导叶对涡轮型垂直轴风力机气动性能的影响

针对传统垂直轴风力机效率低的缺陷,阐述带导叶垂直轴风力机的结构优势,并分析导叶对涡轮型垂直轴风力机的作用。应用计算流体力学理论,在设计风速12 m／s下,采用滑移网格技术及 k-ε 模型对有、无导叶两种涡轮型垂直轴风力机的气动性能进行比较。研究表明,导叶可以有效降低由于来流对逆风区叶片吸力面的直接冲击而造成的阻力扭矩,也会负面影响顺风区叶片的性能,但其负作用效果远不及在逆风区挡流降阻的正作用效果,故加导叶后风轮的性能会有很大提高。带弧线形导叶涡轮型垂直轴风力机最大风能利用系数可达0.24,具有工作范围广、最佳尖速比大的特点。     

提高风力机性能的流动控制技术研究

为提高垂直轴直叶片风力机在低风速下的启动特性,在对5叶片的风力机大厚度、低雷诺数叶片的翼型尾缘加装Gurney襟翼进行数值模拟研究.并探讨了叶片在"外弯"与"内弯"两种布置形式下对启动扭矩和输出功率的影响.基于数值模拟结果,对5叶片H型风力机叶片尾缘加装不同高度的Gurney襟翼进行风洞试验研究,通过测量不同来流风速下风力机的转速及输出功率,验证Gurney襟翼提高风力机性能的可靠性.     

深海采矿矿浆泵内颗粒流动规律的数值模拟

针对深海采矿输送系统中矿浆泵易磨损等问题,采用RNGκ-ε湍流模型求解矿浆泵内的清水流场,并与试验结果进行对比验证模拟结果的准确性;在此基础上运用离散相模型模拟颗粒流动轨迹,研究转速、流量和颗粒粒径对矿浆泵冲蚀磨损特性的影响。研究结果表明:转速越高,颗粒与过流部件壁面发生冲击的概率增大,冲击速度大幅度升高,加剧过流部件磨损;流量越大,颗粒冲击叶片压力面的位置逐渐移向叶片头部,冲击角度随之增大,颗粒出流角越大,易与导叶吸力面头部发生冲击,流动愈紊乱;小粒径颗粒未与叶轮发生冲击,但冲击空间导叶的速度较大,对空间导叶的磨损较叶轮更严重;大粒径颗粒对叶轮和空间导叶的磨损程度差别不大,更符合等寿命设计原则。     

尾缘襟翼偏转角对不同翼型的垂直轴风力机气动影响研究

风能转化率偏低是阻碍垂直轴风力机市场化发展的重要原因.尾缘襟翼的设计能够改变叶片表面的流场结构,从而提高垂直轴风力机的气动性能.目前关于不同翼型垂直轴风力机的气动性能随尾缘襟翼的变化规律尚不明确.基于计算流体动力学方法,采用转捩剪切应力输运湍流模型,对3种不同分离式尾缘襟翼的翼型(NACA0018、NACA0021和NACA0024)叶片的H型垂直轴风力机气动性能进行数值研究.验证算例与已有的实验结果对比,结果吻合较好,证实本方法的可靠性.进一步考虑3种基础翼型与5组襟翼偏转角(-16°、-8°、0°、8°、16°)参数,探究垂直轴风力机的气动性能差异,分析其内在机理.研究结果表明：逆风区正向襟翼偏转角可以有效提高叶片的弯矩系数,顺风区负向襟翼偏转角对叶片的弯矩系数产生有利影响.在负向襟翼偏转角下,风能利用率受偏转影响的程度与翼型厚度呈正相关;在正向襟翼偏转角下,风能利用率受偏转影响的程度与翼型厚度呈负相关.研究成果可以为垂直轴风力机尾缘襟翼的应用提供有效参考.     

转动惯量对直叶片垂直轴风力机性能的影响

直叶片垂直轴风力机是旋转机械,转动惯量对其主要的气动性能有一定的影响.文中基于双向多流管理论并利用Matlab编程,以NACA0018翼型的H型垂直轴风力机为研究对象,分析转动惯量对H型垂直轴风力机性能的影响.分析结果表明:转动惯量的小范围变化对其最大输出功率系数影响不大,但较小转动惯量的风力机需要较大的风速才可以达到最大输出功率;在达到最大输出功率以前,转动惯量的小范围变化,较小转动惯量的风力机具有相对较大的功率系数、转矩系数和输出功率;随着风速的增大,转动惯量较小的风力机功率系数、转矩系数和转矩波动较大.     

基于MATLAB的垂直轴风力机仿真研究

为了描述垂直轴风力机的输出特性,对垂直轴风力机运行风况、传动系统以及转速控制系统在MATLAB/SIMULINK模块中进行建模。以5 k W垂直轴风力机为例,运用双向多流管模型得到该风力机不同叶尖速比下的功率系数,并将数据导入MATLAB并运用曲线拟合工具箱得到该5 k W垂直轴风力机的风轮数学模型,从而建立SIMULINK模型。将风轮模型与其它模型组成风力机模型,给定风力机的一些运行参数,得到了可供分析的数据。通过仿真研究表明,MATLAB/SIMULINK可以较好地模拟风力机从风轮到传动系统的整体性能,为今后研究垂直轴风力机的整体性能提供参考依据。     

动态失速下H型垂直轴风力机实时变桨控制规律

针对垂直轴风力机风能利用率低、自启动能力弱的问题,以1 kW H型垂直轴风力机为研究对象,通过对比美国Sandia国家实验室动态失速下测得的风力机实验结果与风洞静态实验结果,分析动态失速对桨距角调节的影响规律;以风轮的最大切向力为目标,得到垂直轴风力机在上风区和下风区的最佳理论攻角分别为14.8°和-14.8°。为使风轮在旋转过程中维持在最佳攻角附近,基于双致动盘多流管理论进行Matlab编程计算,建立风轮工作状态下的受力模型,获得垂直轴风力机在各个方位的桨距角。通过对0°和180°方位角下的桨距角进行修正,给出垂直轴风力机1周变桨距规律。最后,利用双致动盘多流管理论对提出的变桨控制规律进行理论验证。研究结果表明:利用该变桨距规律得到的风能利用率可以由34.6%提高到42.8%。     

基于BESO算法的大型海洋垂直轴风力机支撑结构优化

大型海洋垂直轴风力机的研究对发展海洋风能具有重要意义，研究大型垂直轴风力机的合理支撑结构形式对风力发电结构安全至关重要.基于变删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法，对大型海洋垂直轴风力机进行支撑结构优化，并通过风力机的动力响应特性分析，验证结构优化方法的可靠性.结果表明：反比例型变删除率的BESO算法能有效改善优化迭代速率，适用于垂直轴风力机的支撑结构优化设计；相比于初始结构，拓扑出的新结构模型在风荷载作用下的风致动力响应显著降低.研究成果可用于垂直轴风力机支撑结构设计优化.     

Savonius后置导流板的数值仿真

设计了一种自动对流装置,通过后置导流板在来流的作用下自动对准来流,使前置导流板能够处在最佳工作位置.这种系统不仅能够高效发电,而且制造成本低.基于这种设计,数值仿真研究了后置导流板对叶轮的影响.结果表明:叶轮长度越低、距离旋转中心越远,对叶轮的功率系数影响越小.由于发电装置稳定性和工程技术的限制,提出叶轮的最佳布放位置在距离旋转中心2.64D(D为叶轮直径)位置处,此处导流板对叶轮的功率系数影响小于2.6%.     

H型垂直轴风力机气动参数对主轴偏振效应的影响

针对1种1.5 MW H型对称翼垂直轴风力机(VAWT),采用双致动盘多流管理论,分析主轴偏振效应的产生机理,提出采用变差系数来衡量主轴合成力的振荡程度,并对不同风力机参数对偏振效应的影响进行分析。研究结果表明:风力机叶片在旋转1周范围内产生的气动力合成到主轴位置上后不能互相抵消,发生振荡且作用方向不定;对于大型垂直轴风力机,风剪效应的存在有利于降低主轴偏振效应;在H型垂直轴风力机气动设计中,当叶片数为3片时,主轴振动幅度最小;当高径比为0.5088时,主轴振动幅度最小;当展弦比为14.2015时,主轴振动幅度最小。     

离心泵闭式叶轮流场模拟研究

为了求解叶轮流场模拟中的相对流体速度,选取二叶叶轮为研究对象,基于NX软件对所选二叶叶轮进行三维建模,从而得到二叶叶轮流场部分的三维模型,并确定二叶叶轮的性能参数。基于Gambit软件对二叶叶轮流体部分进行网格划分,将划分后的流体部分导入到Fluent软件中进行流场模拟,得到流体的绝对速度矢量图,并通过PIV实验得到流体的绝对速度矢量图。基于Matlab软件对流体部分进行编程,将程序以文本的格式代入Tecplot软件中得到流体部分的相对速度。     

一种双吸式血液泵水力设计

为了更好地满足体外循环装置和人工心脏的运行要求,该文采用RANS方法和SSTk-ω湍流模型对一种双吸式血液泵进行了三维定常湍流计算;在详细分析血液泵内部流动特征的基础上,对泵的水力部件如叶轮及压水室进行了设计优化,并探讨了各种设计对血液泵主要运行参数的影响。结果表明:压水室隔舌附近的流道容易出现较大的局部壁面剪切应力,是泵内血细胞容易受到损伤的危险区域;适当增大压水室断面面积有利于提高泵的水力效率;选择较大的叶片出口安放角时血液泵可获得较高的扬程,但采用径向叶片叶轮(出口叶片安放角为90°)时须设法控制流动扩散及其对泵性能的影响;所设计叶轮的平均壁面剪切应力为20～26 Pa,小于损伤血细胞的临界值。     

飞力ITT潜水搅拌器机械密封腔强化流动特性分析

利用Fluent流场分析软件,建立了机械密封强化流动密封腔和普通密封腔流场模型,对比分析了两种密封腔内流场特性;并采用正交试验,综合考虑叶轮结构对密封腔内流场特性的影响,分析了以搅拌功率为优化对象时叶轮结构参数的优化组合。结果表明：叶轮能够增强密封腔内流体的流动效果,减小密封腔内流动死区面积,增大强制涡流区域面积;叶轮外径对密封腔流场特性的影响程度最大,叶片倾角最小。     

影响螺旋离心泵扬程的因素分析

从螺旋离心泵的特殊结构形式和泵基本方程出发,指出了影响螺旋离心泵扬程的几种因素,并对这几种因素进行了定性分析．利用CFD软件对其内部流场进行模拟,结果表明：螺旋离心泵主要是通过其螺旋段部分对流体作功的,可见螺旋式叶轮能起到多级泵加能的作用．通过对其吸入段不同间隙下的外特性实验研究,找出了此螺旋离心泵的合理间隙值,进而指出了间隙的合理布置方式．     

流体机械叶轮内二次流及尾迹发展

利用有限体积法对N-S方程进行数值求解.模拟了离心叶轮内的粘性流动,研究了不同转速和不同流量对二次流及叶轮出口截面尾迹区的影响.研究结果表明,三维粘性流动数值模拟二次流的结果与二次流理论分析结果相一致,对于离心叶轮出口尾迹区,无论是数值大小还是区域范围都与实验结果基本符合.     

叶片包角对离心泵流场及脉动特性的影响

针对离心泵非定常流动压力脉动特性,采用滑移网格的大涡模拟技术对叶片包角分别为95°,100°,105°,108°的4副叶轮进行数值模拟.分析了叶片包角对离心泵水力性能、叶轮出口"射流-尾迹"、测点压力脉动频谱特性和叶轮径向力的影响关系.结果表明:随着包角的增大,离心泵的水力性能下降;包角适当增大,会使叶轮射流-尾迹流动结构变弱.在设计工况下,蜗舌附近测点压力脉动最大;在蜗壳螺旋段压力脉动强度沿流动方向逐渐变弱,而在叶轮流道内压力脉动沿流动方向逐渐增强,在叶轮出口处达到最大;而离心泵叶轮所受径向力随着包角的增大而减小,适当地增大包角可以提高离心泵运行的可靠性.     

一种机械增压器的逆向改型设计

本文为了增加某高原重载车采用的机械增压器流量,提出了一种叶轮改型设计方法。该方法将叶轮叶片型线沿流动方向分为两段,靠进口的一段保持不变,靠出口的一段则根据叶片出口角度,将叶片扭转角度作为均布载荷,保证在叶轮径向方向上,叶轮型线的几何角度增加速度相等。利用该方法,本文完成了不同叶片出口角的叶轮设计,并建立了有限元计算模型。计算结果表明,当增大叶片出口角度,机械增压器流量会显著提高,但是当出口角度大于90°,流量增加不明显,且压比对流量变化很敏感,叶片载荷增加。     

絮凝搅拌器内部流场特性数值模拟

在气液交界面形态对比和LDV试验验证基础上,基于CFX 侵入式实体模型,应用标准k-ε湍流模型对容积为1 L的絮凝搅拌器内部流场特性进行了数值研究.结果表明:下循环区的流体运动速度和速度梯度较大;搅拌强度增加,速度梯度增大;转速对叶轮附近切向速度梯度影响最大,该区域切向速度梯度值与其他区域最大相差两个数量级;下循环区湍流耗散率、湍流动能和涡流黏度较高;在研究转速范围内,转子转速对湍流动能影响相对较大,对涡流黏度影响相对较小.     

长输管道输油鲁尔泵内部流场特性研究

为了探究输油鲁尔泵的叶轮—导流器动静干涉特征,保证其稳定运行,采用基于SST 湍流模型对鲁尔泵内部非定常流场进行数值分析,在不同流量工况下探讨了鲁尔泵内的压力分布规律和各过流部件的内部流场特性。研究结果表明：流体静压呈现从叶轮中心随叶片方向不断增大的趋势,在叶轮出口达到最大值。导流器中静压分布较为均匀,在叶片根部存在低压区,对此处的焊接结构造成了不利影响。需对导流器结构优化从而延长部件寿命。流体绝对速度从叶轮中心随流道不断提升,在叶轮出口达到最大值。在低流量工况时,叶轮中速度梯度过大,并且导流器中出现了大量湍流区域,造成了十分严重的冲击损失与水力损失,在实际工作中,工作流量的设置不应过度偏移额定流量。     

大三角形搅拌器泵混机理

采用多普勒激光和局部静压测试装置,对文题进行了试验,並与涡轮搅拌器进行比较。试验发现,大三角形搅拌器较涡轮搅拌器具有较高的局部速度和均匀的速度分布及局部湍流强度大的优点。大三角形桨分散液滴主要靠湍流流动而不是由桨叶直接剪切分散,因此,在搅拌器周围可避免产生过细液滴,消耗较低功率就能获得均匀的液滴及分布,同时,该搅拌器优越的泵送能力和大体积流的高抽吸力,通过总抽吸头的测量亦被证实。