水平轴风力机CFD计算湍流模型研究

对NREL第6期水平轴风力机在风速13 m/s情况下,采用定常k-ωSST和非定常k-ωSST以及分离流DES 3种湍流模型进行了三维旋转流场数值模拟,计算结果与NASA非稳定气动力学风洞试验结果进行了对比分析,计算结果表明定常k-ωSST和非定常k-ωSST湍流模型可以很好地描述流场流动情况,非定常k-ωSST湍流模型计算结果比分离流DES湍流模型计算结果与试验结果更接近.采用非定常k-ωSST湍流模型可以满足流场计算要求.     

C型叶片垂直轴风力机功率系数及其安装角优化分析

叶片构造形式是影响垂直轴风力机气动特性的重要因素。针对垂直轴风力机功率系数较低的问题,提出了一种新型的C型叶片。基于计算流体力学(CFD)高精度模拟工具,从扭矩系数、切向力系数、法向力系数、推力系数和升阻力系数等方面分析了风力机实度和叶尖速比保持不变时,C型叶片和初始安装角对垂直轴风力机的影响。结果表明：当突出度为15 mm时,功率系数C_P取最大值,约为16.45%;正安装角有利于减小风力机推力幅值并延长风力机使用寿命;合适的安装角可减小阻力系数,获得更佳的气动特性。     

湍流强度对叶片扭转的影响

风场的湍流强度是影响风能利用和引起风力机振动的重要指标.按照风电场风能资源评估方法[1]计算湍流强度,在风力机叶片的一般假设模型下提出了一个新的扭转振动方程,根据双参数威布尔分布统计描述风速,并用标准差和平均值估计两个参数,得出了关于湍流强度的叶片扭转响应的计算式.计算得出在中等程度以上的湍流下,湍流强度值为0.25～0.35时扭转响应最大,对风能的利用及对风机的影响最大;对于更大的湍流强度值(>1.0),湍流将对风机造成破坏性影响.     

水平轴风力机等效静力风荷载下的响应分析

根据某1.5MW水平轴风力机的结构特征,建立风力机的有限元模型,基于高耸结构设计规范得到两种工况下风力机的等效静力风荷载.运用ANSYS软件分别计算风力机在两种等效风荷载下的拟静力响应,得到风力机各部件应力与位移的分布情况.结构的最大应力发生在塔架底部为67.3MPa,机舱的最大位移为0.41m.结果表明,风力机满足静力下的强度要求,为风力机的设计制造提供了理论依据.     

钢板-约束拉杆加固剪力墙节点区域的轴压性能有限元分析

本研究采用有限元分析法来建立13个不同约束拉杆参数取值的钢板-约束拉杆加固剪力墙节点区域模型,并分析其轴压性能。研究结果表明：剪力墙的承载力和延性随着约束拉杆直径的增大而提高;所有带约束拉杆有限元模型的约束拉杆均达到屈服强度,约束拉杆能较好地发挥其对剪力墙的约束作用;剪力墙的承载力和延性随约束拉杆水平间距的减小而提高,且当约束拉杆直径较大时,减小约束拉杆的水平间距能显著提升剪力墙的轴压性能。     

水平轴风力机塔架载荷谱及疲劳寿命仿真分析

针对1.5 MW水平轴风力机,建立风力机的有限元模型。运用风振系数法和Betz动量理论计算风力机拟静力风载荷,以三角级数叠加法为基础分析了风力机塔架在复杂交变载荷作用下的响应,基于Miner线性疲劳累积损伤理论,分析了该类风力机塔架的疲劳寿命。结果表明,满足设计寿命要求30年,为风力机结构设计提供了参考依据。     

基于Matlab的1.5MW风力机叶片设计和优化方法

以Wilson理论为基础,采用Matlab对风力机气动外形设计程序,对叶片的弦长、扭角进行优化设计,并对优化结果进行比较分析,叶片截面的风能利用系数均高于0.5,最高可达到0.56,非常接近贝茨极限的0.593,验证了优化叶片的工作性能,为大功率风力机叶片的设计开发提供了理论依据.     

含纳米二氧化硅的聚乙烯改性沥青混合料疲劳和力学性能研究

【目的】通过制备不同纳米二氧化硅掺量的复合改性沥青来研究纳米二氧化硅对聚乙烯改性沥青混合料性能的影响。【方法】通过四点弯曲疲劳试验、劲度模量试验、间接拉伸强度试验来分析纳米二氧化硅复合改性沥青混合料的性能。【结果】试验结果表明：当纳米二氧化硅掺量从1%增加到4%时,混合料的疲劳寿命、劲度模量和间接拉伸强度先增大后减小;当纳米二氧化硅掺量为3%时,混合料在20℃和30℃时的疲劳性能均最优;当纳米二氧化硅掺量为2%时,劲度模量和间接拉伸强度最优,且短期老化后的间接拉伸强度降幅最小。【结论】综合考虑各项性能指标,纳米二氧化硅的最佳掺量为2%～3%,此时复合改性沥青混合料疲劳和力学性能可提高40%以上。     

基于UG风力机叶片设计与建模新方法

关于风力机叶片建模新方法的研究,根据叶片的特点,通过专业翼型软件Profili生成翼型曲线,再基于UG的多曲线创建体功能实现叶片的建模.此种方法,大大提高了建模的效率,并且对叶片的翼型有了更准确的模拟,以2000 kW水平轴的大型风力机为例,实现了叶片的建模.     

水平与竖向近场强震作用下混凝土框架结构的抗剪性能

探讨水平与竖向耦合近场强震作用对钢筋混凝土框架结构梁、柱相对抗剪性能的影响,分析双向加速度峰值比、构件剪跨比、结构竖向自振周期及框架柱初始轴压比与框架梁、柱的抗剪性能之间的关系.结果表明:峰值比及竖向自振周期的增加对梁、柱抗剪性能有明显的削弱作用;梁、柱抗剪性能系数随着剪跨比及初始轴压比的增加呈先增大后减小的变化趋势;在水平与竖向近场地震作用下,对常规的抗震设计工况,出现了混凝土框架柱先于框架梁的剪切失效破坏模式.     

部分相干光在斜程和水平大气湍流中的光强与扩展

基于广义惠更斯-菲涅尔原理、交叉谱密度函数,利用修正von Karmon 谱模型以及
ITU-R 颁布的大气折射率结构模型,首先推导出部分相干高斯-谢尔光束在大气湍流中斜程和
水平传输时的光强分布以及光束扩展解析式,然后分别从归一化光强分布和相对束宽的角度
讨论并对比了斜程和水平传输时天顶角、湍流强度、光束相干长度等参数对光束光强分布和
扩展的影响,并给予相应的物理解释. 研究表明：1) 部分相干高斯-谢尔光束在自由空间中水
平传输时的归一化光强与斜程传输时的光强分布相同;2) 天顶角越小,光束的归一化强度分
布越集中,峰值光强越强,同时所受湍流的影响也越小. 3) 在斜程传输情况下,天顶角、湍流
强度、光束相干长度等参数对光束扩展的影响与水平传输几乎一致.     

水平轴风力机塔架的力学建模及ANSYS仿真分析

结合大型风力机塔架结构特点及受力特征,建立了变截面筒型塔架的计算模型.基于结构动力学原理,推导塔架顶端水平位移及基频计算公式,运用有限元软件ANSYS对塔架进行了静、动态特性分析和仿真计算.结果表明:有限元模型在工程应用中是切实可行的,为风力机机组的结构设计提供了理论依据.     

水泵水轮机同步启动过程内部流场分析

为了研究水泵水轮机水轮机工况同步启动过程中的瞬态流动特性和能量转换机理,基于FLUENT动网格模型对模型水泵水轮机同步启动过程进行了三维全流道数值模拟。根据模拟结果,重点分析了活动导叶、转轮内部流场结构的演变过程。结果表明:水轮机启动过程大体可分为两个阶段,第一阶段导叶开度较小时,从活动导叶出来的高压水流在活动导叶与转轮之间的区域沿活动导叶形成的内环面作圆周运动,转轮以较小的角加速度缓慢加速;第二阶段当导叶开度足够大时,高压水流开始直接作用在叶片上,并且高压区面积不断增大转轮转速急剧增大。     

基于面元法对风力机翼型气动优化的研究

应用面元法的基本理论对风力机翼型气动求解方程进行推导,得出升力系数和阻力系数的表达式并在不同参数条件下对最大升力系数及最小阻力系数进行求解.研究表明,在最大升力系数作为目标函数且攻角变化时,减小翼型厚度;在最小阻力系数作为目标函数且攻角变化时,减小翼型的最大相对弯度并将翼型最大弯度的相对位置后移,才能使翼型的气动特性较理想.