颜伟开题报告2讲解Word下载.docx

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但柴油机使用的柴油消耗量大,运行成本较高。

另外柴油机的磨损较大，寿命较短,检修频繁。

特别是整车用电对发电车的依赖性大，一旦发电车出现故障

从列车中摘解后，将会对全列车的用电造成影响。

尽管有以上的不足之处，但由于它无可比拟的优越性，列车集中供电仍然是铁路客车用电制的发展方向。

）通风管道阻力计算步骤如下：

①选取通风系统阻力最不利环路，一般指风量较大或者局部阻力构件最多、走向最复杂管路。

②根据通风管道布置，按比例绘制示意图，并从风道末端给管路编号，注明各管段风量和长度。

③确定各部位风速④根据各管段风量和选定风速，计算各管段的断面尺寸。

⑤算出各管段的当量直径。

⑥根据风量和当量直径可计算出摩擦阻力。

⑦计算通风系统内各设备的阻力损失。

⑧计算通风系统总阻力损失。

⑨按需要进行并联支管压损平衡，如果支路压损不平衡，则不能按预定风量分配空气，压损小的支管实际风量比预定风量大，压损大的支管则相反，实际风量比预定风量小。

压损不平衡时，可视情况调整分支管断面尺寸，如不能通过分支管达到压损平衡时，可利用风门进行调节。

学号：

U201111405

姓名：

颜伟

指导老师：

杨涛

院系专业：

能源与动力工程学院

热能与动力工程专业

华中科技大学教务处制

一、课题来源、目的、意义

风机作为通用机械的一种在各个行业都得到极广泛的应用。

在能源行业中，一般是厂房、车间空调、原子防护设备通风、锅炉系统等的组成部分。

从应用的角度看，风机是实现动力循环的重要辅机，被喻作“呼吸系统、消化系统、排泄系统等。

风机在火电厂中应用广泛，现代常规火电厂中风机分布如图1所示。

据沪系蛭汽踰系统

182J2019

图1火电厂风机分布示意图

从图中可以看出电厂的锅炉系统中一般具有送风机、引风机、一次风机、排

粉风机、烟气再循环风机、脱硫风机，对于直吹式制粉系统还有具有给粉机等。

风机一般分为离心式、子午加速式轴流式和动叶可调轴流式三种。

离心式的具有压头高但是流量小，不稳定，结构简单等特点；

轴流式具有结构紧凑，相对简单，风量大，高效、低噪，宽工况运行范围等特点。

随着现在机组向着大容量高参数发展，要求风机的流量和安全性也高了很多，所以现在火电厂常用的风机为轴流式风机。

风机是火电厂关键辅机之一，且是电厂自耗电“大户”之一；

从经济的角度看，风机的耗电量约占30%的厂用电。

（把重点放在风机上，不要提泵）随着现在环境污染的加剧和环保要求的提高，由于分步脱硫脱硝技术存在流程复杂

运行成本高等缺点，国际上把开发技术简单，运行成本低，具有更好的运行性能的脱硫脱硝一体化技术作为燃煤烟气治理技术发展的方向之一⑴。

由于国内机

组脱硫脱硝系统一体化的改变使原有的辅机设备运行工况有了很大的改变，很容

易出现异常运行工况。

如果风机运作不正常将会导致锅炉系统无法正常工作，小则是短期受损，大则会导致锅炉爆炸引起重大事故。

因此，对于火电站中风机的失速和喘振特性分析对于保证设备和生产安全，电厂效益具有十分重大的意义。

本课题目的是针对现在火电厂所用的典型风机进行结构分析，并通过建立风

机的失速和喘振特性的MG模型，求解得到风机的性能曲线和喘振失速特性线，通过计算和参数变化得到不稳定响应并做分析，为电厂运行提供建设性的意见和指导。

二、国内外研究概况

1•国外研究情况

目前国外对于压气机和风机不稳定工况特性的研究比较多。

20世纪80年代以

前，对于失速的研究主要集中在对现象的观察和物理描述。

随后，一些学者在理

论上提出：

失速的发生是从线性扰动发展非线性失稳的一个过程。

Mcdougall⑵

等在一台低速压气机实验中观察到一些沿周向旋转的正弦波动，即所谓的模态波。

之后Day[3]在实验中首次检测到一种所谓的短尺度Spike”类型失速扰动。

1986年Moore和Greitzer联合提出了压缩系统失速动态性能的旋转失速和喘振的统一模型，其特点是对压气机及其进出口管道应用二维不可压流动模型，而

以压气机周向参数的积分来联系排气容腔、节气门的参数变化，而且模型中仍然使用压气机的轴对称流动特性。

应用该模型既可以模拟旋转失速的周向扰动，又可以描述喘振时的轴向扰动，耦合了旋转失速和喘振两方面的影响因素。

（注意

段落对齐等格式问题）

20世纪90年代，研究人员开展了大量的实验工作（比如Camp与Day⑷；

Day等；

除了两类失速先兆波外，Day[5]等在4台高速压气机上开展实验研究，发现了两类新的物理现象：

高频失速与固定位置失速。

研究发现：

在同一台压气机上还可以发现多种类型失速先兆波，或者失速过程中不同类型扰动波之间可以相互触发。

进气畸变、雷诺数和级间不匹配也会影响失速类型。

总之，不同压气机中存在多种样式的失速过程。

即使是某一特定压气机，也会因工作状态不同而呈现

复杂多样的失速演化方式。

由于先兆波类型的多样性，目前尚未有任何统一理论能够解释旋转失速瞬态的细节演变过程。

然而，各种类型的失速先兆波都是由小扰动发展为最终失速团的。

尽管失速演化过程的研究具有重要理论意义，但工程

实践中设计和使用人员更为关注的是风扇/压气机流动失稳起始点的位置。

对于

喘振和旋转失速发生的先后顺序Tryfonidis等在⑹中提出旋转失速先于喘振发生，并且是喘振发生的重要先兆。

而Garnier等在［7］中大量模拟了喘振和失速的共生现象。

（参考文献的表述方式全文应该一致，比如都采用人名加上其工作的

描述，文献都标上标等）

迄今为止，有关压气机旋转失速起始判定的研究工作主要有两类：

解析模型

和数值计算。

几十年来，从不可压缩到可压缩，从二维到三维，解析模型不断发展完善。

各种解析模型虽然在描述流动画面、提炼物理本质上各有侧重和不同，但其根本的出发点都是要建立判断压气机失稳的定性准则，分析影响压气机流动

失稳的主要因素。

这些模型在形式上都具有简洁明晰的特点，并在早期研究中产

生了积极的影响。

但是从另一方面讲，这类模型对压气机，特别是叶栅通道内的流动细节缺乏深入的了解和详细的刻画，叶片几何造型对稳定性的影响不能精确地包含在模型中，而这些因素常常对稳定性起到至关重要的影响。

（这段评述指

的是解析模型还是数值模型，描述的不够清晰）

PIV（ParticalImageVelocimetry）又称粒子图像测速法，能在同一瞬态记录下大量空间点上的速度分布信息，并可提供丰富的流场空间结构以及流动特性。

PIV技术的成熟运用对于研究失速状态下叶栅通道内的流动细节变化具有重要的意义，被喻作“可视化”技术。

PIV技术除向流场散布示踪粒子外，所有测量装置并不介入流场，另外PIV技术具有较高的测量精度。

由于PIV技术的上述优点，它已成为当今流体力学测量研究中的热门课题。

如MatejFike⑹等利用PIV测试技

术得到轴流式风机在旋转失速状态下的速度流场，通过得到大量的图片分析从而观测到失速状态下速度场的变化情况，使风机内部流动结构在失速和喘振状态下变得“可视化”。

TakuyaABE［9］等对于压气机内的旋转失速和喘振的共生现象做了详细的研究，同时YutakaOHTA［10］等通过实验测得单级轴流式压气机在旋转失速和喘振状态下的不稳定行为并做了分析。

目前，在国外，许多学者和专家致力于风机的低碳技术研究，如英国帝国理

工RicardoF.Martinez-Bolas教授就风机和泵的低碳技术作了有关研究，在保证压缩机性能不变的情况下研究如何缩小压缩机尺寸，这对于在运输机器上有重要的意义，有助于减少能源的消耗［11］等等。

2.国内研究情况

在国内，对于风机的失速和喘振特性研究也是非常广泛的，很多发电厂和设计院以及高校都针对压气机和风机做了大量的数值模拟和仿真，比如张森［12］在

《航空发动机喘振问题分析》中详细地介绍了发动机喘振的机理，同时也对于喘振故障监控和预防措施提出了建设性的意见和方案；

童红政等在［13］中结合嘉兴

电站事故实例分析了电站轴流风机喘振的原因和危害，同时也提出很多关于运行和预防的措施。

较全面综合性的是XiaofengSun等在［14］中提出了关于流体机械不稳定流动初始的通用理论。

在建模分析方面，曹惠玲等在［15］中对于航空发动机喘振故障诊断建立最小

二乘支持向量机（LeastSquaresSupportVectorMachin简称LS-SVM）回归模型，对航空发动机进行状态检测，并根据转速、压比、燃油量的预测值和真实值的相对误差来分析喘振故障，得到良好的结果，证明其可以作为快速测量喘振的依据。

王聪［16］等人在《轴流压气机旋转失速建模与检测：

I基于确定学习理论与高阶MG模型的研究》中基于确定学习理论及动态模式识别方法提出一个旋转失速初始扰动近似准确建模和快速检测的方法。

首先，基于高阶MG模型（Mansoux

模型），利用确定学习理论提出一个对旋转失速初始扰动的内在系统动态的近似准确建模方法；

其次，基于以上近似准确建模，利用动态模式识别方法提出一个对旋转失速初始扰动的快速检测方法即：

基于MIT的Mansoux-C2模型仿真研

究，并验证了所提方法的有效性。

刘小华等在［17］中基于特征值理论发展了一个轴流式压气机流动失稳开始点预测模型，应用普方法和奇异值分解（SVD）算法

求解所建立的特征方程的特征根，通过特征频率的虚部判断压缩系统的流动稳定性，并通过算例证明其可行性。

而陈策等人在［18］中在三阶MG模型的基础上分析了轴流式压缩机系统方程中的静态分叉行为并划分了系统流动行为区域图，根

据分叉参数对流动行为进行简单的预测，从而达到控制作用等。

二、课题内容及目标

通过基本教材和国内外文献阅读，了解电厂风机的结构特征，掌握风机失速和喘振的机理。

通过对给定某风机结构进行简化，建立一种风机失速和喘振特性的通用模型，通过对模型的求解得到理论上喘振和失速工作线。

再根据具体风机结构和参数如转速、流量等计算其不稳定响应，获得压升-时间、流量-时间、流量-压升等响应曲线。

改变模型变量参数，并分析结果变化得到失速和喘振的主要影响变量，为运行和控制提出一种新的指导方案和参考手段。

能按计划开展课题并保质保量完成各阶段任务，顺利完成毕设。

四、方案论述

图

（2）入口速度三角形

形示意图和冲角与脱流示意图。

（a）零油麻就（b）小酬尾勰朮M大榊严報就

图（3）冲角示意图

当风机处于设计工况的时候，此时安装角等于入口气流角，此时无冲击损失，为最佳状态；

当流量减少或者增大时，相对速度依次对应于点划线和虚线所示。

此时的入口角不等于安装角，冲角（有的书也叫做攻角）的定义［19］为：

i-b-i⑴

当冲角不为0时为有冲击进口，存在冲击损失。

示意图为图（3）。

当质量流量减少时，i为正值，气流冲向叶片的凹面，在叶片的凸面产生涡流，此时气流分离，由于气流惯性而紧贴在叶片凹面，在叶片的凸面产生强烈的涡流并迅速发展，从而在叶栅前后产生压力差。

在叶栅前后压差和通道的前后