应用遗传算法的汽轮机转子启动优化

为了对汽轮机启动过程进行优化,发展了一种转子热应力半解析递推计算模型。该模型考虑蒸汽换热系数的变化,将启动过程分解为多个换热系数不变的升温过程,各升温过程的换热系数值取为该升温过程开始时刻的换热系数。同时,将每个升温过程结束时刻转子的温度场拟合为只含偶数次幂的4次多项式,并将拟合的温度场作为下个升温过程的初始温度场,通过拉普拉斯变换法,计算出下个升温过程的瞬态温度场。利用半解析递推模型构造转子启动优化的目标函数,采用遗传算法对660 MW机组的冷态启动曲线进行了优化,优化后转子的最大热应力减小了19.4%,且启动时间减小了4.9%。为验证该半解析递推模型的计算精度和效率,分别采用有限元模型和半解析递推模型计算了660MW机组转子冷态启动过程中的瞬态温度场、应力场,计算结果表明:两种模型计算的转子关键部位热应力变化趋势相同,最大热应力相差0.11%,而递推模型计算的时间约为有限元模型计算时间的2.8%。     

基于遗传算法的汽轮机转子启动优化研究

为对汽轮机启动过程进行优化,发展了一种转子温度场计算的半解析递推模型。该模型考虑蒸汽换热系数的变化,将启动过程分解为多个换热系数不变的升温过程,各升温过程的换热系数值取为该升温过程开始时刻的换热系数,同时将每个升温过程结束时刻转子的温度场拟合为只含偶数次幂的4次多项式,并将拟合的温度场作为下个升温过程的初始温度场;通过拉普拉斯变换法,计算出下个升温过程的瞬态温度场;最后,利用半解析递推模型构造转子启动优化的目标函数,采用遗传算法对660MW机组的冷态启动曲线进行了优化,优化后转子的最大热应力减小了19.4%,且启动时间减小了4.9%。为验证该半解析递推模型的计算精度和效率,分别采用有限元模型和半解析递推模型计算了660 MW机组转子冷态启动过程中的瞬态温度场、应力场,计算结果表明:两种模型计算的转子关键部位热应力变化趋势相同,最大热应力相差0.11%,而递推模型计算的时间约为有限元模型计算时间的2.8%。     

基于遗传算法的汽轮机转子启动优化研究

为对汽轮机启动过程进行优化,发展了一种转子温度场计算的半解析递推模型。该模型考虑蒸汽换热系数的变化,将启动过程分解为多个换热系数不变的升温过程,各升温过程的换热系数值取为该升温过程开始时刻的换热系数,同时将每个升温过程结束时刻转子的温度场拟合为只含偶数次幂的4次多项式,并将拟合的温度场作为下个升温过程的初始温度场;通过拉普拉斯变换法,计算出下个升温过程的瞬态温度场;最后,利用半解析递推模型构造转子启动优化的目标函数,采用遗传算法对660MW机组的冷态启动曲线进行了优化,优化后转子的最大热应力减小了19.4%,且启动时间减小了4.9%。为验证该半解析递推模型的计算精度和效率,分别采用有限元模型和半解析递推模型计算了660 MW机组转子冷态启动过程中的瞬态温度场、应力场,计算结果表明:两种模型计算的转子关键部位热应力变化趋势相同,最大热应力相差0.11%,而递推模型计算的时间约为有限元模型计算时间的2.8%。     

基于遗传算法的汽轮机转子启动优化研究

为对汽轮机启动过程进行优化,发展了一种转子温度场计算的半解析递推模型。该模型考虑蒸汽换热系数的变化,将启动过程分解为多个换热系数不变的升温过程,各升温过程的换热系数值取为该升温过程开始时刻的换热系数,同时将每个升温过程结束时刻转子的温度场拟合为只含偶数次幂的4次多项式,并将拟合的温度场作为下个升温过程的初始温度场;通过拉普拉斯变换法,计算出下个升温过程的瞬态温度场;最后,利用半解析递推模型构造转子启动优化的目标函数,采用遗传算法对660MW机组的冷态启动曲线进行了优化,优化后转子的最大热应力减小了19.4%,且启动时间减小了4.9%。为验证该半解析递推模型的计算精度和效率,分别采用有限元模型和半解析递推模型计算了660 MW机组转子冷态启动过程中的瞬态温度场、应力场,计算结果表明:两种模型计算的转子关键部位热应力变化趋势相同,最大热应力相差0.11%,而递推模型计算的时间约为有限元模型计算时间的2.8%。     

采用热固双向耦合模型的转子热应力计算方法研究

为准确计算汽轮机转子在启、停机过程中的热应力,建立了转子瞬态温度场、应力场分析的热固双向耦合轴对称计算模型。该模型在考虑转子温度场对应力场影响的同时,也考虑了应力场对温度场的影响。采用热固双向耦合有限元模型计算了某超超临界660MW超高压转子的瞬态温度场和热应力场,并研究了热固双向耦合和单向模型计算结果的差异。计算结果表明:在转子启动过程中,温度与变形之间的耦合作用会随主蒸汽和转子表面温差增大而增强,当转子表面初温与主蒸汽温差为280℃时,两种模型计算出的转子最大热应力相差6.6%。因此,在转子表面热冲击较大的情况下,应选择热固双向耦合模型进行转子热应力计算。     

钛镍合金固体火箭发动机一维非稳态导热及热应力研究

以固体发动机地面试车启动工况为背景,将其简化为等厚壁圆筒,研究一维非稳态工作条件下圆筒热应力计算。首先,将钛镍合金火箭发动机启动时温度随时间变化作为边界条件,利用ABAQUS软件分析等厚圆筒非稳态导热,得到瞬态温度场,并对比解析法结果得到瞬态温度场有限元和解析法的计算方法;其次,用MATLAB编程实现等厚壁圆筒的热应力的计算。优化了固体发动机减维热应力计算方法,为概念设计和参数敏感性分析提供方法支持。     

汽轮机转子热应力的在线监控模型

汽轮机转子热应力是由蒸汽温度的变化引起转子体中温差而形成的。对上述过程分别建立复频域动态数学模型,经综合后得到转子热应力对蒸汽温度变化率的相应模型。并以某一机组的实际启动过程为算例,与有限元模型作了仿真比较,结果表明模型具有较高的精度。为了大幅缩减计算量,应用“主导极点”概念对所得模型作了合理简化,为热应力的在线监控提供了一个易于实现的通用模型。该模型对放热系数及转子材料物性参数的变化具有自适应能力。     

国产200MW汽轮机冷态启动的研究

用有限元法计算了国产200MW汽轮机高、中压转子的温度场、应力、临界裂纹尺寸、寿命消耗等。分析计算了重庆电厂8次典型的冷态启动以及多条自拟启动曲线,详细讨论了升速过程中的几个主要问题,提出了在转子温度较低阶段还应该用断裂力学法来评价启动过程。     

核电水泵在热冲击下瞬态热效应的研究和分析（Ⅱ）──三维时变有限元分析和计算

本文首先推导了非耦合热传导方程和拟静态热弹性运动方程的有限元求解公式；然后，根据核电水泵的结构及其性能参数，估算出了水泵不同区域处的对流换热系数；最后，在进行了大量的试算工作和有关数值考核计算的基础上，采用三维时变温度场、热应力和热变形场有限元分析方法，详细考察了核电停堆冷却泵在受热载冲击下各瞬时的瞬态温度场及热应力、热变形场的分布状况和变化行为．本文的研究工作初步形成了对核电水泵机组在热冲击下的瞬态热效应分析的研究方法；同时亦为最终替代代价昂贵的实物实验提供了坚实的理论基础和关键的计算手段．     

汽轮机转子寿命的研究

介绍了汽轮机转子温度场、热应力及寿命损耗的数学模型及实现其实时监测的方法,结合300MW供热凝汽机组,对其寿命进行分析。     

大型汽轮机转子动态热应力的数学模型

应用黄仙、倪维斗在《动力工程》第１５卷第６期提出的“复频法”建立了转子动态热应力（热或冷冲击问题）的精确数学模型。该模型改变了以往的转子热应力研究中，不论是有限元法还是解析法，均将问题作“拟静态”处理的思想。更深入地分析了大型汽轮机转子的热应力问题，并以离散相似法对大型汽轮机转子的动态热应力进行了数字仿真。结果表明转子动态热应力不能由“拟静态”热应力表示。在我国电网峰谷差日益扩大，大批２００ＭＷ机组参与调峰运行的情况下，转子动态热应力精确数学模型的建立，为统筹解决调峰机组的灵活、安全性提供了有力的数学工具。     

超超临界汽轮机调节级动叶栅热应力分析

本文以某600MW超超临界汽轮机为例,应用ANSYS建立了调节级动叶栅和所在转子凸台的有限元分析模型,得到了变工况下应力分布规律,了解动叶栅和所在转子凸台应力最高的部分,为研究叶片和转子热应力的分析提供了理论基础,并为机组的启动优化提供了参考。     

超超临界汽轮机高压转子低周疲劳及损伤分析

为了评估国产某百万级超超临界汽轮机高压转子的高温强度,利用有限元分析软件Abaqus建立了超超临界汽轮机高压转子的轴对称有限元模型,加载了相应的热力边界条件,分析了转子在冷态启动过程中的温度和应力分布以及特征点的等效应变变化过程,并采用Mansoncoffin公式预测转子在冷态启停过程中产生的疲劳损伤.结果表明:在转子启动初期,凝结换热所导致的转子表面与转子中心的温差较大;在转子启动初期,转子受热不均匀所引起的热应力较大,在转子启动后期,其应力降至较低水平;高压转子在平衡活塞圆弧段产生的低周疲劳损伤最大,但其值仅为1.692×10-4,在所设计的使用条件(30a启停360次)下不会出现低周疲劳失效的危险.     

大型汽轮机调节级动叶栅温度场分析

超临界汽轮机调节级承担着较大的焓降,温度梯度更大,会引起高压缸各级相当大的热应力和热变形,特别是调节级动叶栅及调节级处的转子表面的温度变化较为剧烈,这将影响机组的启停及变工况速度,不利于机组的调峰。而本文以某600MW超超临界汽轮机为例,建立了调节级动叶栅的有限元分析模型,模拟出整个动叶栅及转子表面的温度分布图,为研究超超临界汽轮机各级叶片和转子热应力的分析提供了理论基础,并为机组的启动优化提供了参考。     

核电水泵在热冲击下瞬态热效应的研究和分析（Ⅱ）

本文首先推导了非耦合热传导方程和拟静态热弹性运动方程的有限元求解公式；然后，根据核电水磁的结构及其性能参数，估算出了水泵不同区域处的对流换热系；最后，在进行大量的试算工作和有关数值考核计算的基础上，采用三维时变温度场、热应力和热变形场有限元分析方法，详细考察了核电停堆冷却泵在受热载冲击下各瞬时的瞬态温度场有热应力、热变形场的分布状况和变化行为，本文的研究工作初步形成了对核电水泵机组在热冲击下的瞬态     

基于FEM及KIVA的内燃机耦合部件传热建模

为了更为准确地对内燃机耦合部件三维燃烧过程进行模拟,开发了一种内燃机燃烧室耦合部件三维传热有限元法（FEM）计算程序.建立了内燃机气-固传热模型;通过将该模型应用于KIVA程序,可获取用于有限元计算的燃烧室壁面的三维瞬态燃气温度分布及对流换热系数分布.以汽油机LJ377MV为例,计算了内燃机耦合部件的稳态温度场及瞬态温度场,结果表明：壁面附近瞬态温度边界条件的不均匀性对内燃机耦合部件稳态温度分布及瞬态温度波动有着重要影响.     

瞬态热冲击下热电材料梁的温度场及热应力分析

基于热电材料特性,通过热电平衡方程和本构方程,得出热电材料梁瞬态模型的控制方程.采用分离变量法结合模型的初始条件和边界条件求出热电材料梁的非线性瞬态温度场,根据热应力理论分析求出瞬态热应力场,利用数学软件MATLAB给出了热电材料梁的呈抛物线分布的瞬态温度场和瞬态热应力场的特性曲线,研究了热冲击载荷下的热电材料梁在热电耦合环境中的热应力分析.讨论了不同时刻温度场和应力场随厚度的变化,以及对比p型和n型Bi₂Te₃热电材料梁热应力特性曲线.结果表明:瞬态温度场受其瞬态项的影响随厚度增加有增有减;瞬态温度场和瞬态热应力场随时间的增加最终趋于稳态不再随时间变化;趋于稳态后的Bi₂Te₃热电材料梁的热应力最值大于瞬态下的热应力最值;p型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力总是大于n型Bi₂Te₃热电材料梁的热应力.     

氦气流过不同长度扭转平板的瞬态对流换热研究（英文）

当换热设备表面温度发生快速变化时,换热过程属于瞬态换热,这种瞬态过程有可能会导致换热效果降低、热应力增大等结果,甚至可能最终导致机械故障.采用实验和数值模拟,对指数状减流条件下扭转平板发热体表面的瞬态强制对流换热过程进行研究.扭转平板上加指数状热源Q=Q_0exp(t/τ)(t为时间,τ为周期),铂金平板扭转180°为1个扭矩,3根长度分别为26.8,67.8,106.4 mm的铂金平板分别扭转了1,3,5个扭矩.通过对实验数据的分析发现,平均换热系数将在无量纲周期τ~*(τ~*=τU/L,U为速度,L为有效长度)大于100后趋于准静态,换热系数随着平板长度的增加而减小.对指数状发热率下扭转平板瞬态对流换热过程进行数值计算,其结果和实验结果吻合.数值计算给出了沿长度方向分布的换热系数曲线,分析了换热系数的长度效应.     

超临界直流锅炉汽水分离器瞬态传热的研究

阐述了在高压汽水试验回路上进行的６００ＭＷ超临界直流锅炉汽水分离器模型，在锅炉实际启动过程中介质对筒壁瞬态传热试验研究，试验参数范围为Ｐ＝３～１１ＭＰａ，质量流量Ｍ＝０．２～０．３５ｋｇ／ｓ，干度ｘ＝０．２～０．８．在此参数范围内通过试验研究，由导热反问题方法根据试验数据拟合出动态过程中介质对分离器模型内壁的放热系数关联式，并按模化理论推广到实际设备，为计算动态过程中汽水分离器热应力和优化启动程序提供了重要依据。     

小型航空Wankel发动机转子结构优化仿真

三角转子是小型航空Wankel转子发动机的核心部件,其高速旋转过程中承受着温度、惯性力和燃气爆发压力等复杂载荷耦合作用,更加容易因强度不足发生失效与破坏。针对多重载荷耦合工况下,三角转子应力集中与强度问题,建立发动机热力学模型,获得发动机单循环内燃烧室缸温、缸压以及换热系数变化曲线,计算转子各处热边界条件,分别在机械应力、热应力与热 机械耦合条件下,采用有限元的方法对三角转子进行温度场、应力场与变形量仿真分析,并提出转子腰部圆孔边缘处加工圆角和冷却孔处布置散热片优化方法。仿真结果表明：优化后三角转子最大应力由原来的687.0 MPa下降为403.9 MPa,约为原来的58.79%;转子腰部圆孔边缘应力由577.5 MPa下降为306.1 MPa,降低为原来的53.02%;冷却孔处应力值也由212.6 MPa降至113.2 MPa,约为原来的53.25%。布置散热片后,转子平均温度下降20 K以上,转子腰部圆孔边缘与冷却孔温度下降40 K左右,密封槽尖端变形量由0.21 mm降至0.15 mm,减小27.7%。转子应力场得到改善,变形量减小。