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西安交通大学学报
西安交通大学学报

陶文铨

月刊

0253-987X

xuebao@mail.xjtu.edu.cn

029-82668337 82667978

710049

陕西省西安市咸宁西路28号

西安交通大学学报/Journal Journal of Xi'an Jiaotong UniversityCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由国家教育部主管、西安交通大学主办的综合性自然科学学术理论刊物，国际标准开本，国内外公开发行，具有明显的机电特色。主要刊登机械、电气、能源、动力、材料、电子、信息与控制、计算机、物理、力学、化学工程、生物工程、建筑工程以及有关新兴、交叉学科方面的最新研究成果。
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    混合量子-经典算法的配电网灾后拓扑重构方法

    付炜谢海鹏王鹤峰陈晨...
    1-16页
    查看更多>>摘要：为及时有效地制定配电网拓扑重构策略以提升负荷快速恢复能力,基于量子计算的优越性,提出混合量子-经典(HQC)算法的弹性配电网灾后拓扑重构方法.首先,构建基于HQC算法的灾后配电网拓扑重构模型,以实现实际场景、优化问题、嵌入算法相应模块在量子计算和经典计算环境下的协作交互过程.然后,将配电网拓扑重构问题构造为无约束离散优化子问题和有约束连续优化子问题,提出量子退火嵌入式交替方向乘子(QA-ADMM)算法,将离散子问题等效映射成量子可解释的伊辛模型后,部署在D-Wave量子退火计算机中,并与经典计算机中连续子问题迭代求解,采用 自适应惩罚因子调节机制加速算法收敛.最后,通过IEEE 14、33、69、123以及改进的205节点的不同规模配电系统,分析验证了QA-ADMM算法的有效性、稳定性与可扩展性.结果表明,惩罚因子、目标函数惩罚项系数、量子退火中采样读取次数会影响所提算法的精度和收敛速度;优化问题规模扩大后,所提混合量子-经典算法计算优势更加明显,205节点配电系统算例下,计算效率较经典计算可提升约34％.

    弹性配电网拓扑重构混合量子-经典算法量子计算量子退火

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    独立储能参与的电能量和全过程调频市场联合出清模型

    黄翰锟王秀丽张恒源李洁...
    17-27页
    查看更多>>摘要：为应对电力系统内同步资源占比逐渐下降给系统频率安全带来的挑战,从储能参与快速调频、提高系统频率安全性的实际需求出发,基于有储能参与的电能量和备用市场出清模型展开推导.依次分析了无储能参与和有储能参与时系统的频率响应过程,确定了储能提供快速调频和二次调频的约束条件,建立了独立储能参与的电能量和备用市场、调频辅助服务市场(包含快速调频)的联合出清模型,并给出了该模型下电能量、运行备用、快速调频和二次调频的定价机制.所提模型涉及了惯量响应、快速调频、一次调频和二次调频4个阶段,反映了电力系统全阶段频率安全特性.仿真结果表明,相比无储能参与的联合出清模型,所提模型在IEEE-30和NREL-118算例下系统运行成本分别降低了约0.72％和0.47％,在提高了系统频率安全性的同时实现了系统运行成本的降低.

    快速调频储能调频辅助服务电力市场频率响应

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    高速电磁能推进装置枢轨接触特性分析及实验研究

    祝丽花刘平谷雨茜郝建英...
    28-36页
    查看更多>>摘要：为准确分析高速增强型电磁能推进装置枢轨接触特性,提出了一种数值计算与实验测量相结合的方法,对推进装置枢轨接触特性进行动态分析.首先,建立接触电阻与膛口电压、轨道电流、磁场等物理量之间的数学模型,并设计实验对膛口电压、轨道电流、电枢速度以及空间磁场等装置参数进行测量;其次,通过膛口电压与轨道电流等实验测量数据和有限元数值计算结果,对增强型电磁能推进装置枢轨接触电阻进行计算;进一步根据接触电阻计算结果与电枢速度特性曲线,对不同阶段下推进装置枢轨接触特性进行分析;最后,将服役后的导轨进行拆解和形貌扫描,通过样貌图侧面验证了不同阶段接触特性分析的可靠性.研究结果表明:初始阶段枢轨接触电阻最大可达8.5 mΩ,且轨道在此阶段损伤较为严重;在加速至中高速阶段,接触电阻基本平稳在0.78 mΩ左右,枢轨接触状态较为稳定;在高速运动至出口阶段,接触电阻波动幅度较大,电接触稳定性差.研究内容可为轨道磨损以及提高系统性能等提供基础数据和新的可靠参考.

    电磁能推进装置高速状态接触电阻轨道形貌枢轨接触

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    一种适用于混合三端直流输电线路的故障定位方法

    高淑萍杨莉莉武心宇周晋宇...
    37-46页
    查看更多>>摘要：针对因结构复杂导致的混合三端直流输电线路故障定位困难的问题,提出了一种结合变分模态分解算法与改进卷积神经网络(CNN)的故障定位方法(VMD-CNN).首先,利用PSCAD/EMTDC软件构建混合三端直流输电系统模型,获得故障电流数据,应用克拉克变换对其解耦,获取故障电流的线模分量;其次,对得到的线模分量进行变分模态分解(VMD),得到多个本征模态函数(IMF)分量,选取特征信息最丰富的IMF分量作为VMD-CNN模型的输入;然后,利用高效的分类模型支持向量机(SVM)判别故障发生的区域,将提取到的IMF分量作为SVM输入进行训练学习,可以准确判断出故障发生区域;最后,搭建VMD-CNN模型进行故障定位,挖掘出行波信号中蕴藏的故障信息,同时通过麻雀搜索算法优化CNN中的超参数,实现混合三端直流输电线路的精确定位.仿真结果表明:过渡电阻为100 Ω,不同故障位置情况下的定位相对误差均在0.17％以内;故障位置为460 km,不同过渡电阻情况下的定位相对误差均在0.25％以内;过渡电阻为50 Ω,不同故障类型情况下的相对误差均在0.3％以内.所提方法能够提升不同故障位置、过渡电阻和故障类型下的定位准确性.

    混合三端直流输电故障定位变分模态分解卷积神经网络麻雀搜索算法

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    3D打印矩形粗糙通道内火箭煤油流动换热特性试验方法研究

    刘朝晖彭乐钦李沛奇杨宝娥...
    47-55,67页
    查看更多>>摘要：为探究3D打印再生冷却通道在液体火箭发动机推力室中的替代应用特性,研制了具有不同内表面粗糙度的正弦波纹结构3D打印304不锈钢矩形通道.内截面名义尺寸为2.0 mm× 2.0 mm,设计粗糙度分别为6.3、25.0、100.0 μm,实际粗糙度Ra分别为11.88、12.70、17.53μm,通过将高温电阻率法和像素法相结合获得了3D打印通道的实际内径和壁厚,修正了火箭煤油流动换热的内壁温和热流密度,建立了3 D打印粗糙通道内火箭煤油流动换热特性试验研究方法.试验参数如下:压力处于15～20 MPa范围、质量流速在12 450～24 900 kg·m-2·s-1之间、热流密度为5～15 M W·m-2、流体温度为-150 ℃.研究结果表明:火箭煤油流动换热特性受到热流密度、流体温度和质量流速的影响;流体温度处于50～135 ℃范围内,换热系数增加约25％～33％;热流密度处于5.0～15.0 MW·m-2范围内,换热系数增加了8.3％;质量流速为12 450～24 900 kg·m-2·s-1范围内,换热系数增加了60.2％.粗糙度增加对火箭煤油流动换热起到强化作用,粗糙度从11.88 μm增加到17.53 μm时,换热强化幅度超过20％以上.该研究可为3D打印通道在火箭发动机推力室中的替代应用提供参考.

    3D打印矩形通道流动换热粗糙度火箭煤油

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    自适应变分模态分解算法在高温高压水空化特性分析中的应用

    许博胡鸿飞王海军
    56-67页
    查看更多>>摘要：针对高温高压流动工况下,空化状态判断困难、传统分析方法难以有效提取压力脉动信号中的有效信息的问题,以孔板为对象,开展了高温高压水的空化实验,并提出了一种基于遗传算法的自适应变分模态分解(AVMD)算法.该算法通过结合中心频率法、遗传算法、功率谱熵和相对能量等技术,自适应地确定变分模态分解算法中的超参数并有效去除信号中的噪声成分,提高了空化特征的提取精度.结果表明:AVMD算法能够精确捕捉到高温高压水流经孔板时空化现象的发生和发展,识别空化起始点、转捩点以及空化强度的变化;当高温高压水流经孔板后,压力脉动的无量纲频率在0.04～0.35、压力脉动的无量纲幅值在0.014～0.067时,空化现象开始出现;随着空化强度增加,管内压力脉动幅值和频率整体呈增大趋势;空化起始转捩点及空化严重转捩点与入口压力和工质入口过冷度密切相关.AVMD算法能够有效提高空化特性分析的精度,尤其是在复杂流动条件下的空化预测,为压水堆核电站冷却剂系统和高压蒸汽系统的稳定运行提供理论依据和参考.

    高温高压水空化特性自适应变分模态分解孔板

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    超临界循环流化床锅炉深度调峰时水冷壁流动不稳定特性计算分析

    李维腾郭泽瑞韩磊杨冬...
    68-77,92页
    查看更多>>摘要：针对深度调峰时超临界循环流化床锅炉水冷壁管道内的汽液两相流动不稳定问题,提出了一种适用于不同工况的频域法数学模型.通过对质量、能量、动量方程进行小扰动线性化后经拉普拉斯变换得到了用于描述管道内汽液流体流动稳定性的传递函数,通过图解奈奎斯特图的方法判断管内工质流动的稳定性.然后,通过该模型计算了某350 MW超临界循环流化床锅炉水冷壁管段的不稳定边界并研究了不同参数对流动不稳定特性的影响.计算结果表明:所选回路在20％和50％锅炉最大连续蒸发量负荷发生流动不稳定时,热负荷分别为76.09 kW·m-2和113.52 kW·m-2,水冷壁管道流动稳定且安全;入口过冷度对临界热流密度的影响呈非单值性;增大质量流速使流体的进口和出口密度差减小,有利于流动的稳定;增大入口节流系数,可以抑制入口处流量的脉动,有利于流动的稳定;在不同的工况条件下,改变管段倾斜角度会对流动稳定性产生不同的影响.

    深度调峰流动不稳定性频域法超临界循环流化床锅炉

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    多力场耦合条件下T型圆管通道内流体热混合机理研究

    李桉琦苏博林梅王秋旺...
    78-92页
    查看更多>>摘要：针对海洋动力平台和船舶动力装置中T型圆管通道内冷热流体间的热混合机理尚不清楚的问题,利用大涡模拟方法,对不同支管布置方式高温高压工况下(运行压力为10 MPa,进口流体温差为275 K,摇摆雷诺数为41 500)的多力场耦合T型圆管通道内流体热混合机理进行数值研究.利用提出的混合系数定量评价了不同布置方式下T型圆管通道内流体混合效果,利用均方根温度定量评价了不同布置方式下T型圆管通道管壁处温度脉动情况.结果表明:剪切层和尾迹区内涡结构与温度场存在时间和空间上的协同机制,且涡脱落频率和温度脉动频率基本相同,脱落频率为19.3 Hz;附加惯性力引起T型圆管通道内涡结构和温度场在时间和空间上周期性变化,加速了流体混合过程,削弱了浮升力和重力引起的热分层现象,同时增大了流体域内温度波动,长度约为10.2 D(D为主管内径);与对应的静止工况相比,支管竖直向上、水平和竖直向下布置时,摇摆条件下混合系数分别增大了10.8％、18.3％和27.8％;摇摆条件竖直向下布置时,管壁处温度均方根峰值最大为0.16,约为静止工况的2倍.因此,支管竖直向上布置时,热混合效果最好,热分层现象最弱,在实际应用中应被优先考虑.

    T型圆管通道浮升力摇摆条件热混合机理大涡模拟

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    数据中心多能互补分布式能源系统设计与运行优化研究

    任效效李小龙薛凯吴炫...
    93-104页
    查看更多>>摘要：为实现数据中心的低碳转型和能效提升,提出了一种集成多种可再生能源和储能设备的多能互补分布式能源系统作为其供能系统.建立了包含生命周期成本、碳排放、能耗、电网购电率和热量浪费率等指标的优化目标体系.制定了两种考虑负荷特征的运行策略,采用改进的多 目标蝗虫优化算法对系统容量配置进行求解.为了分析优化目标和运行策略对系统优化的影响,通过组合不同优化目标和运行策略形成了多种优化设计方案,采用层次分析法和熵权法确定评价指标的权重,并利用多准则妥协解排序法进行评价排序.针对青海省某数据中心的案例,获得其能源系统的优化设计与运行方案.研究表明:运行策略主要影响吸收式制冷机和地源热泵的容量,而优化目标主要影响储能设备的容量;在相同的运行策略下,增加优化目标可提升系统的综合性能;对于不同的方案,生命周期成本、碳排放、能耗等基础优化目标值变化较小,而电网购电率和热量浪费率变化较大;通过实施五目标优化,即在基础优化目标的基础上增加热量浪费率、电网购电率,系统的综合性能得到了显著提升,其中热量浪费率和电网购电率分别降低了62.30％和25.92％,可再生能源发电占比增加了2％.

    数据中心多能互补分布式能源系统优化设计运行策略多目标蝗虫优化算法

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    插芯结构对旋流冷却流动换热特性的影响

    何伟肖俊峰高松李园园...
    105-115页
    查看更多>>摘要：针对用于透平叶片前缘的旋流冷却结构,为了改善其冷气发展空间、提高综合冷却性能,提出了一种布置在冷却腔内的插芯结构.基于简化旋流冷却结构,采用数值模拟方法研究了插芯结构对旋流冷却靶面换热系数、综合冷却性能、流量分配、流动结构等的改善效果和作用机理.结果表明:增设插芯结构后,在射流雷诺数5 000～20 000范围内,旋流冷却结构的靶面面积平均努塞尔数增加了5.9％～8.3％,综合冷效因子增加了5.2％～6.6％,吸力侧努塞尔数提高了14.8％～16.6％,相邻喷嘴间流量的最大差从18％削减到5％.插芯结构削减了上游射流在旋流腔轴心处的发展空间,抑制了旋流回流和旋流涡核的形成,降低了上游冷气对新鲜射流的干扰,强化了旋流对壁面边界层的削弱效果,从而有效增加了旋流结构的一致性并提高了靶面换热系数的强度和均匀性.

    旋流冷却透平叶片内部冷却努塞尔数射流雷诺数

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