密实度对垂直轴潮流能水轮机水动力性能影响分析

为研究密实度对垂直轴潮流能水轮机水动力性能的影响,从水轮机直径、叶片数及叶片弦长三个方面考虑密实度的变化,采用CFD数值模拟方法得到不同密实度的水轮机的水动力性能,并总结出规律。研究结果表明:推力系数和侧向力系数均值均随密实度的增加而增加,而能量利用率均值随密实度的变化规律与速比相关;能量利用率、推力系数和侧向力系数的波动幅值随密实度的改变而发生变化,变化规律与导致密实度变化的参数相关。研究成果可为垂直轴潮流能水轮机的选型提供一定的参考依据。     

艏摇对立轴潮流能水轮机的水动力性能影响

为研究艏摇对立轴水轮机的水动力性能影响,采用ANSYS-CFX软件对2叶片立轴水轮机艏摇运行进行模拟分析.同时还对不同频率、不同速比下的推力系数和侧向力系数时历曲线进行分析,并采用最小二乘法拟合分析水轮机的载荷影响,结果表明:与在均匀流中仅做旋转运动的水轮机相比,艏摇运动不会影响水轮机的能量利用率,但是对推力和侧向力的瞬时波动幅值影响较大,速比和艏摇频率越大,瞬时值波动幅度越大;推力和侧向力的阻尼系数与艏摇频率无关,与速比有关,速比越大,阻尼系数越大.     

变工况下贯流式水轮机叶片形变分析

针对贯流式水轮机在变工况下的叶片变形,基于RNGk-ε湍流模型和SIMPLEC算法,应用流场仿真软件CFX对贯流式水轮机三维全流场进行多工况定常数值计算,将计算结果通过ANSYS软件下的WORKBENCH结合流固耦合特性对叶片的静应力和形变总量进行分析.结果表明,在协联工况下,相同水头下的叶片应力和水轮机出力成正比,最大等效应力出现在叶片与轮毂相交处,最大形变量出现在叶片轮缘处;在非协联工况下叶片的形变量大于协联工况下的变形量,而且叶片上的应力分布也不均匀.     

水平轴潮流能水轮机的流固耦合分析

叶轮作为潮流能水轮机捕能的关键部件,其水动力性能以及结构性能会影响水轮机的捕能效果及其结构的安全性。本文以30 W的小型水平轴潮流能水轮机为例,分别基于单向流固耦合和双向流固耦合模型对在设计工况下的叶轮水动力性能与结构性能进行了稳态分析,对比研究了两种耦合模型所得到的叶轮捕能系数、叶轮表面压力分布等水动力性能和叶轮应力分布等结构性能,为进一步对叶轮结构优化提供参考依据。     

冷却塔水轮机转轮结构优化及模态分析

基于AnsysWorkbench平台,考虑不同工况及不同水轮机材料,对某冷却塔水轮机转轮进行流固耦合分析.通过对转轮过流面及叶片的水压力分布计算,将得到的水压力载荷加载到转轮叶片上,进行转轮体结构分析,得出不同工况和材料下转轮的应力分布及变形情况.对转轮进行干湿模态分析,得到转轮在两种情况下的固有频率和振型,并用试验验...     

动静干涉下压气机叶轮气动激励与振动分析

为研究离心压气机叶轮的气动激励特征及激励作用下的振动特征,建立了单向瞬态流固耦合模型进行计算分析.利用模态分析确定了叶轮的共振工况,在此工况下进行单向瞬态流固耦合计算.讨论了叶轮与进气弯管和出口蜗壳发生动静干涉时,其表面非定常气动激励的时域与频域特征,并进一步讨论了叶轮在此气动激励下振动时的时域与频域特征.结果表明,叶轮共振时的主要振动分量是基频与共振频率处的振动分量,共振频率处较小的气动激励引发了较大的振动幅值;长叶片吸力面前缘等位置处动应力及离心应力较大,是疲劳失效危险点,叶轮易从此处萌生疲劳裂纹并发生疲劳断裂.      

Φ型与H型Darrieus垂直轴风力透平性能比较

采用单盘多流管模型作为Darrieus垂直轴风力透平的空气动力学性能预测模型,在相同密实度和相同高宽比的条件下,计算得到了Φ型与H型Darrieus垂直轴风力透平功率系数-尖速比曲线和功率-尖速比曲线.分析了Φ型与H型Darrieus垂直轴风力透平尖速比对功率系数及功率的影响,得到不同尖速比范围下两风力透平功率系数与功率的变化规律.     

液压支架用大流量液控单向阀流固耦合

为分析液压支架用大流量液控单向阀流固耦合情况,采用Pro/Engineer软件对一级、二级阀芯及阀体三维造型,采用ICEM-CFD软件对阀内流道进行网格划分,采用CFX软件进行两种开启形式下的液控单向阀内部全流场定常数值计算,得出各自工况下的速度矢量图.利用ANSYS Workbench软件对液控单向阀内部流场和液控单向阀阀芯及阀体进行单向流固耦合计算,利用ANSYS后处理工具得到两种工况下阀芯及阀体的应力云图并计算出阀芯所受支反力大小.结果表明:液控单向阀反向开启时为危险工况,乳化液在控制杆卸压槽处流速最大,一级、二级阀芯应力最大,得出反向开启时,控制压力为19.1 MPa.     

潮流能自由变偏角水轮机自启动特性分析

垂直轴水轮机的启动特性是潮流能发电技术的关键问题之一.根据模型试验技术,测量潮流能自由变偏角水轮机转速和转矩在启动过程中的变化规律.基于黏性CFD数值模拟方法,监测该水轮机水动力转矩、负载转矩、叶片偏角、叶片切向力等参数在启动过程中的变化规律.通过分析上述运动参数与动力参数之间的相互作用探讨该水轮机启动特性.研究结果表明:自由变偏角水轮机由于能够迅速调整叶片偏角,因此可以改善水轮机启动过程的总体水动力性能;转矩-速比特性决定该水轮机启动过程经历起步、加速和渐进稳定3个阶段;当发生超载或者受到波浪影响时,水轮机将从渐进稳定段进入不能稳定运行的加速段,继而发生快速停机现象.     

带分流叶片水泵水轮机特殊工况内部流场特性

基于国内某抽水蓄能电站建立的水力模型并结合该模型试验报告,采用SSTk-ω模型计算带分流叶片水泵水轮机7.5°导叶开度下零流量工况附近的制动工况和反水泵工况,进行定常和非定常数值模拟,研究其内部流场压力分布、速度流线分布及径向力分布规律.结果表明:计算流体动力学数值计算可以很好地模拟分析带分流叶片水泵水轮机的内部流场特性;制动工况下的流态很差,涡结构充满整个流道引起水流拥堵且成不对称分布;反水泵工况导叶和转轮出现了严重的流动分离,水流在叶片中上游发生冲击;分流叶片的存在减小了负压区域,降低了汽蚀现象发生的可能性,有助于水轮机内部水流流动更加平稳;带分流叶片水泵水轮机的径向力在一个周期内的变化规律与转轮叶片数强关联,峰谷值个数与叶片数相对应.     

旋转作用下水平轴风力机气动性能分析

为研究水平轴风力机在大气边界层近地面非定常来流作用下气动耦合特性,建立基于剪切应力传输(SST)湍流模型的计算流体力学(CFD)模型和静力结构模型。为模拟风轮在近地面的气动状态,通过单向流固耦合方法对流场均匀入流风速和旋转效应作用下不同工况进行数值耦合计算,求解风力机流场中的速度场、压力场、结构响应状态以及输出功率,分析对比流场不同方向风力机周围速度变化、表面压力分布、结构应力应变规律、整体变形情况和功率变化。结果表明：在均匀来流和旋转共同作用下,流速和压力主要沿风轮径向变化,沿叶片展向至叶尖速度逐渐增大;整机结构附近有明显的气流扰动变化;停机工况和旋转工况(考虑旋转效应)塔影效应干扰下叶片变形在上下风区波动较大;入流风速大小对风力机输出功率有显著影响。     

设计参数对直叶片垂直轴风力机功率系数的影响

基于多流管、双向多流管理论模型,利用MATLAB编程计算垂直轴风力机的功率系数并与实验值进行对比.研究表明:双向多流管理论模型更适合于垂直轴风力机的设计.以此为基础研究尖速比和实度对直叶片垂直轴风力机功率系数的影响,计算显示:尖速比增加,功率系数先增大后减小,近似成抛物线变化;实度增加,功率系数(效率)先增大后减小,最高效率位置向低尖速比区漂移,高效区范围变小.     

双转子垂直轴潮流能水轮机水动力干扰特性研究

为了研究双转子垂直轴潮流能水轮机水动力干扰特性及规律,采用计算流体力学方法对双转子水轮机组在定常流下的水动力进行了数值模拟,通过研究典型速比下不同轮机间距、不同转子旋向的双转子轮机的能量利用率、速度场演变、尾流场演化和相应工况下单转子水轮机的对比分析,发现双转子机组水轮机在高速比情况下比单转子水轮机获能效率更高,最高达到36%,而且随着轮机间距的增大双转子轮机增能效果反而降低;由于干扰效应的存在,双转子轮机的叶片表面产生更大的高速区域,尾涡也比单转子轮机更为复杂和混乱,表现为尾涡有偏转且融合的趋势,并随着轮机间距增大而减弱。     

叶片失速延迟控制垂直轴风力机气动性能

以麦克马斯特大学H型垂直轴风力机为基础,在叶片上加设射流管,设计一种叶片失速延迟控制垂直轴风力机。基于CFD方法计算典型工况下叶片失速延迟控制垂直轴风力机的功率,分析风场的涡强和风速分布特性。研究结果表明:在相同几何尺寸和工况下叶片失速延迟控制风力机的风能利用系数比麦克马斯特大学H型垂直轴风力机的高,在尖速比为1.3时,最大风能利用系数达到0.33。在叶片上加设射流管对于延迟层流分离具有显著作用。     

IB-LB耦合格式模拟贯流式水轮机三维瞬变流

采用浸没边界-格子玻尔兹曼(IB-LB)格式模拟贯流式水轮机三维瞬变流.首先给出IB-LB模型以及处理转轮旋转和导叶运动强流固耦合问题的方法,然后对某贯流式水轮机过渡过程中的三维瞬变流进行模拟,分析了宏观量变化过程和瞬变流态.结果表明:贯流式水轮机在甩负荷和增负荷两种工况下的压力、速度、轴推力变化规律与常规认识一致,由此说明IB-LB格式能模拟包括水轮机三维瞬变流在内的更实际的流固耦合问题.     

轴流转浆式水轮机桨叶的动应力特性

通过对轴流式水轮机全流道内流场进行13个稳定运行工况的非定常流场计算,得到不同工况下转轮桨叶表面非定常水压力载荷,并利用顺序流固耦合方法对桨叶在各种工况下的动应力特性进行计算分析。结果表明:在下游水位下降、机组水头升高时,机组在小功率工况下水力稳定性变差;同时表明机组长期在高水头小功率条件下运行时,由于水压力脉动引起的较大动应力是造成桨叶微裂纹的主要原因。计算结果可为水轮机其他零部件的应力特性及疲劳裂纹分析提供参考。     

典型调速工况大功率液力偶合器叶轮装配体强度分析

随着大型核/火电站装机容量的大幅度增加,大功率液力偶合器作为电站系统主锅炉给水泵调速的核心元件,其工作叶轮的强度成为影响电站系统安全稳定运行的重要因素.文章以某型液力偶合器叶轮装配体为研究对象,采用单向流固耦合计算方法,建立全流道流固耦合分析模型,其中泵轮与涡轮套的端面定位采用接触算法,用梁单元模拟螺钉联接效果,对典型工况下叶轮装配体结构强度计算分析.结果表明,装配体整体变形和应力随着转速比的增大呈增加趋势,且叶轮变形大小与对应区域旋转半径长度基本成正比,说明离心载荷是影响叶轮装配体强度的主要原因;由于螺钉预紧力效应,叶轮连接区域出现局部应力集中现象;涡轮套内缘是叶轮装配体结构强度的薄弱区域,此分析结果与文献发表结果相吻合.此项研究工作为自主大功率液力偶合器叶轮结构设计及优化提供有效的应用理论指导.     

H型垂直轴风力机远场尾流特性研究

基于非定常CFD数值模拟方法,采用FLUENT软件对H型垂直轴风力机的流场进行模拟,并分析尖速比和叶片数对远场尾流特性的影响规律。结果表明:风轮在运转过程中的空气流动近似于圆柱绕流,绕流和旋转对尾流两侧风速具有增大作用,增大的风速不断汇入到尾流中,有助于尾流风速恢复;随着尖速比的增大或叶片数的增多,远场尾流形成卡门涡街,尾流风速呈周期性上下波动分布;在风电场中风力机组的排布应根据不同的尾流特性,采取不同的布置方案。     

流固耦合法模拟岩石爆破时耦合范围的确定

为研究岩石爆破问题模拟中的流固耦合算法以及提高计算效率,文章采用LS-DYNA软件开展大量计算,分别讨论了不同装药半径(r)、不耦合系数(K)和网格精度条件下流固耦合区域半径(R)对单元峰值应力衰减曲线的影响,并结合应力云图和应力时程曲线分析,确定出合理的流固耦合范围。结果表明:随着耦合装药半径r的增大,最小合理流固耦合半径R_(min)与r比值呈减小趋势;相同装药半径下随着K增大,R_(min)/r逐渐增大;网格精度对流固耦合半径取值影响较小;相同条件下,当R较小时,应力云图不稳定且应力时程曲线后期会迅速衰减,适当增大流固耦合半径会逐渐消除该现象。对于一般的岩石爆破问题,建议R/r取5～10。     

5kW垂直轴风力机的气动性能分析

为了改善垂直轴风力机风轮流场的气动性能,分别利用双盘多流管模型及2维N-S方程的数值模拟方法对5kW垂直轴风力机的气动性能进行预测.两种方法得出的功率系数随叶尖速比变化相差不大,两种方法均可行.前者得出风轮上风区域和下风区域的流动阻滞效应随转子实度的增大而增强,且在下风区域表现的更为明显;后者得出在叶尖速比较低的情况下,风力机叶片周围有明显的涡脱落现象,在同一个叶尖速比下叶片转动到不同位置时风力机尾流速度场变化不大.