会出现明显的偏转现象。在远尾流区域，两者的尾流相互混合，呈现出更快的恢复速率。

    水平轴风力机垂直轴风力机致动线模型风电场布局尾流

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    地表粗糙度影响风力机输出功率的实验研究

    马高生王鹏锜李德顺郑权...
    79-85页
    查看更多>>摘要：利用尖劈和粗糙元组合构建四种符合不同风廓线指数的边界层。在轮毂高度处来流平均风速、湍流积分尺度和风速脉动功率谱相同的前提下，考察不同的风速廓线对风力机功率频谱的影响。结果表明:风力机输出功率频谱与来流的湍流频谱在频域上表现为三个对应的区域，分别为湍流谱中以大尺度湍流结构为代表的低频区域、代表湍流能量耗散的中间区和以小尺度和微尺度漩涡为代表的高频区。不同的地表粗糙度下，对应于中间区域的风力机输出功率频谱表现衰减的斜率不同;相同的地表粗糙度下，衰减程度与湍流积分尺度、风速等因素无关，两个量的频谱特征呈现出一种非线性关系，衰减斜率有随地表粗糙度增加而增大的趋势。不同风廓线指数下风力机输出功率有较大差别，来流中的能量差异是造成输出功率变化的重要原因。

    地表粗糙度风力机功率频谱湍流频谱风洞实验

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    风机12.9级叶根螺栓极限及疲劳承载影响因素分析

    罗胜曦谢东洋解轲彭宁...
    86-91,106页
    查看更多>>摘要：为揭示风机叶片12。9级高强度叶根螺栓极限及疲劳承载特性，建立了叶根螺栓预埋螺栓套连接完整有限元模型，分析螺栓自身设计参数缩颈、不同屈服比例的预紧力对叶根极限承载的影响规律，进而研究不同设计参数下螺栓应力范围。搭建12。9级叶根螺栓疲劳试验平台，测试螺栓疲劳等级，突破现有规范对疲劳等级的取值，以及不同参数取值下螺栓的S/N曲线。基于马尔科夫载荷矩阵研究不同S/N曲线、不同设计参数下叶根螺栓疲劳承载的关联关系。结果表明:螺栓施加同一屈服比例的预紧力时，缩颈越大，极限承载能力越高;疲劳载荷过大时，接触面螺栓附近开口出现，弯矩非线性增加，此时缩颈将不能降低螺栓应力范围;螺栓S/N曲线指数取值越大，疲劳损伤越小;若能突破疲劳等级的取值，螺栓设计参数对疲劳损伤的制约将大幅降低。

    叶根螺栓预埋螺栓套极限疲劳承载马尔科夫矩阵有限元模型

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    桉木与煤掺混燃烧实验研究

    范泽伟桂其林李兵张世红...
    92-99页
    查看更多>>摘要：针对燃煤耦合生物质混燃过程中所需要解决的系统性科学问题，选用典型生物质桉木作为原料与煤粉混燃。采用综合热分析仪、固定床反应系统和灰成分测试技术分别探究了桉木与煤混燃过程中的耦合燃烧特性、污染物排放特性及积灰结渣特性。实验结果表明:随着桉木掺混比例的增加，着火温度、燃尽温度和活化能整体均有所降低。当桉木质量掺混比例为10%时，综合燃烧特性指数和综合燃烬特性指数分别上升了36。2%和13。55%;当桉木质量掺混比例为5%～15%时，污染物燃料型NO和SO2的总转化率降低最为明显;当桉木质量掺混比例达到30%时，熔融特征温度下降56～100℃。高温过程中桉木小颗粒熔融后会附着于煤灰和焦炭颗粒上，发生不完全燃烧及加剧颗粒附着现象，从而增加炉膛结渣风险，因此应控制桉木掺混比例在30%以下。

    煤桉木燃烧特性污染物排放特性积灰结渣特性

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    掺杂金属对甲醇裂解催化剂性能的影响

    卢奕鑫蒋炎坤
    100-106页
    查看更多>>摘要：为提升醇氢发动机中甲醇催化裂解的效果，研究了Cu3Ni1N/Al2O3催化剂(N=Zn，Co，Ce，La和Zr)对甲醇裂解反应催化行为的影响，检验其时间稳定性，并与未掺杂的Cu3Ni1/Al2O3催化剂对比。所有的催化剂均采用X射线衍射(XRD)、H2-程序升温还原技术(H2-TPR)、扫描电子显微镜(BET)、扫描电子显微镜(SEM)与X射线光电子能谱技术(XPS)进行表征。结果表明:第三金属元素的掺杂能够提升甲醇裂解率，降低副产物生成。就各掺杂元素而言，La因其难以负载导致对甲醇裂解效应提升不明显;Zr能够很好地分散在催化剂中促进裂解反应;Co能与Ni产生协同作用，促进Co-Ni合金形成促进甲醇裂解，但其副产物较多，不利于实际生产;Zn能在载体表面均匀附着，形成大量细小晶粒;Ce能活化Cu2+并促进Cu的分散，对甲醇裂解率的提升效果是最好的。Cu3Ni1Ce1/Al2O3催化剂对甲醇裂解效应最佳。

    甲醇裂解负载型催化剂掺杂金属协同作用

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    陈腐垃圾-生活垃圾协同焚烧特性研究

    曾武清王予卜庆国马洪亭...
    107-113页
    查看更多>>摘要：为研究陈腐垃圾与生活垃圾协同焚烧对垃圾焚烧特性的影响，以一台450 t/d的机械炉排焚烧炉为研究对象，模拟分析陈腐垃圾掺混比与生活垃圾含水率对垃圾焚烧特性的影响，并进行现场测试。结果表明:测试结果与模拟结果的相对误差均在±5%以内;掺混比每增加1%，炉排上垃圾焚烧过程结束的位置提前0。05 m，水分蒸发、挥发分释放和固定碳燃烧速率分别降低0。21，1。63和0。59 kg/(m2∙h)。随着陈腐垃圾掺混比的增加，焚烧炉出口O2体积分数上升，CO2和H2O体积分数下降;含水率每增加1%，炉排上垃圾焚烧过程结束的位置延后0。19 m，水分蒸发速率增加0。25 kg/(m2∙h)，挥发分释放和固定碳燃烧速率分别降低9。82和0。88 kg/(m2∙h)，且含水率的增加还导致焚烧炉出口CO2体积分数下降，O2和H2O体积分数上升。在满足二次风截面的烟气温度高于850℃及焚烧炉设计热值的前提下，混合垃圾的热值应控制在6 871～8 374 J/g范围内。

    协同焚烧数值模拟计算流体力学陈腐垃圾焚烧特性

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    地质封存CO2泄漏玉米光谱差异特征分析

    薛璐马俊杰王浩璠马劲风...
    114-120页
    查看更多>>摘要：构建CO2泄漏模拟平台，利用玉米叶片原始光谱分析、一阶导数光谱分析及相关性分析、差异性分析与回归分析，提取对土壤CO2泄漏敏感的玉米光谱特征参量。结果表明:土壤CO2泄漏条件下的玉米绿峰(Rg)、红谷(Rr)、蓝边幅值(Db)和红边幅值(Dr)四个特征参量变化明显，且Rg和Rr与土壤CO2有更高的相关性(R2≥0。869)。在泄漏10，20和30 d，土壤CO2体积分数为10%，30%和50%下的Rr均与对照组呈显著性差异;泄漏20和30 d时，土壤CO2体积分数为10%，30%和50%下的Rg均与CK呈显著性差异，但泄漏10 d、土壤CO2体积分数仅为30%和50%时，Rg与CK呈显著性差异。泄漏10 d时，Rg仅可识别土壤CO2体积分数为30%以上的泄漏;泄漏20和30 d时，Rr和Rg均可有效识别土壤CO2体积分数为10%，30%和50%的泄漏。同时，Rg与Rr与土壤CO2呈较强的线性关系(R2≥0。751 5)，可利用Rg和Rr与CO2的线性回归方程定量反演土壤CO2可能泄漏的体积分数。

    植物高光谱光谱特征参量CO2泄漏CO2地质封存泄漏监测

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    氨/正庚烷双燃料喷雾着火与污染物生成研究

    张尊华余伟平韦一董东升...
    121-128页
    查看更多>>摘要：针对氨/正庚烷双燃料喷雾开展大涡模拟，研究环境温度(Ta)对双燃料喷雾着火与污染物生成的影响。结果表明:提升Ta促进了正庚烷喷雾和氨/正庚烷双燃料喷雾的着火过程;相同Ta下，双燃料喷雾着火延迟时间比正庚烷喷雾长30%左右。双燃料喷雾中，NO2分布在当量比大于1、温度为900～1 150 K的喷雾中部区域，N2O集中在当量比大于1、温度为1 150～1 500 K的喷雾内部区域，而NO主要分布在当量比为1、温度大于2 000 K的喷雾头部区域。此外，提升Ta促进了双燃料喷雾中NO的产生，抑制NO2和N2O的生成。化学动力学分析表明:双燃料喷雾中NO主要由与HNO相关的高温反应生成，而85%左右的NO2和N2O是通过反应R285和R251生成。

    氨燃料环境温度双燃料喷雾大涡模拟NO/NO2/N2O

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    太阳能辅助600MW超临界供热机组的耦合方案

    余廷芳李龙飞方澳汤一村...
    129-135,164页
    查看更多>>摘要：针对某600 MW超临界供热机组，提出了两种太阳能与该机组的耦合方案:方案1通过太阳能场热能取代高加抽气;方案2为取代供热抽气。采用Matlab建立了供热季节太阳能辅助600 MW超临界供热机组性能计算仿真模型，并对供热季内这两种耦合方案进行了性能计算分析比较。结果表明:方案1和2均能提升原供热机组的性能;在供热季额定抽气工况下，方案1和2的发电标准煤耗率分别为221。35和225。26 g/(kW∙h)，相比原供热机组分别降低了28。47 和24。56 g/(kW∙h);方案1的光电转换效率为16。17%，比方案2高出2。63%;方案1和2的调峰范围提高了58。93%和83。33%。有效直接辐射强度235 W/m2是方案1和2的性能分界节点，据此提出了机组运行优化策略判据，制定了供热机组供热季节运行的优化运行策略，供热季按运行优化策略比方案1多节省煤134。54 t，比方案2多节省212。37 t。

    太阳能仿真耦合方案供热机组运行策略

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    基于间隙泄漏模型的微型转子压缩机结构优化

    蔡德华陈梦婷陈恩吴小艳...
    136-142页
    查看更多>>摘要：针对追求紧凑设计与高效运转过程中微型滚动转子压缩机面临的内部制冷剂泄漏难题，提出了一种基于间隙泄漏数学模型的优化设计方法。通过分析在固定排气量条件下，最小泄漏通道间隙、相对偏心距及相对气缸长度对R290与R32型压缩机泄漏量的影响，比较两种制冷剂压缩机在不同结构配置下的泄漏损耗，识别出影响能效的关键结构参数。据此，提出了优化设计方案，调整相对偏心距和相对气缸长度至0。213 0和0。4，同时将径向间隙减至10 μm，可使容积效率从46。77%提高至67。48%，实现了44。28%的效率提升。

    微型滚动转子压缩机容积效率泄漏损失数学模型润滑剂-制冷剂混合物天然制冷剂

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