超临界CO_(2)腐蚀对耐热材料力学性能影响研究进展EI北大核心CSCD

超临界二氧化碳循环系统为清洁能源发展提供了新途径,但高温与含碳环境对耐热材料力学性能和抗腐蚀性能等提出了新的挑战。温度过高时,结构材料在抗氧化性和结构完整性等方面性能要更优异,超临界CO_(2)环境下腐蚀与渗碳综合作用会使耐热钢形成碳化物,造成其抗氧化性和力学性能降低。因此,建立安全稳定超临界CO_(2)循环发电系统的前提是明确在超临界CO_(2)环境中候选材料的最高长时使用温度,以及确定腐蚀与渗碳的综合作用对候选材料的蠕变性能与抗渗碳能力的影响。该文总结国内外关于超临界二氧化碳腐蚀对耐热钢、镍基合金等耐热材料力学性能影响的研究现状,分析合金成分、温度、压力、杂质等因素对耐热材料力学性能的影响规律,讨论渗碳对于裂纹生长以及裂纹扩展等的影响机理,并提出目前实验以及分析的不足之处及未来的发展方向。     

纳米Al_(2)O_(3)/环氧树脂复合材料微秒脉冲沿面闪络特性研究北大核心CSCD

GIS中由于开关分合闸等操作而引发的内部脉冲过电压会导致绝缘件表面出现多次闪络击穿等问题。因此,文中研究了不同纳米Al_(2)O_(3)填充含量下环氧树脂复合材料在微秒脉冲电压下的沿面闪络特性;并针对1.5%Al_(2)O_(3)/EP复合材料在脉冲电压频率为10 kHz,幅值为18 kV,电极间隙为10 mm下开展沿面闪络老化试验,对比老化前后闪络电压最小值和表面电阻变化趋势,分析不同程度的老化对绝缘材料表面微观形貌、元素成分以及电气性能的影响。结果表明,预加直流电晕放电能够降低环氧树脂材料的闪络电压,且当纳米Al_(2)O_(3)填充含量为1.5%时对闪络现象的抑制效果最为显著。同时,环氧树脂复合材料在经过沿面闪络老化试验后,老化区域C、O元素之比降低,材料表面形成大量凸起颗粒和裂纹,使其呈现疏松、亲水等特点。研究结果可为提升环氧树脂表面耐压能力提供指导意义。     

燃煤火力发电机组与钙基CO_(2)捕集系统的一体化设计与分析EI北大核心CSCD

燃煤机组捕集CO_(2)对于我国“双碳”目标的实现至关重要。将燃煤发电机组和钙基碳捕集系统进行一体化集成,改造锅炉受热面布置与热力系统的配置,可提升系统能量集成度;分别构建基于蒸汽朗肯循环(steam rankine cycle,SRC)和SCO_(2)-蒸汽联合循环(SCO_(2)-steamcombinedcycle,CSCC)的发电、碳捕集一体化系统,利用?方法和热效率法计算其热力性能,基于平准化发电成本和碳捕集成本评价其经济性。结果表明,CSCC一体化系统?效率为39.05%,捕集CO_(2)造成的?效率损失为3.91%;利用SCO_(2)替代水蒸汽回收碳捕集系统余热能够减少?损失,使得CSCC一体化系统性能优于SRC一体化系统;CSCC一体化系统的平准化发电成本为654.9元/(MW·h),碳捕集成本为135.1元/t CO_(2)。一体化系统可实现燃料化学能和碳捕集余热的一体化协同转化和高效利用,并能降低碳捕集成本。     

环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解仿真与实验研究EI北大核心CSCD

环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解过程的仿真研究较多,但基于反应分子动力学的研究较少。为研究典型局部放电下环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的分解过程,搭建发射光谱测试平台,测试悬浮放电下的电子温度和分子振动温度。利用动态温度变化模拟局部放电物理过程,建立基于实测数据的仿真计算模型。结果表明,悬浮放电下的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中电子温度约为6400K,分子振动温度约为4000K,悬浮放电会生成CF_(3)、CF_(2)、F和CN等自由基,自由基复合生成的分解产物包括CO、CF_(4)、C_(2)F_(4)、C_(3)F_(6)、C_(3)F_(8)、CF_(3)CN和COF_(2)等。分解产物类型及其生成量随时间的变化规律与试验结果基本一致,相较于分子振动温度,电子温度对气体分解的影响更为显著。在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解过程中,温度分布特征与气体分解特性密切相关,解析气体分解机理时,应重点关注温度对分解过程的影响。     

SF_(6)/N_(2)混合气体GIS隔离开关小容量母线转换电流开断试验回路研制及试验北大核心CSCD

SF_(6)气体因其温室效应受到众多限制,使用SF_(6)与N_(2)混合气体是实现GIS环保化的简便有效措施,已逐步应用于GIS等气体绝缘电力设备中。SF_(6)/N_(2)混合气体GIS隔离开关研制时,由于混合气体开断能力下降,母线转换电流开断能力成为限制条件,需要进行充分试验验证。大型试验站试验费用高、周期长,有必要搭建厂内小容量试验回路。文中开展SF_(6)/N_(2)混合气体GIS隔离开关小容量母线转换电流开断试验回路研制及试验。为便于在运设备改造,直接气体置换设计126 kV SF_(6)/N_(2)混合气体GIS隔离开关样机。参照GB/T1985—2014,基于一台温升变压器研制了厂内小容量GIS隔离开关母线转换电流开合试验回路,可开展转换电压30 V和100 V、转换电流1 600 A的母线转换电流开断试验,研究了混合比、气压、分闸速度对开断性能的影响,发现混合气体开断性能明显低于SF_(6),会造成燃弧时间增加,触头烧蚀加重,甚至开断失败;气压降低后燃弧时间会增加;分闸速度对开断影响较小。结合母线转换电流开断摸底试验结果,对混合气体GIS隔离开关触头结构改进,增加铜钨引弧触头,顺利通过了母线转换电流开合型式试验。     

适用于湿法再生的CO_(2)吸附膜材料性能优化与分析EI北大核心CSCD

湿法再生CO_(2)捕集技术利用水的蒸发自由能实现吸附剂的再生,可解决传统变温吸附CO_(2)再生能耗高的难题,在空气CO_(2)直接捕集领域受到广泛关注。针对湿法再生CO_(2)捕集材料种类少、性能差的现状,该文采用相转化法制备异相CO_(2)吸附薄膜,通过膜材料微观结构表征,对比分析聚醚砜(polyether sulfone,PES)分子量、聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)分子量及PEG与PES配比对膜材料内部微观结构及比表面积、孔体积等性能参数的影响。结果表明:采用分子量较小的PES–3200p制备的膜材料,其内部的孔径及孔的数量明显增加,比表面积增大,有利于CO_(2)在膜材料中扩散。加入分子量较大的PEG–4000时,膜材料内部孔隙率明显增加,具有更大的比表面积及孔体积。随膜材料中PEG添加量增加,膜材料比表面积逐渐减小,表面孔径呈先增大后减小趋势。CO_(2)吸附性能测试结果表明:所制备膜材料的CO_(2)半吸附时间仅为3~6min,动力学性能得到大幅提升。研究结果可为湿法再生吸附材料性能优化及湿法再生技术的大规模应用提供指导。     

252kV GIS用SF6/N_(2)混合气体局放特性研究北大核心CSCD

为了研究工频电压下SF_(6)/N_(2)混合气体的局放特性及其在GIS中的工程应用前景,文中设计了尖端、气隙两种GIS局放缺陷模型并进行了电场仿真分析,搭建了252 kV GIS局放试验样机,在绝缘等效基础上分别进行了不同气体混合比(2∶8、3∶7、4∶6)、不同气压(0.4、0.5、0.6 MPa)条件下SF_(6)/N_(2)混合气体的局放试验。仿真及试验结果表明:SF_(6)/N_(2)混合气体的局放起始电压、熄灭电压、视在放电量均小于纯SF_(6),说明SF_(6)加入N_(2)可以降低其对电场畸变的敏感程度。通过对比SF_(6)/N_(2)混合气体和纯SF_(6)之间的局放图谱,发现SF_(6)/N_(2)混合气体与同等工频绝缘强度的纯SF_(6)局放水平相当,在不改变现有GIS结构和设计原则的前提下可以替代纯SF_(6)。     

基于神经网络的燃气–超临界CO_(2)联合循环变工况特性快速预测及优化EI北大核心CSCD

燃气–超临界CO_(2)联合循环清洁高效、结构紧凑,因系统部件中间容积较小,变负荷调节速率较高,具有良好的灵活性,通过其快速变负荷运行有利于大规模消纳可再生能源电量。该联合循环采用具有超–跨串级结构的超临界CO_(2)底循环实现燃机余热梯级利用。为解决其快速变负荷中循环特性快速预测及优化问题,该文提出基于面心立方设计和反向传播神经网络的变工况特性求解方法。采用粒子群优化算法确定该联合循环变负荷过程的最优滑压运行策略。结果表明:基于神经网络的循环变工况特性预测方法具有良好的精度,并有效缩短仿真计算时间。与流量比例调节法对比,最优滑压运行策略使循环变工况过程具有更优的循环效率及可行运行区间,可以快速准确地为燃气–超临界CO_(2)联合循环提供变工况运行参考。     

压缩机透平分轴布置的超临界CO_(2)简单回热循环动态特性EI北大核心CSCD

超临界CO_(2)布雷顿循环发电系统配合高温颗粒储热系统,被认为是新一代光热发电机组的重要技术路线之一。深入研究超临界CO_(2)布雷顿循环动态特性,是实现新一代光热发电机组高效、灵活设计和运行的重要基础。该文以西安热工研究院有限公司耦合颗粒换热器的超临界CO_(2)布雷顿循环机组为对象,构建了动态仿真模型,并进行动态仿真计算。该机组采用透平压缩机分轴布置的形式。结果显示:相对于颗粒/循环冷却水入口温度阶跃变化的工况,系统在颗粒/循环冷却水流量阶跃变化工况中响应更快、能够更快地达到新的稳定状态。压缩机转速扰动对系统流量影响迅速且明显,压缩机转速调节可以作为系统流量控制的重要手段。透平在不同流量下最优转速不同,当透平转速变化后更接近最优转速时机组循环净效率增高,反之降低。     

切向电场主导下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中环氧复合材料表面电荷积聚特性及机理研究北大核心CSCD

气固界面的电荷积聚问题是诱发沿面闪络的重要原因,而当前C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中电荷积聚特性的相关研究还不够充分。为研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中表面电荷积聚特性及机理,本文通过指型电极构建极不均匀电场,测量了环氧复合材料在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中的表面电荷分布特性;进一步的,为理清表面电荷来源及迁移特性,测量了冲击电压下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中材料表面电位,比较了附加背板电极前后的表面电荷分布。研究表明,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与SF_(6)中表面电位分布形态相似,均表现为高压电极附近积聚大量同极性电荷,地电极附近积聚少量异极性电荷。随着C4F7N含量升高,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体抑制电荷积聚能力增强。表面电荷来源于气体电离和高压电极注入并且随着电场强度的改变,电荷来源也发生变化,切向电场促进了电荷沿表面向更大范围的迁移。该工作对于明确C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中表面电荷积聚特性及环保型绝缘气体的推广应用具有重要意义。     

CF_(3)I-CO_(2)混合气体在稍不均匀和极不均匀场中的雷电冲击特性北大核心CSCD

为了解决当前SF替代气体的问题,近年来人们对三氟碘甲烷(CF_(3)I)及其混合气体的研究颇多,发现其混合气体在一定电压内有替代SF的潜力。通过搭建放电实验平台,控制放电间隙距离、气压和混合比率对CF_(3)I-CO_(2)的混合气体在稍不均匀电场和极不均匀电场下的雷电冲击特性进行了实验研究。研究发现CF_(3)I-CO_(2)混合气体在这两种不同电场下的击穿电压都随间隙距离呈正相关,但两者增长趋势不相同,而击穿电压随气压则表现出明显差异化的规律。在稍不均匀电场下,间隙距离较小时击穿电压与距离呈线性关系,而当间隙距离偏大时则呈现饱和状态的现象;击穿电压与气压的关系则呈现出增长速率加快的现象。在极不均匀电场下,击穿电压与距离呈饱和趋势增长;气压上则是以较慢的速率增长;此外,在一些特殊情况下还出现了极性反转现象和“驼峰”现象。通过与纯SF的击穿电压相比,两种电场下CF_(3)I-CO_(2)混合气体的绝缘性能在混合比率k=30%时最佳,可以为CF_(3)I混合气体应用于气体绝缘设备中提供参考。     

用于水下航行器的铅铋堆S-CO_(2)循环发电系统热力学及动态特性分析EI北大核心CSCD

将铅铋堆与超临界二氧化碳(supercriticalcarbon dioxidecycle,S-CO_(2))循环相结合的发电系统可为水下航行器稳定、高效供能。然而,目前缺乏水下航行器与铅铋堆S-CO_(2)循环发电系统的匹配设计研究,其热力学分析仍不完善。因此,该文分别构建其热力学模型和动态模型,通过模拟仿真,开展发电系统与4种动力循环形式的匹配研究,发现简单回热循环与铅铋合金的温度匹配性较好,系统热效率在压缩机和透平入口压力分别为7.6和25MPa时达到26.81%,满足系统设计要求。进一步探讨循环关键运行参数对系统热力学性能的影响规律,结果表明,增大循环最高压力和最高温度有利于系统效率的提升。基于此,进行系统关键换热部件的设计,揭示发电系统在温度阶跃扰动条件下的动态响应特性。可知,当堆芯铅铋温度从410℃降至390℃时,循环效率在大约8s内下降1.69%。该文可为应用于水下航行器的铅铋堆超临界二氧化碳循环发电系统设计提供参考。