海上风电柔直送出系统改进频率协同控制策略

针对远海风场经柔直系统接入岸上电网后无法提供频率主动支撑的问题,该文提出一种远海风场与柔直系统改进频率协同控制方案。协同控制方案分为柔直系统层面和远海风场层面。针对柔直系统,将岸上电网的频率变化通过下垂控制转化为直流电压的变化,分析下垂控制系数与柔直系统虚拟惯量系数之间的关系,提出一种计及电网频率偏差的柔直系统自适应控制方法。针对远海风场,在频率故障前以最大化风电场转子动能为目标提出一种改进的功率备用方法,能有效减小风电场的风能损失并将该部分能量用于后续频率调节中,在频率故障后考虑风速差异根据转子转速实时调整风电机组频率控制系数,能在保证机组运行安全性的前提下提升风电场整体调频能力。仿真结果表明,所提控制方法在不同风速以及风电渗透率下均具有良好的调频性能。

储能/发电机级联式供电系统功率传输控制策略

随着可再生能源渗透率的不断提升,区域电网惯性逐步降低,暂态支撑能力严重不足,给电网带来了一系列安全问题。文中提出一种储能与开绕组永磁同步发电机(open-winding permanent magnet synchronous generator,OW-PMSG)级联供电的新型分布式并网发电拓扑,在保证可再生能源消纳的前提下,重新利用原有柴油机,为电网提供功率后备以及惯量支撑。通过对OW-PMSG进行建模以及系统功率流矢量分析,设计基于源网相位差闭环控制的功率传输策略,实现发电机的稳定同步运行。基于该策略,拓扑中的储能变流器可具备同步发电机特性,实现了电网惯性和暂态支撑能力的进一步提升。仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

住宅单层平面形式与疫情密度关系研究--以新冠疫情暴发期高容积率小区为例

研究基于小区状况的大数据,统计与分析了新冠疫情暴发期间高容积率小区的住宅单层平面形式和小区的疫情状况。结果表明:在容积率高于2.5的住宅小区中,小区的容积率与疫情密度之间没有显著的相关性;小区的住宅单层平面形式与疫情密度之间具有显著的相关性,且塔式住宅小区的疫情密度要高于板式和复合式住宅小区。

基于OH^(*)的NH_(3)-H_(2)-DME高温自着火特性

氨(NH_(3))作为一种十分有前景的零碳替代燃料,其低反应性限制了它的发展和应用,而掺混与其特性互补的其他低碳或零碳燃料,可明显改善其燃烧特性.基于此,在激波管试验平台上利用反射激波和燃料激发态羟基(OH^(*))的自发光特性,测量了温度T为1 300~2 000 K、压力p为0.14 MPa与1.00 MPa且当量比φ为0.5、1.0和2.0条件下,NH_(3)-氢(H_(2))-二甲醚(DME)三元燃料与空气混合燃料的着火延迟期(IDT),并研究了H_(2)+DME作为二元活性剂,其比例在各工况下对纯NH_(3)混合燃料着火延迟期缩短率的影响.结果表明:活性组分比例会影响活性剂的着火促进效果,活性剂H_(2)+DME(摩尔分数比为1∶1)相比同比例下的单一活性剂可以降低混合燃料更多的活化能.三元混合燃料的着火特性随活性剂比例、反应条件不同,有截然不同的特点,其中,在稀燃条件下,H_(2)+DME(摩尔分数比为2∶1)着火促进效果更好,而在富燃条件下,H_(2)+DME(摩尔分数比为1∶2)活性更高.

二甲醚对氨着火特性的影响与动力学分析

基于激波管测试平台测量了二甲醚对氨气着火延迟期的影响.试验压力为0.14/1.00 MPa,温度为1150~1950 K,当量比为0.5/1.0/2.0,氨/二甲醚掺混比为100/0、95/5、90/10和70/30.试验结果表明:添加二甲醚可以有效缩短氨气的着火延迟期,增加氨气的反应活性.低温、低压条件下,二甲醚对氨气的着火促进作用更强,添加二甲醚导致当量比对氨气着火延迟期的影响减弱.建立了氨气-二甲醚机理以揭示二甲醚对氨气着火的促进作用,并将笔者的着火延迟期数据与部分文献机理进行了验证和对比,本机理能够可靠预测试验结果.通过敏感性分析、反应路径分析及产率分析,解释氨气和二甲醚的相互作用机理.分析表明,二甲醚的促进作用主要是通过加速早期自由基池发展以增加系统反应活性.着火初期二甲醚通过反应HO_(2)+CH_(3)=OH+CH_(3)O产生大量的OH自由基,对氨气消耗并提前启动链反应至关重要.

超疏水棉织物制备及其雾收集性能

为解决水资源短缺问题,以六水合硝酸钴、尿素、氟化铵为原料,通过水热法在棉织物上生长出碱式碳酸钴纳米棒,经硬脂酸表面处理后制备超疏水棉织物。采用XRD、FT-IR及SEM对该棉织物进行表征,研究棉织物种类、收集距离和雾流量等对超疏水棉织物雾收集性能的影响,同时考察了该织物的雾收集持久性和自清洁性能。实验结果显示,超疏水棉织物具有最佳的雾收集性能,可达1 006.85 mg/(cm^(2)·h);雾收集性能随收集距离减小和雾流量增大而增加,当收集距离和雾流量分别为3 cm和237 mL/h时,集雾效率高达1 514.65 mg/(cm^(2)·h)。此外,超疏水棉织物还具有良好的雾收集持久性和自清洁性能。

用HRTEM研究DOC和DPF对柴油机颗粒排放的影响

利用高分辨率透射电镜(HRTEM)对安装了排气后处理装置的CY4102-CE4B柴油机排放的颗粒进行观察,对比了ESC循环中工况7与工况10后处理装置中,柴油氧化催化器(DOC)与颗粒捕集器(DPF)前后颗粒的微观形貌与结构。研究结果表明:组成颗粒的基本粒子均呈近似球形,与发动机工况和后处理装置无关;经DOC后组成颗粒的基本粒子的轮廓比在DOC前更清晰,次级粒子由葡萄状结构向链状结构转化,但经DPF后,又向葡萄型结构转化;低速低负荷时,组成基本粒子的内核与外壳不甚明晰,呈无定型结构,基本结构单元的尺寸较小,薄层呈波浪状;而高速高负荷时,组成基本粒子的内核与外壳更加清晰,呈石墨结构,层状结构也更加明显,薄层几乎呈直线段。

基于热重分析法的生物柴油-柴油发动机颗粒排放研究

在直喷式柴油机上进行了不同供油提前角以及生物柴油与柴油以不同比例混合的发动机颗粒排放测试,利用热重分析仪分析了颗粒排放中挥发性有机成分随温度的变化。结果表明,与生物柴油掺混比例相比,在所测试工况,供油提前角的变化对颗粒排放中挥发性有机成分生成量的影响较小,挥发性有机成分生成量随混合燃料中生物柴油掺混比例的增加而增大;蒸发温度在150～180℃范围内的挥发性有机成分最多,并且随生物柴油比例的增大,挥发性有机成分更集中在该温度范围。

柴油机燃用黄连木籽生物柴油的燃烧及排放特性

在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了黄连木籽生物柴油-柴油混合燃料试验,分析了不同负荷下的经济性、燃烧和排放特性。结果表明,发动机燃用掺混生物柴油的混合燃料,在中小负荷下,其燃油消耗率比柴油高,大负荷时燃油消耗率基本相当。生物柴油的滞燃期比柴油短,压力升高率峰值和瞬时燃烧放热率峰值低于柴油,且预混燃烧峰值所在曲轴转角较柴油有所提前。混合燃料的燃烧持续期比柴油延长,最高平均燃烧温度与柴油差别不大。与柴油相比,生物柴油的CO、HC排放均有不同程度的降低;B10与B20的NOx排放比柴油低,而B30的NOx排放与柴油相当。

喷油定时对燃用生物柴油发动机经济性与排放的影响

为研究黄连木籽生物柴油对发动机性能的影响,在一台YTR3105直喷式柴油机上进行了不同喷油定时下燃用黄连木籽生物柴油-柴油混合燃料时的经济性及排放特性试验。结果表明:在相同工况下,4种燃料的最经济喷油定时几乎相同,即最大扭矩工况为上止点前110CA左右,标定工况为上止点前120CA左右。CO和碳烟排放随喷油定时的增大有先降低又升高的趋势。随喷油定时的增大,THC排放降低,而NOX排放大幅增加。CO、THC及碳烟排放均随生物柴油掺混比的增加而降低;B10、B20的NOX排放比柴油低,而B30的NOX排放与柴油相当。最经济喷油定时与燃料类型无关,生物柴油混合比例对发动机的排放影响较大。

生物柴油混合比对柴油机排放颗粒特性的影响

为研究负荷和生物柴油对柴油机排放颗粒的影响,该文利用高分辨率透射电镜研究了电控高压共轨增压中冷柴油机在转速2000r/min、扭矩75和225N·m2种负荷下,燃用混合比为0、10%、50%和100%4种掺混比例(分别记做B0、B10、B50和B100)的黄连木籽生物柴油/柴油混合燃料时,产生排放颗粒的微观形貌和结构。结果表明,除B100产生排放颗粒中基本粒子的形状和粒径分布呈现出不规则性外,其余燃料的排放颗粒均由球形的基本粒子构成且粒径具有单分散特性;基本粒子具有多层类石墨微晶结构,碳层之间受到扭转和平移,存在无序内核区;B100在转速2000r/min、扭矩225N·m工况时的基本粒子平均粒径为45.57nm,与其余3种混合燃料排放颗粒的粒径相差很大。负荷和掺混比例在50%以内的生物柴油/柴油混合燃料对基本粒子的平均粒径影响不大。研究结果可为柴油机颗粒生成机理和后处理系统的设计提供参考。

柴油-丙烷发动机不同喷油提前角时的燃烧和排放特性

在一台单缸直喷式柴油机上开展了不同喷油提前角下燃用柴油和柴油-丙烷混合燃料时的燃烧和排放特性研究.研究结果表明:柴油-丙烷混合燃料的燃烧与排放参数随喷油提前角的变化趋势与燃用纯柴油时基本相同;对于给定的平均有效压力,柴油-丙烷混合燃料的放热率峰值和NOx排放随喷油提前角的推迟而减小,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随喷油提前角的推迟而增加;对于给定的平均有效压力和喷油提前角,放热率峰值和NOx排放随混合燃料中丙烷含量的增加而增大,而总燃烧持续期、CO、HC和碳烟排放随丙烷含量的增加而减小.

生物柴油/柴油发动机排放颗粒电镜分析

利用高分辨率透射电镜研究了三缸直喷式柴油机在两种供油提前角和两个工况时,燃用两种比例的生物柴油/柴油混合燃料时产生的颗粒微观结构和尺寸。结果表明,在所研究的条件下,发动机燃料燃烧产生的颗粒由球形的原始粒子构成,且呈现出不同形状,具有分形结构特性;原始粒子具有多层类石墨微晶结构,且存在无序内核区。B0和B20燃料产生的原始粒子的直径分别在25.6～31.3 nm和28.7～40.0 nm之间,燃用生物柴油时产生的颗粒原始粒子平均直径大于柴油。

过量空气系数与废气再循环率耦合对汽油机性能的影响

为了提高汽油机部分负荷下的燃油经济性,该文通过改变废气再循环率(EGR,exhaust gas recirculation)和过量空气系数,在一台增压进气道喷射汽油机上进行试验,研究了过量空气系数与EGR耦合对发动机部分负荷下燃油经济性和排放的影响。结果表明:随着EGR率和过量空气系数α的增加,燃烧循环变动率变大,燃烧持续期变长,且EGR是影响两者的主要因素;泵气损失显著减少,有效燃油消耗率显著降低,与EGR率=0和过量空气系数α=1条件下相比,EGR率=20%和过量空气系数α=1.1条件下的有效燃油消耗率降低了8.37%;随着EGR率的增加,THC(total hydrocarbon)排放增加,但NOx排放显著降低,高达约80%。因此,将三效催化转化器和EGR技术相结合,燃烧稀混合气,可以在满足欧Ⅴ排放法规的同时,大幅提高汽油机部分负荷下的燃油经济性。

柴油机后处理装置的颗粒排放物拉曼光谱研究

为研究发动机排放颗粒物经氧化催化转化器(DOC)以及柴油颗粒捕集器(DPF)后结构和化学组成的变化规律,在一台配备后处理装置的电控高压共轨增压中冷柴油机上进行颗粒物取样,采用激光拉曼光谱仪测取拉曼光谱,比较了不同测点位置颗粒物的拉曼光谱特征。结果表明:颗粒物的拉曼光谱均由5个峰组成,且峰位在一个较小的范围内变化,描述颗粒物结构和组成的各特征参数随测点位置的不同而变化,即I D1/I G随测点后移而减小,I D2/I G逐渐增大,而I D3/I G、I D4/I G和I ALL/I G均表现为先减小后增大的趋势,说明经过DOC和DOC+DPF时颗粒物发生了物理和化学变化,从而使颗粒结构和成分发生变化。代表颗粒物石墨化程度的I D1/I G值随测点的后移而增加,但是DPF后颗粒的有机物成分所占比例最大。

空燃比对柴油/丙烷混合燃料发动机燃烧和排放的影响

在单缸直喷式柴油机上,研究了燃用柴油和柴油/丙烷混合燃料时,空燃比对发动机燃烧和排放特性的影响。结果表明:发动机转速一定时,燃烧持续期随空燃比和丙烷比例的增加而缩短;缸内最高燃烧压力随空燃比的增大而减小,随丙烷比例的增加而增大;NOx和碳烟排放随空燃比的增大而降低,HC排放在小空燃比时随空燃比的减小而大幅度增加,而在大空燃比时随空燃比的增大而稍有增加;在小空燃比时CO排放随空燃比的减小而增加,在大空燃比时变化不大;燃用柴油/丙烷混合燃料可同时降低CO、HC和碳烟排放,但NOx排放增加。

柴油机颗粒的微观结构和成分对其氧化活性的影响

在一台电控高压共轨增压中冷柴油机上收集了分别燃用国Ⅳ和国Ⅴ两种燃料时的颗粒.利用差热热重联合测定仪、HRTEM、EDS和元素分析仪对颗粒进行了分析.结果表明:柴油机燃用国Ⅳ柴油时产生的颗粒的活性比燃用国Ⅴ柴油时稍高;DOC可以提高颗粒的挥发分比例,使组成颗粒的基本粒子的微晶尺寸变大,碳层的排列更有序,但经DOC后颗粒的氧化活性有所增强.说明颗粒氧化活性不仅与其微观结构有关,还与其m(O)/m(C)、比表面积和金属含量有关.颗粒的氧化是一个基本粒子内核氧化、外壳重整,从而在后氧化阶段形成中空胶囊状结构,最后胶囊溃灭的过程.

亚/超临界环境下碳氢燃料液滴的蒸发与燃烧特性

采用挂滴法对正常重力下处于亚/超临界压力环境中的不同碳氢燃料液滴蒸发与燃烧现象做了详细的试验研究.采用嵌入液滴内部的热电偶和高速相机分别记录液滴温度变化和液滴发展图像.结果表明:在亚临界压力环境下,液滴燃烧过程具有平衡蒸发阶段,符合准定常假设,但在超临界压力环境下,液滴燃烧过程不再出现平衡蒸发阶段,准定常假设已不成立;液滴燃烧持续时间在亚临界状态下随着压力的增加而迅速减小,此时相平衡控制液滴燃烧速率的大小,但在超临界状态下,液滴与环境气体之间的界面变得模糊不清,燃烧持续时间随着环境压力的增加不再继续减小,而是趋于一稳定值,此时液滴已不存在相变过程,扩散系数开始影响燃烧速率;燃烧持续时间变化趋势在临界压力处的转变反映出临界压力点是判断液滴是否进入超临界燃烧的重要依据,液滴燃烧过程中液滴完全蒸发所占的时间比重在亚临界压力环境下变化不大,而在超临界压力环境下迅速减小,相对更早地完成液滴蒸发.

柴油机颗粒在氧化过程中拉曼光谱参数的变化

为研究柴油机排放颗粒在氧化过程中化学结构的变化规律,通过一台燃用国Ⅴ标准柴油的电控高压共轨增压中冷柴油机CY4102-CE4B上进行颗粒取样,对所得颗粒进行了热重处理,分别得到不同氧化程度的颗粒,采用拉曼光谱仪测取样品的拉曼光谱,比较了在氧化过程中颗粒随失重量变化的拉曼光谱特征.结果表明:颗粒的石墨化程度随着柴油机负荷的增大而增加;氧化催化剂(DOC)作用后,颗粒的结构有序性增强;随着氧化的进行,颗粒的石墨化程度整体呈现上升趋势.颗粒的氧化活性与其结构有一定的关系;小负荷时,颗粒表现出较高的氧化活性,其中颗粒所具有的无序结构具有较大影响.DOC作用后,颗粒的内部结构发生了变化,颗粒的氧化模式发生了改变,石墨化程度不再是影响氧化活性的主要因素.

GDI发动机沉积物的FTIR及SEM/EDS分析

在一台汽油直喷(GDI)发动机内分别采集进气阀杆、进气阀、活塞顶部和排气口的沉积物,利用傅里叶变换红外光谱法(FTIR)对沉积物原样、有机溶剂提取剩余物和灰分进行结构分析,利用扫描电子显微镜/X-射线能谱仪(SEM/EDS)对沉积物灰分的元素组成和微观形貌进行分析.结果表明:沉积物的有机成分主要由芳香型化合物、链状HC化合物及氧化物组成;灰分的红外谱图显示沉积物中含有S、P和Si等无机非金属元素,这是润滑油中的元素特性;SEM/EDS分析再次证明了上述元素的存在,沉积物中还发现了Ca、Mn、Zn、Al、Mg、K、Cu和Fe等金属元素以及部分卤素,这些元素通常也存在于润滑油中.润滑油是沉积物形成的主要原因.