简捷型垂直轴风轮试验装置的研发

风能作为可再生能源已得到世界各国的极大重视。风洞试验是研究新型垂直轴风轮气动性能的重要手段,由于专用大型风洞设备占地面积大、费用高等原因,不利于进行新型垂直轴风轮性能的研究。对一种简捷型风洞试验装置进行了研发,确立了开口直流式风洞的总体气动结构,并对其动力段、扩散段、整流段及收缩段的性能进行了设计计算,搭建了风轮试验台。通过对垂直轴三戟风轮性能参数进行试验分析,分析结果表明:这种试验装置可以实现风速在0.5～15.0 m/s范围内的调速,且结构简单、制造方便、成本低,为风轮特性的初步研究提供了一个良好的试验平台。     

风电机组风洞测试的阻塞效应分析

风洞测试具有方便、快捷和高效的优势,在风电机组输出功率特性测试中应用较多。测试风轮直径较大时,由于存在风洞堵塞效应,会对测试结果造成影响。以300 W风电机组作为研究对象,分别采用风洞测试和车载测试进行输出功率特性测试。测试过程采用负载法,分别以电阻和蓄电池作为负载进行测试。在风洞截面为3m×3m的试验段中测试,机组空载启动风速为4.3m/s~4.8m/s,以电阻为负载时的额定风速为6.2 m/s;在车载测试中,机组空载启动风速为5.7m/s~6.2m/s,以电阻为负载时的额定风速为8.1 m/s。风洞测试比车载测试的启动风速低1.4 m/s,占车载测试启动风速的24.6 %,比车载测试额定风速低1.9 m/s,占车载测试额定风速的23.5 %。风轮直径2.3 m,其扫掠面积占风洞试验段截面面积的46.2 %,风洞的堵塞效应较大,致风洞测试数据与车载测试数据相差较大,因此风洞测试后需要修正。     

螺旋式S型风轮气动性能试验研究

为了克服传统S型风轮扭矩波动大的缺点,提出了一种偏转180°螺旋式S型风轮,在低速风洞进行风洞气动性能试验.风轮的旋转直径420mm、高度680mm、偏心距100mm,测量了风轮在风速5m/s不同相位角对应的静扭矩以及风速10m/s不同负载下的转速与扭矩.通过对实验数据分析得出:螺旋式S型风轮始终产生促使转动的正的扭矩,叶尖损失造成静扭矩不随相位角恒定分布,但是静扭矩波动较小;风轮转速波动幅度随着尖速比的增大而减小,扭矩波动幅度随着尖速比的增大而减小;风轮扭矩系数是尖速比的一次函数且随着尖速比增大而减小,功率系数是尖速比的二次函数且截距为零,功率系数随着尖速比增大先增大后减小.     

采用液氮喷雾技术的低温环路结构模拟系统研究

为进行座舱盖高空低温环境飞行疲劳试验考核,设计并搭建了采用液氮喷雾技术的小型环路结构低温环境模拟测试试验台,开展了风速以及喷射流量对系统降温速率影响的特性研究。试验测试了在液氮喷雾流量为37.2、42.4和49.3 kg/h,系统风速为2.21、4.53和6.77 m/s时,工作段温度从21℃降至-30℃时各测试面的降温特性,验证了运用液氮喷雾技术快速降温的可行性。结果表明:在相同喷雾流量下,风速越大,环路的降温速率越慢,测试面的温度均匀性越好;在相同风速下,喷雾流量越大,降温速率越快,测试面的温度均匀性越差。液氮喷雾降温能够满足座舱盖疲劳测试的低温环境要求,工作段温度场均匀性良好。本文研究可为低温环境模拟系统和大空间液氮喷雾冷却系统的设计提供参考。     

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。     

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。     

捕风系统通风性能的数值模拟

捕风装置作为一种新兴的自然通风技术,在气候温和地区,比如英国的建筑中,得到了普遍应用.基于广泛使用的计算流体动力学(CFD)商用软件Fluent,对一种常见的方形截面捕风系统的通风性能进行了研究.建立了0.5 m/s、1 m/s、2 m/s、3 m/s、4 m/s、5 m/s、6 m/s风速和0°至45°范围内4个风向角条件下500 mm边长的方形捕风系统模型.CFD模型计算结果与实验结果在低风速下吻合良好,认为在高风速下有相对较大的误差是由于空气进口的均匀性变差引起的.通过模拟图像能够观察到捕风装置风道内部详细的气流运动,这样就很容易确定使用实验手段难以辨别的4个风道的送排风作用,从而可以利用数值模拟手段给出改进的计算结果.对捕风装置的性能与外界风速和风向的关系也做了讨论.与风道测试相比,CFD软件容易方便地得到结果,为设备的改进发展提供全面的设计参考.     

电热除霜管布置方式对蒸发器传热和流阻性能的影响

提出新型的电热管布置方式,并制作了4种蒸发器样件,利用吸风式制冷试验台进行试验研究,对各样件的传热和流阻性能进行了分析。试验结果表明：试验风速为1.5~4.3 m/s内,相同试验条件和蒸发器几何尺寸下,与平翅片蒸发器相比,DK-8型蒸发器单位面积换热量增加28.1%~36.2%,翅片表面传热系数提高79.2%~83.5%,压缩机COP提高38.2%~46.9%,风侧流动阻力增加5.29%~18.3%,COP的增幅显著高于阻力的增幅。说明将除霜设计与强化传热设计的结合优化方案是完全可行的。     

1.5MW风力机叶片设计与气动性能分析

叶片是风力机中最关键的部件,其气动性能决定风力机的风能利用效率。本文通过Glauert法设计1.5 MW水平轴风力机叶片,并利用FLuENT中的k-ωSST湍流模型,采用周期性边界,对叶片进行气动性能进行数值模拟。分析叶片桨距角固定的风力机在不同来流时风轮的转矩和轴向推力。研究表明:风轮在额定工况下,输出功率1 602 kW,风能利用系数达到0.325,满足设计要求;风速大于12 m/s时,可通过适当降低转速来维持风力机输出功率。     

磁流变制动器性能分析试验台的研制

在车辆制动系统中制动器的优劣直接决定了制动系统的性能优劣.为了配合新型磁流变制动器的研制,研发了专用测量分析磁流变制动器性能的试验台.试验台整体分为测量模块和施加负载模块,其中测量模块是在虚拟软件LabVIEW平台上开发,它包括转速转矩传感器和数据采集卡以及虚拟仪器.最后,通过一系列试验证明该试验台能够完成对磁流变制动器的综合性能测试分析,验证了试验台设计的合理性和可行性.     

通用型测试系统在汽车散热器试验台上的应用

针对传统汽车散热器试验台针对性强、测试效率低的不足,利用模块化思路,设计了一个通用型测试系统。该系统不依赖于具体的测试手段,通过改变模块配置即能满足不同试验的需求。在汽车散热器试验台应用中,测试系统采用计算机控制、调整风速和水循环,自动实现热平衡,并完成测试数据的整理和报告输出,从而大大节约测试时间。测试结果表明,试验台热平衡误差≤5.0%,重复性误差≤4.0%,测量精度≤2.5%。试验台的设计和性能符合JB 2293—1978标准,可以满足实际使用需求。     

小型H型垂直轴风力机变桨机构的优化设计与试验

为解决现有垂直轴风力机风能利用率较低的问题,以获得风轮最大切向力为目标,分别获得了风轮上风区和下风区叶片的最佳理论攻角为8°和-8°,计算出了叶片一周桨距角调节策略。在此基础上,采用随机方向法对双曲柄变桨机构进行了优化设计,得到了不同叶尖速比下变桨机构的参数组合。为验证垂直轴风轮变桨机构的合理性,以叶尖速比2为例,利用ADAMS软件对变桨机构模型进行了运动学特性仿真,并采用旋转测角法对叶片桨距角变化曲线进行了数据拟合,计算结果显示:实际桨距角变化曲线与理想变桨曲线的贴合程度较高。风洞试验进一步证明:所设计的变桨距垂直轴风力机具有更好的自启动性能,且在现有风速下比定桨距垂直轴风力机的发电效率至少提高了7.86%。     

小麦烘干工艺参数的试验分析

为了给谷物烘干机的设计提供基础参数 ,本文在GIS—II型干燥试验台对小麦烘干工艺参数进行了试验研究 ,得出了麦层阻力与麦层厚度和穿透风速的关系曲线、以及不同条件下小麦的烘干特性曲线 ,并比较了风温、缓苏时间和穿透风速对小麦烘干工艺的影响。研究认为 ,小麦采用穿透风速小于 0 .5m/s进行穿流干燥时 ,麦层厚度小于 2 0 0mm ,缓苏时间 1 0min ,低温大风量烘干较适宜。     

汽车空调压缩机用电磁离合器动态特性试验台的设计

为改变电磁离合器性能试验依靠"手动、眼看、笔记"的传统方法,提高试验精度,运用计算机控制技术、虚拟仪器技术及相关设备,设计了汽车空调压缩机用电磁离合器动态特性试验台.阐述了试验台的总体结构,从硬件和软件两个方面介绍试验台计算机测控系统的工作原理.设计系统可以在不同转速谱、不同载荷谱、不同离合频率谱下测试电磁离合器的动态特性,对试验过程中电磁离合器的性能参数进行采集、显示、存储和分析.通过试验证明,试验台系统性能工作稳定、运行性能良好,满足相关标准的要求.     

双叉式叶尖结构对风力机气动噪声的影响

为降低风力机的气动噪声,提出一种用于小型风力机的双叉式叶尖结构改型设计方案,在风洞实验室开展了风力机外特性测试与气动噪声试验.试验结果表明:双叉式叶尖结构在3～9m/s的低风速段和中风速段能提高风力机的输出功率;双叉式叶尖结构可降低风力机风轮旋转基频所对应的最大声压级与叶尖涡脱落频率所对应的声压级.由此可知双叉式叶尖结构能有效降低风力机的气动噪声,其中叶尖夹角为90°的双叉式叶尖结构降噪性能最优.     

ABS试验台测试系统设计

介绍了ABS测试系统的构成、系统设计及关键技术,详细阐述了基于虚拟仪器技术的ABS试验台测试系统硬件和软件的设计开发．测试系统硬件设计包括对信号调理模块和数据采集模块的设计,软件设计包括接口函数和上层应用程序设计．通过将硬件、软件有机地结合,建立ABS试验台测试系统,以构成具有对ABS进行开发、调试、检测及性能评价综合功能的试验平台．该测试系统的研制开发。将使传统的ABS性能道路试验为主转变为以室内台架试验为主,提高了安全性和经济性．     

基于虚功原理的系泊系统重物球的确定

引入广义坐标和虚功原理建立了系泊系统达到平衡时的基本模型,给出了各部件的倾斜角与作用力满足平衡条件时的方程组.通过建立非线性规划模型计算出风速为12m/s和24m/s时的相关参数,并计算出在风速为36m/s且满足钢桶倾斜角小于5?和锚链与海底平面夹角不超过16?的条件下重物球的设计要求.     

基于异步电动机的风力机风轮动态模拟方法

为提高风力发电机系统的控制性能，设计了一套风力机风轮的动态模拟装置，该装置具有与实际风力机风轮相同的机械特性，可用于设计、评价和测试实际的风力发电系统．假设负载在单位采样时间内恒定，模拟控制器根据电机反馈速度估算出每个采样时刻的负载值，由风力机风轮的特性计算出实际风轮的输出加速度，再与计算出的风轮加速度相比较，算出异步电动机的电磁转矩指令，采用直接转矩控制策略控制变频器，以调节异步电动机的电磁转矩．仿真结果表明，用该方法估算的负载值与实际负载相差很小，模拟系统的机械动态特性与实际风力机风轮的基本一致．     

平流层飞艇机载风速测量方法

 风场数据是平流层飞艇实现长时驻空和飞行控制的重要参数。针对平流层空气稀薄、传统机载压力式测风速方法测量精度低等问题,提出一种利用激光雷达直接探测技术的平流层飞艇机载风速测量方法。设计了基于直接探测原理的多普勒激光雷达测风速系统,构建了分别以FPI（Fabry-Perot干涉仪）和MZI（Mach-Zehnder干涉仪）为鉴频器的条纹成像技术的风速反演数学模型,并进行了数值仿真分析。结果显示,在355 nm波长出射激光和20 m/s径向风速条件下,FPI-条纹成像技术与MZI-条纹成像技术的径向风速测量误差分别为11.0%和6.5%,测量分辨率分别为1.90 m/s和1.62 m/s,表明该方法能够满足平流层飞艇机载风速测量要求。     

直线翼垂直轴风力机叶片支架对气动性能的影响

为了定性地评价叶片支架对直线翼垂直轴风力机气动性能影响,并得出更准确的计算结果,通过雷诺时均湍流模型(SST k-ω)对垂直轴风力机进行(computational fluid dynamics,CFD)仿真,研究叶片支架对风力机周围流场分布的影响规律,分析风力机在不同方位角下的功率输出性能。研究结果表明：支架使垂直轴风力机的气动性能下降,最大功率系数下降47.5%,主要原因是于大攻角下复杂流动分离现象受叶片支架的影响较大,支架的回转扰动使风轮内部气流的湍流强度增大;在叶片支架安装界面位置,支架使得叶片前缘压力差下降,尾缘的压力差升高;而在风力机叶片中间截面位置,无支架模型与有支架模型压差区别较小且变化趋势相同;随风力机下流域尾流延长,低风速区的面积逐渐扩散,其值先减小后增大;风速在下流域的2倍风轮直径位置处达到最小值,有支架模型比无支架模型产生的风速最小值更高,且有支架模型风速恢复相对较慢。