风电场功率预测的研究进展及发展趋势

风电场功率预测可以有效地帮助平衡系统电力供应和负荷需求,从而降低风电功率波动性和不确定性对电力系统稳定性的影响.随着风电接入电力系统比例的增加,如何准确地预测风电场发电功率成为一大难点,将影响风电场并网运行.由此,系统总结了近些年来国内外学者在风电场功率预测方面的研究进展.首先,以预测时间尺度、预测物理量、预测原理、预测特点为分类标准,对多种风电场功率预测方法进行了分类梳理,总结了各类预测方法的研究情况,阐述了其特点及应用场景,为预测模型的选择提供了参考.之后,从单点预测、概率预测、预测曲线的角度总结了预测效果的评价指标,并就评价指标的选择给出建议.最后,总结了当前风电场功率预测全过程遇到的影响预测准确性、实用性的关键因素,提出了未来风电场功率预测可能的发展趋势,为准确预测风电场功率及电网的稳定并网运行提供了参考.

人体主动脉低密度脂蛋白输运机理研究

目的人体主动脉是动脉粥样硬化的高发区域,低密度脂蛋白(LDL)的输运机制与粥样硬化的形成和演变密切相关。方法基于流-固-热耦合方法构建了人体主动脉低密度脂蛋白的输运模型:首先利用临床计算机断层扫描图像(CTA)重建了两例人体健康主动脉的三维几何模型;随后采用计算血流动力学方法模拟了脉动血流在主动脉内部的时空演化,同时考虑了非牛顿血流与超弹性壁面的流-固耦合、血液流动与热量传递的流-热耦合,最后通过对流扩散输运方程预测了LDL在主动脉内部的输运机制。结果数值模拟结果表明,LDL在主动脉壁面的低壁面剪切力(TAWSS)区域优先富集(r>0.648),壁面温度与LDL浓度正相关(r>0.596),相对停留时间(RRT)较长及拓扑剪切变化指数(TSVI)较低的区域均呈现出高LDL浓度。结论本研究利用计算血流动力学方法初步揭示了LDL在健康主动脉的输运机制,有助于测量及调控LDL的极化现象,研究成果为深入探究动脉粥样硬化提供了全新的理论依据。

几何参数对椎动脉起始部血流动力学的影响

目的后循环缺血是一种常见的缺血性脑血管疾病,约占所有缺血性卒中的20%。椎动脉起始部的动脉粥样硬化性狭窄被认为是后循环缺血性卒中的主要病因之一。鉴于目前关于椎动脉起始部狭窄的血流动力学成因的研究和文献报道仍然较少,本研究旨在探索椎动脉起始部狭窄的血流动力学成因,为临床治疗提供理论依据。方法使用计算流体动力学方法获取理想椎动脉的血流动力学参数分布,并构建响应面模型用于可视化椎动脉直径及其与锁骨下动脉的夹角对于椎动脉起始部的血流动力学影响。结果本研究构建的响应面模型能够有效地展示不同几何参数下椎动脉起始部的血流动力学特性。模型分别展示了低时间平均壁面切应力、高壁面震荡系数、高相对停留时间以及高内皮细胞激活潜力区域的面积比,从而直观地量化了不同几何参数下椎动脉起始部的动脉粥样硬化风险。结论本研究从血流动力学的视角,初步探讨了几何参数对椎动脉起始部血流动力学的影响,并发现动脉粥样硬化风险与椎动脉的直径及其夹角呈现直接相关性。这些发现为深入理解椎动脉起始部狭窄的血流动力学成因提供了重要的理论基础。

左心室辅助设备入口套管处的血栓形成数值模拟

目的心脏衰竭是心脏无法有效泵血导致身体器官无法得到足够氧气和营养的疾病。近年来,用于治疗心脏衰竭的左心室辅助设备使用率大幅上升,而泵血栓、出血和脑卒中等与血液相容性相关的并发症广泛存在,可能损害器官功能甚至危及生命。虽然目前第三代左心室辅助设备抑制了泵血栓的形成,但患者术后出血或脑卒中等不良事件的发生率仍较高。左心室辅助设备入口套管周围的血栓形成及脱落被认为是脑卒中事件发生的可能原因。本研究旨在探究生理学和血流动力学机制对血栓形成的影响,以期提供更深入的理解和未来改进左心室辅助设备使用安全性的指导。方法本研究考虑血栓形成的生理学与血流动力学机制,采用血栓形成数学模型对左心室辅助设备入口套管处的血栓形成与血液流动开展了数值模拟研究。结果血栓形成数学模型模拟出套管附近的壁面切应力明显高于心室内其他位置,有利于血小板的活化,在套管壁面聚集了高浓度的纤维蛋白单体,诱导了套管入口处明显的血栓形成。结论本研究通过观察理想左心室辅助设备入口处的血栓形成相关物质的浓度分布,以及血流动力学分布,初步探究了左心室辅助设备入口套管处的血栓形成机制,期望对套管的设计、术中套管插入的决策提供指导。

数据驱动的燃煤电厂脱硫系统多目标优化

本文利用某燃煤电厂湿法烟气脱硫系统的数据对比随机森林、极致梯度提升、支持向量回归、深度神经网络、长短时记忆神经网络五种模型的预测效果,结果显示长短时记忆神经网络的效果优于其它四种模型。基于该模型结合多目标粒子群优化算法,进一步对脱硫系统相关参数开展多目标优化,优化结果验证了本文提出的数据驱动的脱硫系统多目标优化模型的有效性。

氨煤混合燃烧NO生成特性的实验研究

氨作为一种富氢无碳含氮燃料,与煤粉混合燃烧在有效降低煤电CO_(2)排放的同时,增加了NO的生成途径。为实现氨煤低氮燃烧,该文在氨煤混燃理论燃烧放热量固定的条件下,利用高温管式炉进行氨煤混合燃烧实验探究掺氨比(0%~10%)、温度(1000~1500℃)对氨煤共燃NO生成特性的影响。结果表明,氨的掺混能够促进NO的生成与单位质量燃料NO释放量,降低燃料N向NO的转化率。随着掺氨比升高,NO的释放量逐渐增加,在同一掺氨比工况下,随着温度的升高,NO的单位质量燃料释放量先增加后降低。掺氨比为0~2%时,燃料N到NO的转化率随温度的升高逐渐降低;掺氨比为4%~10%时,燃料N到NO的转化率随温度的升高呈先增加后降低的规律;在1200℃时,各工况下转化率达到峰值。结果可为氨煤混合燃烧N转化机理提供理论支撑。

氨煤混燃过程中NH/煤焦/O_(2)异相体系N氧化的分子机理

为了实现双碳目标,降低煤电碳排放势在必行。无碳燃料氨与煤混烧被认为是降低火电碳排放的有效途径之一。而氨作为N源,增加了氨煤混燃NOx排放量升高的可能性,因此,深入研究氨煤混燃NO生成机理对实现氨煤混燃低碳低氮燃烧十分关键。采用量子化学方法探究了当NH3以NH形式存在时氨煤混燃N的氧化机理,并采用波函数分析NH和O_(2)在煤表面的吸附行为。计算结果表明,NH在C5表面吸附形成中间体IM1的过程为放热过程,放热量高达754.79 kJ/mol,且C原子为电子供体而失电子,NH为电子受体而得电子,促进C—N键键合。进一步探究O_(2)以不同方式吸附时NH/煤焦/O_(2)体系的反应机理,得出NH/煤焦/O_(2)共燃体系首先发生NH在煤焦表面的氧化,随后煤焦表面残余氧或体系中O_(2)将煤焦-N进一步氧化。NH/煤/O_(2)异相体系中NH通过不同反应路径生成氧化产物NO、NO_(2)和HNO,对应决速步能垒分别为120.67、323.37和193.50 kJ/mol,说明氨-N/煤-N生成NO的过程更易进行。动力学结果表明,各温度下生成NO的决速步速率明显高于NO_(2),且随着温度升高,生成NO的决速步速率与HNO的逐渐接近。NH氧化产物释放后,残留在煤焦表面氧进一步与C结合成CO释放,实现了共燃体系氨燃料中N和煤粉中C的氧化。随后煤焦-N与体系中O_(2)发生异相氧化,实现煤焦-N向NO的转化。在微观层面揭示了氨燃烧生成NO过程中重要过渡产物HNO形成的分子机理,明晰了另一氧化产物NO_(2)的生成路径,为发展氨煤的混合燃烧机理提供理论支撑和数据参考。

氨煤混燃NO生成机理研究

以氨煤混燃为研究对象,研究了不同温度,不同掺氨比(氨气完全燃烧释放的热量在总热量中所占百分比)对NO生成特性的影响。研究结果表明:温度与掺氨比对NO体积分数有显著的影响,在温度为1000℃和1100℃工况下,氨气的加入会抑制NO的生成;随着温度的升高,氨燃烧性能增强,促进了燃料-N到NO生成,使得温度在1200℃时,NO生成量随着掺氨比的增加而增大;当温度进一步升高至1300℃以上时,未燃氨协同煤焦对NO的还原作用增强,表现为NO生成量随掺氨比的增加呈现先增加后降低的规律;温度在1200℃时,单位质量燃料的NO释放量随着掺氨比的增加而增加;在研究的其他温度区间中,单位质量燃料的NO释放量随着掺氨比的增加而减少;煤粉燃烧中掺入氨气会大幅度降低燃料-N到NO的转化率,不同温度和不同掺氨比对燃料-N到NO转化率的影响不同。

钙对氨煤混燃高温贫氧区NH协同煤焦还原NO影响机理

氨煤混燃可有效降低火力发电中CO_(2)排放,但氨作为N源与煤混烧时会增加NO_(x)排放,探究氨煤混燃过程中NO还原机理对实现氨煤混燃低氮排放非常必要。采用密度泛函理论探究氨煤混燃高温贫氧区内NO还原机理,进一步分析煤中重要矿物质钙对NH_(3)协同煤焦还原NO的影响。理论计算结果表明,高温贫氧区内氨基/煤焦可将NO通过形成NNH、N_(2)O等重要过渡中间产物进而还原成N_(2),NH协同煤焦还原NO中NNH的形成需克服438.49 kJ/mol能垒,成为体系反应决速步。矿物质钙不利于NH和NO在煤焦表面吸附,降低二者在煤焦表面的吸附能约187.09 kJ/mol。煤焦表面顶部Ca存在下NH还原NO可通过生成中间产物NNH(路径1)和N_(2)O(路径2)2种路径实现,路径1决速步能垒为636.41 kJ/mol,较NH/煤焦/NO体系的决速步能垒高出197.92 kJ/mol;Ca参与下路径2中决速步N_(2)O自由基的形成需455.74 kJ/mol,较NH/煤焦/NO体系的决速步能垒高出17.25 kJ/mol,2条路径均表明金属矿物质钙抑制了NH/煤焦对NO的还原。Ca的存在增强了NNH基团与煤焦表面结合能,使得顶部钙催化作用下路径1较路径2抑制作用更强。采用过渡态理论计算了Ca参与前后NH/煤焦/NO体系决速步动力学参数,结果表明,顶部钙参与下NH协同煤焦还原NO的速率低于无钙参与体系NO的还原速率,且路径1中NH协同煤焦还原NO速率比路径2更低,确定了顶部钙催化作用下路径1较路径2抑制作用更强,动力学结果与热力学结果一致。

基于动态尾流蜿蜒模型的风力机疲劳损伤评估

风电场尾流效应是影响下游风力机载荷的主要因素。选用美国可再生能源实验室(NREL)最新开源的多物理场耦合仿真软件工具——FAST.Farm,以某海上风电场为研究对象,量化评估了风电场前排、中间和后排风力机的尾流效应、载荷及疲劳损伤特征。结果表明:沿流动方向,风电场内部呈现出风速依次降低,湍流强度依次增加的流动特征;随着来流风速提高,前排、中间、后排风力机的疲劳损伤增大;在较高来流风速条件下,中间位置风力机叶根处和塔基处的疲劳损伤成倍增加,且增加幅度明显高于前排和后排风力机,即疲劳损伤最严重的风力机位于风电场中间区域。建议风电前期开发及后期运维工作中,需要重点关注场区中间位置风力机的结构强度。

基于多门控混合专家网络的燃烧热化学流形表征

为了更好地在小火焰燃烧模型框架内实施燃烧热化学流形表征,采用多任务学习领域中的多门控混合专家网络(MMoE).通过对三维层流喷雾射流火焰构型进行详细化学(DC)模拟,构建原始数据集.原始数据集经过Box-Cox转换和标准化处理,以应对燃烧数据的多尺度分布问题.对数据集进行Pearson相关系数分析,结果表明部分化学组分之间无明显的相关性.分别构建同等参数量规模的MMoE和前馈神经网络(FNN)模型,对比分析结果表明,2种模型取得的损失值和决定系数相近,但相比FNN模型,MMoE模型在训练过程中更加稳定,且取得的定量预测结果更加准确.

氧浓度对氨煤混燃高温还原区NH_(3)/煤焦/NO异相还原的影响

在煤粉炉中掺入无碳燃料氨可有效降低火电CO_(2)排放,近几年引起了越来越多的关注。然而,氨混烧增加了NO_(x)生成途径,研究氨煤混烧过程高温还原区NO的还原机理对实现氨煤混燃低氮排放尤为关键。高温还原区并非无氧环境,探究还原区微氧对未燃氨耦合煤焦还原NO的影响机理十分必要。利用高温水平管式炉研究了O_(2)体积分数(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对NH_(3)/NO均相以及NH_(3)/煤焦/NO异相还原的影响机理,温度在1373~1773 K。研究结果表明,高温无氧环境下,随着温度升高,NH_(3)均相还原NO的效率增加;当温度高于1573 K时,NH_(3)均相还原NO随温度的升高略微降低,未燃氨对NO的最佳还原温度为1573 K。而煤焦的存在显著提高了高温下NH_(3)还原NO的效率,且将NO的最佳还原温度拓宽到1673 K,煤焦与NH_(3)对NO的还原表现为协同促进作用。相对于无氧条件,O_(2)体积分数在2.0%、温度不高于1500 K时,微氧促进了还原性自由基NH_(2)/NH的生成,对NH_(3)/NO的均相还原表现为促进作用;进一步升高温度,有利于体系内NH_(2)/NH的氧化,使得有氧条件下NH_(3)均相还原NO的效率低于无氧条件。NH_(3)/煤焦/NO的异相还原体系中,当温度不高于1473 K以及O_(2)体积分数不高于0.5%时,微氧条件下的NO异相还原效率高于无氧条件;但当O_(2)体积分数和温度的进一步提高,NHi与OH/O等氧化性自由基的氧化反应相较于NHi/煤焦还原NO过程的速率更快时,NH_(3)/煤焦/NO异相体系内NO的还原效率降低,表明存在促进高温还原区NH_(3)/煤焦异相还原NO的最佳O_(2)体积分数。

海气边界层内风电场尾流及功率特性的中尺度数值模拟研究

研究基于中尺度数值天气预测(WRF)模型,耦合海洋模型和风电场参数化方案,探讨了海洋边界层下的海上风电场尾流效应和功率输出特性。结果发现:海上风电场尾流易发生混合,导致较强的风速亏损,严重影响下游风力机的功率输出。由于大气和海洋之间的动量、热量及水汽等通量交换,速度亏损表现出更强的水平扩散,风电场尾流恢复加速,最终尾流长度缩短。另外,风电场的尾流特性和功率输出与风力机布局相关,海气相互作用增强了尾流延伸的稳定性,削弱了风电场的非局地性影响。研究表明使用多物理耦合模型探究海上风电场运行特性是尤为关键的。

直接数值模拟三维气固两相混合层中颗粒与流体的双向耦合

该文对随时间发展模式的三维气固两相混合层中颗粒与流体的双相偶合作用进行了直接数值模拟。气相流场采用拟谱方法对N-S方程组进行直接求解,计算颗粒场时,选取Stokes数等于5的颗粒,采用Lagrangian方法跟踪其运动。重点考察了颗粒相与流体相间的相互作用,分析了不同质量携带率的颗粒对流场特性的修正以及对颗粒扩散的影响。模拟结果表明:混合层流动在考虑颗粒的反作用时大涡结构的卷起和配对仍然占支配地位;颗粒延滞了混合层中大涡结构的发展,降低了大涡结构的长度尺寸;在大涡卷起过程中,颗粒会衰减气相湍流的能量,衰减的程度随颗粒质量携带率的增大而增大。而在大涡配对过程中,颗粒使气相湍流的能量增加,并且增加的程度随颗粒质量携带率的增大而增大。此外,颗粒的出现,增加了流体的混合程度,削弱了颗粒在流场中的扩散程度。

气固两相圆柱绕流的直接数值模拟

本文运用谱元方法对气固两相圆柱绕流进行了直接数值模拟。在获得高精度计算流场信息基础上,进行颗粒扩散运动的研究。通过研究颗粒大小对颗粒扩散运动的影响来刻画气固两相圆柱绕流的物理特征。研究时发现,由于圆柱尾流独特的涡结构特征,颗粒在流场中心轴线附近区域的扩散机理主要是决定于吸力作用,该作用会驱使小颗粒卷吸进入圆柱尾部近壁区,甚至与圆柱后壁发生碰撞,这种扩散机理与混合层中颗粒扩散机理明显不同。

气固两相流中颗粒-颗粒随机碰撞新模型

本文提出一种气固两相流中计算颗粒－颗粒碰撞新模型．该模型提出一种碰撞概率新概念，与已有模型相比，新模型对碰撞概率的思考另辟蹊径，由所得公式可以确定影响碰撞概率大小的因素．此外，该模型提出在所研究控制体中选择虚拟颗粒的方法，特别是对虚拟颗粒的粒径、速度和随机数之间提出相关性准则．它弥补了以往模型的缺陷．经过计算，验证了新模型的合理性．

三维气固两相混合层湍流拟序结构的直接数值模拟

本文对三维气固两相混合层湍流拟序结构进行了直接数值模拟。气相流场应用拟谱方法对Ｎ－Ｓ方程组进行直接求解，通过模拟时间模式的混合层流动，分析流场失稳后涡的卷起、配对、合并及撕裂过程，研究三维混合层湍流拟序结构的演变特征；计算颗粒场时，采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ方法，针对颗粒不同的Ｓｔｏｋｅｓ数，模拟了颗粒场的瞬态分布，并分析流场三维大涡结构对颗粒分布的影响。

煤灰粒子冲击管束的碰撞和磨损研究

一、前言 当前在能源、化工、冶金等领域的设备中存在着大量的含灰气流对换热管束的冲击碰撞和磨损问题,这种冲击磨损直接影响到工业设备的安全性和使用寿命。本文旨在寻求将多相流动理论和材料学相结合的研究方法,对煤灰粒子流冲击磨损管束问题进行探索尝试。

气固多相同轴射流的数值模拟和实验研究

本文提出了一个新的气固多相流动数学模型(脉动频谱随机颗粒轨道模型),它计及了不同脉动频谱的随机湍流涡团对颗粒扩散的作用,并考虑了颗粒对气体湍流的影响,还通过体积平均方法求出了颗粒的速度场和浓度场。作者采用激光衍射仪和高速变色闪频摄影等方法对气固多相同轴射流进行了实验研究,实验结果和上述模型计算结果吻合较好。最后,对煤粉多相同轴射流进行了预测,得出了令人满意的结果。

气固两相流动的湍流脉动扩散数学模型及其应用

本文提出了气固两相流动的湍流扩散数学模型。本模型用k-ε双方程模型求解气相湍流场,并根据气流湍流脉动的频谱、能谱曲线提出了随机富氏级数来模拟气相脉动速度,用拉氏方法描述颗粒的运动,故称为脉动频谱随机颗粒轨道模型。本文还给出了本模型在气固多相射流和流化床内应用的实例。