碟式太阳能聚光器气动特性和最大风压分布仿真分析

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用流体控制方程建立了碟式太阳能聚光器流场模型,并将计算得到的流场流速和压力再加载耦合到碟式太阳能聚光器前后表面,对碟式太阳能聚光器气动特性和风压分布进行仿真分析.结果表明:1风速对碟式太阳能聚光器表面中心区域最大风压影响很大,应适当提高碟式太阳能聚光器中心处的强度和刚度;2碟式太阳能聚光器的升力、阻力、侧向力和最大表面风压随风速增加而增加,且最大表面风压增加幅度尤显明显,但是风力系数随风速变化甚微;3不考虑流固耦合作用时碟式太阳能聚光器的升力系数、阻力系数、侧向力系数和最大表面风压的计算值存在较大的误差,在之后的计算中,应考虑流固耦合作用;4碟式太阳能聚光器表面最大风压随高度角和方位角的变化复杂,高度角为0°、方位角为45°姿势时达到最大.     

基于恒风速虚拟风洞实验的碟式太阳能聚光器风动载荷

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用恒风速虚拟风洞实验方法对不同姿态和不同风速下的碟式太阳能聚光器风动载荷进行仿真分析。研究结果表明:在靠近来流方向处碟式太阳能聚光器总压力较大,而远离来流方向处其总压力相对较小,且碟式太阳能聚光器反射面的最大压强随恒风速的增大而不断增加;当风速由v=15 m/s增大到v=25 m/s时,碟式太阳能聚光器所受风力和风力矩的最大幅值至少增加了110%。     

大功率单碟式太阳能聚光器跟踪控制系统研究及实现

综合分析了聚光器跟踪控制精度和综合性能对碟式太阳能发电系统的重要作用和影响,介绍了一种高精度碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的构成和工作原理,建立了核心控制器PLC中的PID及自适应模糊PID控制的Matlab/Simulink仿真数学模型,比较分析了在单位阶跃信号和扰动作用下不同控制策略时跟踪控制系统的响应特性.结果表明:自适应模糊PID控制下碟式太阳能聚光器跟踪控制系统不仅具有良好的跟踪控制精度,也具有抗干扰能力强和稳定性能好的优点,大大提高了碟式太阳能聚光器跟踪控制系统的综合性能.     

对酒泉市开发太阳能热发电产业的思考

介绍了槽式、塔式和碟式太阳能热发电系统的发展史和技术现状,以及3种热发电系统的商业开发前景;指出了酒泉开发建设太阳能热发电项目具备的有利条件和不利因素;分析了开发建设太阳能热发电产业的因应策略。     

38kW级碟式光热发电系统机架结构的承载性能

为实现太阳光能的高品位利用,设计了以抛物聚光器为聚光功能载体且配有双轴视日跟踪机构的碟式/斯特林热发电系统的机架结构.在机架承载和传力特性一致的基础上建立了机架的有限元模型,并基于数值风洞模拟的机架风载荷,计算得到了机架处于不同高度角时自重和风载作用的变形与应力分布,分析了机架承载的位移特性和薄弱位置的应力分布.结果表明,该机架在8级风载(17.1 m/s)作用时聚光器仍具有较好的几何"保型"能力,且在抗风运行以及12大风避险时结构均处于安全状态.     

３８ｋＷ 级碟式光热发电系统机架结构的承载性能

为实现太阳光能的高品位利用,设计了以抛物聚光器为聚光功能载体且配有双轴视日跟踪机构的碟式/斯特林热发电系统的机架结构.在机架承载和传力特性一致的基础上建立了机架的有限元模型,并基于数值风洞模拟的机架风载荷,计算得到了机架处于不同高度角时自重和风载作用的变形与应力分布,分析了机架承载的位移特性和薄弱位置的应力分布.结果表明,该机架在8级风载(17.1 m/s)作用时聚光器仍具有较好的几何"保型"能力,且在抗风运行以及12大风避险时结构均处于安全状态.     

不同边界条件下液箱流固耦合模态计算与实验验证

对于船舶与海洋平台上设置的液舱,舱内液体介质和舷外水对舱体振动性能的影响不容忽视,以钢质液箱为研究对象,建立了流固耦合的有限元数学模型,运用有限元软件ADINA对液箱不同约束条件下的流固耦合现象进行数值计算。采用LMS结构模态分析系统进行实验研究,完成内、外均有流体载荷作用时液箱的振动模态分析。对比分析了不同边界条件和充液高度下的振动低阶固有频率和振型,所得结果和方法可供流固耦合方面研究参考。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合模态分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合模态分析,研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及立管支承方式、流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响。同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进行了对比验证。结果表明:流固耦合作用明显地降低了立管的固有频率,但并不改变固有阵型;立管的支承方式不改变阵型,但会影响管道的固有频率,约束数量增加,固有频率变大,随着模态阵型阶数增加,立管的固有频率增加,而最大阵型位移随之减小;立管固有频率随气相流速的增加而减小,随截面含气率的增大而增大;通过仿真分析和DNV公式求解两种方法得到的固有频率相差不大,验证了仿真分析的合理性。分析结果对海洋立管的优化设计和振动对策提供了重要的理论依据。     

入射偏角对非跟踪复合抛物面聚光器性能影响

为了降低复合抛物面聚光器对跟踪精度的要求,提高其在集热过程中的光热转化能力,探究入射偏角对新型复合抛物面聚光器非跟踪工况时光热性能的影响机制。理论分析该聚光器在集热过程中的能量转化关系,并利用光学仿真软件TracePro研究入射偏角对聚光器光学性能的影响规律;在此基础上搭建非跟踪复合抛物面聚光器性能测试试验台,在实际天气条件下测试分析聚光器光热性能随径向入射偏角的变化规律。结果表明：当光线正入射时,聚光器的光线接收率与聚光效率分别为100%和83.42%;当径向入射偏角α为16°时,该聚光器的光线接收率与聚光效率分别为53.00%和44.82%;当轴向入射偏角β为30°时,光线接收率与聚光效率分别为88.74%和74.42%;在空气流速为3.7 m/s时,聚光器的最高出口温度与瞬时集热量分别为31.3℃和782.8 W,分别比聚光器接收上偏10°和下偏10°入射辐射时提高了3.7、6.1℃和131.0、217.9 W;该聚光器接收正入射辐射时的平均光热转化效率为77.45%,比接收上偏10°和下偏10°入射辐射的平均光热转化效率高42.14%和52.97%。     

盾构隧道竖井内油气管道流固耦合振动特性分析

对某盾构隧道竖井内的油气管道,基于ANSYS Workbench平台建立流固耦合振动有限元模型,采用直接耦合方法对油气管道进行结构模态特性计算。仿真模拟考虑了内部流体和外部静水与管道耦合作用、管道固定导向支座约束、管道壁厚以及流体介质密度对油气管道固有频率和振型的影响。结果表明:流固耦合作用和固定导向支座约束都会降低管道的固有频率,其中外部静水对管道固有频率的影响较大,不可忽略;管道的固有频率随壁厚增大而增大,随流体介质密度增大而减小;管道的低阶模态属于梁式振动形态,高阶模态属于壳式振动形态,流固耦合作用对管道的振型没有影响。     

混砂车搅拌叶轮流固耦合模态分析研究

为了研究流体作用力、离心力及重力等载荷对混砂车搅拌叶轮模态的影响,建立了混砂车搅拌系统的三维模型,分别对叶轮的静态模态和预应力模态进行了分析。结果表明:各载荷对混砂车叶轮模态固有频率影响不大,叶轮在两种工况下固有频率变化较小,最大变化率仅为0.61%;在流固耦合作用下叶轮振型的第2阶及第3阶振型最大值有所减小,其他各阶振型最大值无显著增大。     

太阳能光热发电系统探究及其展望

能源短缺是目前世界各国发电能源使用中遇到的最大难题,为了满足社会和经济发展对电的需求,各国科研人员致力于可再生能源的利用与研发。太阳能光热发电技术主要是利用太阳光聚热进行发电。本文主要对太阳能光热发电技术的进行了相关的分析,并同时详细阐述了槽式、塔式和碟式3种热发电系统及其存在的问题,以及对太阳能光热发电技术进行展望。     

烟囱性状对立式集热板太阳能热气流电站系统性能的影响

在传统太阳能热气流电站基础上,设计了一种应用于城市的立式集热板太阳能热气流发电系统,并利用FLUENT软件对立式集热板太阳能热气流电站系统进行数值模拟,在不同集热板高度、宽度和空气层厚度下的模拟结果表明:随着集热板高度、宽度和空气层厚度的增加,系统通风量和系统最大功率都是增大的,增大幅度越来越慢,甚至减小;系统最大能量转换效率随高度的增加而增加,集热板高度和空气层厚度对其影响较小;集热板宽度与宽度之间存在一个最佳比值为15～25,使得在此比值范围内,系统通风量最大;考虑到城市建筑形象和空气层厚度对系统通风量的影响,空气层最佳厚度为0.2～0.4 m.     

横向互联空气悬架互联管路模态分析

为研究横向互联空气悬架系统中互联管路部件的共振问题,在Solid Works中建立三维模型,并采用ANSYS Workbench对互联管路部件进行模态分析,计算了互联管路部件在气体预应力作用下和流固耦合作用下的固有频率及振型,并分析了电磁阀安装位置及管夹布置位置对互联管路系统模态分析结果的影响。结果表明:考虑流固耦合作用力下的横向互联管路部件的各阶固有频率均高于考虑气体预应力作用下的各阶固有频率,其中一阶固有频率提高率达到156.43%;改变电磁阀安装位置互联管路部件的各阶固有频率变化率为0.93%~30.88%,在适当位置安装管夹固定互联管路系统其一阶固有频率可提高30%以上。研究结果为后续互联管路部件在试验与实车中的应用奠定基础。     

碟式太阳能镜面风荷系数的数值分析

为分析25 kW碟式太阳能镜面风荷系数的大小,采用计算流体动力学(CFD)的分析方法.基于三维造型软件Pro/E建立了25 kW碟式太阳能旋转抛物面模型,结合Fluent软件对碟式太阳能镜面的风荷系数进行了数值计算,并对镜面的压强和风流场的流速进行了仿真分析.得到碟式太阳能镜面在不同方位角和高度角下的力和力矩系数以及镜面表面的压力分布和流速分布.结果表明：采用流体动力学分析方法计算出的风荷系数可以为碟式太阳能结构设计和镜面受载变形提供重要的参数依据和指导意义.     

热变形下干气密封角向摆动非线性稳定性及混沌运动

建立了热变形下气膜-密封环系统角向摆动计算模型,考虑热变形对特例下的气膜温度场分布的影响,计算动环变形量,用Maple软件拟合得到变形后的气膜厚度,继而对角向刚度和阻尼进行拟合,得出的非线性受迫振动方程包含二次项、三次项,计算Floquet指数,对系统进行稳定性分析,求解Melnikov函数研究系统的混沌问题,得知外激励大小不变时,动力系统发生混沌运动的难易程度与阻尼大小呈负相关关系,求解出能够使系统稳定运行的螺旋角范围,当螺旋角为75°10′43″时系统发生Hopf分岔.结果表明,考虑热变形时,混沌现象及螺旋角的范围较不考虑热变形时都有一定变化,即热变形对系统的稳定运行有一定影响,在干气密封优化方面有实际的应用价值.     

整体齿轮增速式离心压缩机振动耦合动力特性研究

以一台在役的六级整体齿轮增速式离心压缩机为研究对象,基于转子动力学和齿轮动力学理论,建立了全自由度齿轮-轴承-转子耦合系统有限元模型。计算了考虑齿轮啮合接触的转子系统固有频率、模态振型和不平衡响应,得出了这种复杂轴系的模态特征与振动传递特性。在此基础上,研究了不同支撑型式下转子振动响应特性,并探讨了齿轮螺旋角对转子振动的影响。研究结果表明,耦合轴系的固有频率和不平衡响应峰值都有所增大;转子系统在可倾瓦轴承支撑下,无论过临界还是工作转速振动幅值均较低;当齿轮螺旋角为15°时,转子振动幅值最小。     

基于双向流固耦合的高水头倒虹吸管应力特性分析

为了解倒虹吸管道运行时的应力及变形情况,在WORKBENCH平台上,采用ANSYS和FLUENT软件对倒虹吸管道内部流场和管道结构响应进行双向流固耦合求解。流场计算基于novel-steokes方程,采用标准k-ε双方程湍流模型;结构计算采用弹性体结构动力学方程。结果表明:在双向流固耦合作用下,输水管道的最大位移发生在管道中间部位,镇墩支撑位置位移最小,管道长度小的管段变形较小;倒虹吸管道弯段与镇墩接触的顶、底部位置存在应力集中,t=5 s时水平管段顶部的沿程应力值呈M型分布。对倒虹吸管道应用双向流固耦合方法分析所得出的结果具有合理性,能够反应出一定的实际问题,同时分析结果亦达到相应精度,满足要求。     

碟式太阳能电站聚能器网架强度的有限元分析

针对光热大功率碟式太阳能电站聚能器网架精确数学模型建立困难,而又迫切需要精确分析结果的实际,建立了25 kW碟式太阳能电站聚能器网架的ANSYS有限元模型,对聚能器网架在正常工作条件和结构校验载荷下的强度特性进行了校验分析,得到了相应的变形和应力云图及一系列重要结论.研究表明：在常规工作条件下,自重对网架变形有较大影响,随着网架高度角的增加,网架变形逐渐增大,当高度角为90°时网架变形量达到最大值61 mm;在结构校验载荷下,聚能器网架结构满足强度要求.所作研究为检验和优化聚能器网架结构提供了理论依据.     

兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架性能分析

为避免兆瓦级风力发电机组风激共振破坏问题,采用流体控制方程建立了兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架流场模型,模仿棕榈树树干直径随高度变化的规律,分3段建立仿生塔架,对兆瓦级垂直轴风力发电机组塔架进行了流固耦合数值分析。结果表明,仿生塔架与同类项普通塔架相比,兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架变形虽然稍有增大,但能满足风机塔架的变形设计要求,其最大应力下降了3 MPa,1阶固有频率避开了共振的频率范围,材料用量减小了10%,减轻了塔架的质量。