不同阻尼比下俯仰运动轨迹对半主动扑翼捕能特性的影响

基于不同俯仰运动轨迹俯仰角的有效值和平均值相同的原则,运用数值计算的方法研究俯仰运动轨迹和阻尼比变化对半主动扑翼捕能特性的影响。结果表明俯仰运动轨迹对半主动扑翼捕能性能的影响与系统阻尼比相关,当阻尼比分别为2和4时,采用正弦俯仰轨迹的半主动扑翼在捕能功率和捕能效率方面均优于采用其他轨迹的扑翼,对比梯形轨迹扑翼,阻尼比为2的正弦俯仰轨迹扑翼效率增加7.96%。而当阻尼比为1时,采用三角俯仰运动轨迹扑翼具有最大的捕能效率。通过对不同半主动扑翼的流场分析发现,运动轨迹和阻尼比可改变扑翼前缘涡的涡流强度和涡流脱落形成时间,从而影响扑翼的捕能性能。     

风电机组高柔塔二阶涡激振动特性研究

针对现有风电机组涡激振动研究侧重于无顶部质量刚塔的一阶涡激振动,忽视有顶部质量高柔塔的二阶涡激振动的不足,开展高柔塔二阶涡激振动特性研究.首先,基于GH Bladed软件建立高柔塔风电机组模型,并通过模态分析得到高柔塔二阶固有频率及模态振型;然后,基于涡激振动相关标准,计算二阶涡激振动作用时各高度处的惯性力;最后,以某...     

圆柱体涡激振动海流能捕获效率影响参数分析

圆柱体涡激振动发电装置是一种在浅海低流速条件下,利用涡激振动效应高效捕获海流能的设备,为了在不同海况下均能高效地捕获能量,有必要对获能原理和影响获能效率的参数进行分析。结合质量弹簧阻尼振子模型,在时间上对功率积分,建立柱体涡激振动获能效率公式,得到影响效率的参数;通过数值模拟,结合效率公式,对约化速度、阻尼比和质量比进行讨论,发现在约化速度Ur=12.5、阻尼比系数ξsystem=0.081、质量比m*=1.48的条件下,获能效率最大。     

水平轴风力机塔筒涡激共振疲劳分析

利用梁单元对水平轴风力机塔筒进行有限元离散建模,基于塔筒不同安装状态时的固有频率和振型计算,分析了塔筒涡激共振,计算了发生涡激共振时临界风速下的塔筒最大振幅和惯性力。以某3.0MW风力机塔筒为例,利用名义应力法计算涡激共振产生的塔筒惯性力矩和疲劳损伤,分析了需要避免的塔筒安装状态。结果表明,本文计算模型简便有效,能较快地预测涡激共振对塔筒疲劳特性的影响,从而为风电机组塔筒设计和安全吊装提供了理论依据。     

低雷诺数下二自由度圆柱涡激振动时的流动和传热

采用数值方法研究了低雷诺数下流体扰流圆柱发生涡激振动时流体的流动、圆柱的振动及流体与圆柱之间的传热特性。采用有限体积法求解Navier-Stokes方程获得流场,同时采用四阶龙格-库塔算法求解圆柱的运动特性,分析了不同雷诺数和折合速度U_r对二自由度圆柱涡激振动及其传热的影响。结果表明：在不同折合速度下圆柱振动会呈现“8”形运动轨迹,涡脱落模式为“2S”;圆柱涡激振动时传热强弱受自身涡脱落频率和振动幅度的影响;对于二自由度涡激振动圆柱,当U_r=4时圆柱涡脱落频率最接近圆柱的固有频率,圆柱振动剧烈,振动幅度大,同时传热最强,且二自由度涡激振动圆柱的时间平均努塞尔数明显大于一自由度圆柱。     

太阳能-碳捕集机组热经济学分析及生命周期评价

碳捕集和封存是实现电力低碳化发展的关键所在,建立太阳能辅助碳捕集系统与燃煤机组的耦合系统,构建耦合系统的热经济学优化模型,研究碳捕集机组的热经济性。构建碳捕集机组的生命周期评价体系,研究燃煤机组和碳捕集机组建设、运行、退役等各阶段的CO_2排放特性,对比分析其对环境的影响特性。结果表明:脱碳率为85%,吸收剂质量分数为30%时,解吸能耗为4.5 GJ/tCO_2,碳捕集机组优化前后的热效率分别为38.2%和39.3%。燃煤机组电厂运行阶段碳排放量所占比重约为99.4%,电厂建造、煤炭运输及电厂退役等阶段排放的CO_2比重约为0.6%。碳捕集系统建造、运行和退役增加的CO_2排放量为56.314 t/h,占耦合系统全生命周期排放总量的58.01%,减排率约为52.65%。碳捕集机组和太阳能辅助碳捕集机组中CO_2的排放由原燃煤机组的3.63×10~(-5)标准当量降低为1.72×10~(-5)和0.98×10~(-5)标准当量。燃煤机组、碳捕集机组和太阳能辅助碳捕集机组中,酸化对环境的贡献分别为1.5×10~(-6)标准当量和1.9×10~(-6)和1.0×10~(-6)标准当量,固体废弃物对环境的贡献分别为2.76×10~(-5)标准当量和3.52×10~(-5)和1.97×10~(-5)标准当量。     

Spar型浮式风电基础结构涡激运动实验研究

对Spar型浮式风电基础结构进行水槽模型实验研究,并借鉴海洋石油领域的减涡措施,为模型安装螺旋侧板作为对比。测试不同约化速度和固有频率下的运动响应及顺流向、横流向动水压力,从响应幅值、涡泄频率、受力分析和运动轨迹等多个角度出发,分析其涡激运动的关键特征。研究表明:涡激运动锁定区前后阶段,涡泄频率与固有频率比值随约化速度呈线性增加,且锁定区前St≈0.18,锁定区后St≈0.14;螺旋侧板对运动轨迹、频率改变十分明显,其减涡效果显著。     

一种提高径向式微粒捕集器捕集效率的方法

基于气固两相流理论与多孔介质理论对径向式微粒捕集器进行了三维稳态气固两相流数值模拟分析,获得了微粒捕集器内部流体流动特性,发现在径向式微粒捕集器前端和下半部过滤体利用率低。为了解决这个问题,采用分流装置,安装于捕集器内部,并通过两相流数值模拟的方法,对比分析了分流器安装前后捕集器内部流体流动特性和捕集效果。结果表明:加入盘型分流器后,微粒捕集器内部的流动均匀性增强,过滤体的利用率提高,径向式微粒捕集器的捕集效率也有所提高。加入所提出的隔板分流器后,微粒捕集器内部的流动和捕集效率均优于盘型分流器。     

柴油机壁流式过滤体非稳态捕集过程的计算模型

基于排气在柴油机壁流式过滤体内的流动特点,并在综合分析壁流式过滤体深床捕集阶段捕集特点和滤饼捕集阶段捕集特点的基础上,建立了壁流式过滤体非稳态捕集过程的计算模型.该模型通过提出容纳度的概念,有效地区分了深床捕集阶段和滤饼捕集阶段;通过提出微粒在过滤壁表面沉积效率的概念,定量地描述了沉积在过滤壁表面的微粒量.基于该模型,介绍了计算算法,并编制了相应的计算程序.使用该模型研究了过滤体的捕集效率、流动阻力以及沉积在过滤体内微粒质量的非稳态变化规律.计算结果与试验结果吻合得较好,表明该模型在工程实际应用中具有可行性.     

基于田口试验方法和CFD相结合的振荡翼捕能性能的优化研究

为了提升振荡翼的捕能性能,该文采用田口试验和CFD相结合的方法,对决定振荡翼捕能性能的5个特征参数进行优化。结果表明：振荡翼的特征参数对其捕能性能具有重要影响,最优和最差参数组合下振荡翼捕能效率相差137.84%。俯仰中心位置对振荡翼捕能效率影响最大,在试验样机设计中应优先考虑;所研究的5个特征参数对振荡翼捕能性能的影响程度依次为：x_p/c>θ₀>翼型相对厚度>h₀/c>f^*。通过对不同参数组合振荡翼的流场分析发现,特征参数优化的振荡翼产生的涡流始终吸附在翼型表面,从而使振荡翼获得较好的升力特性,进而在升沉运动中捕获更多的能量。     

考虑阻尼比的Spar式浮式风力机基础结构涡激运动特性研究

利用数值模拟方法对不同阻尼比条件下Spar式浮式风力机基础结构进行涡激运动特性的研究.从涡激运动响应幅值、频率比、位移、升力及拖曳力等方面研究Spar式浮式风力基础结构涡激运动的关键特性.研究表明:涡激运动上端分支对应的频率比为fy/fn≈1,且该分支出现最大幅值.随着阻尼比的增大,上端分支约化速度范围有减小趋势.低阻...     

鹰式二号波浪能装置的频域动态响应计算与负载优化设计

以鹰式二号波浪能发电装置为研究对象,基于捕获宽度达到最优为准则,通过对波浪中运动的装置建立频域运动方程,计算装置运动模态响应、获得最优负载阻尼和主要结构点受力等设计要素,并根据万山岛海域波浪条件开展能量转换系统负载设计、提供结构强度设计支持数据等。研究结果表明:在不同波况下装置获得捕获宽度对应的最优阻尼也不同;鹰式二号波浪能装置对于周期约2 s小周期波浪也具有良好的响应,捕获宽度达50%以上,在主要设计波况3~6 s最高捕获宽度达到300%,在万山岛海域波浪能试验场波况最高捕获宽度达到200%。     

同轴双浮体波能装置最优获能研究

该文以同轴双浮体波能装置为研究对象,通过理论分析建立运动方程,求解线性能量摄取(PTO)作用下的最优阻尼系数及最大输出功率。同时探究了装置能量捕获的影响因素及控制策略,提出一种具有普遍意义的最优获能估算公式。研究结果表明:双浮体波能装置可通过调节PTO阻尼力使得获能最大化,且较单浮体装置具有更宽的能量俘获频率范围;不同PTO控制策略及水体粘性阻尼均对该类装置获能影响显著。     

基于SMA的大型风力机叶片振动被动控制研究

将SMA粘贴在大型风力机叶片的表面形成新的智能叶片结构,并探讨伪弹性SMA对叶片的振动抑制效果。采用SolidWorks与Excel软件相结合的方法建立风力机叶片三维壳体模型,基于ANSYS ACP模块对含SMA的复合材料叶片进行铺层设计,并验证该模型;考虑叶片的弯扭耦合效应及重力影响,基于有限元理论建立含SMA的运动学方程,采用模态叠加法求解其静态响应、谐响应及随机振动。分析结果表明：由于SMA的存在,不同静态载荷作用下,SMA的应力-应变之间均形成封闭的滞后环;将叶片的固有频率移向更高的频率,各阶模态对应的振幅明显降低。在振动能量带宽0.5~2.4 Hz的范围内,含有SMA层强化的风力机叶片振动能量响应值降低更为显著。     

规则波作用下旋转浮子式波浪能捕获装置水动力试验研究

提出一种旋转浮子式波浪能捕获装置,并进行一系列物理模型试验来研究其在规则波作用下的水动力行为特性。试验研究发现：1）浮子旋转角速度随螺距的增大而减小。2）入射波周期小于2.4 s时,平均角速度随入射波周期的增加呈增大趋势;入射波周期大于2.4 s时,随着入射波周期的增加,平均角速度增幅趋缓,个别工况呈轻微减小的趋势。3）波能捕获宽度比与入射波周期基本呈正相关关系。波能捕获宽度比随螺距的减小而增大;在螺距δ=0.02、入射波周期T=2.4s时,波能捕获宽度比达到最大。最后,利用量纲分析方法,推导旋转浮子的平均角速度方程,并利用试验数据对其进行验证。     

半潜式海上风力机涡激运动试验研究

采用水槽模型试验的方法测试半潜式海上风力机在不同流向角下的涡激运动特征,并从响应幅值、运动频率等角度对其涡激运动的关键特征进行分析研究。结果表明:在不同来流方向情况下,半潜式海上风力机均未发生明显的频率锁定现象,但可根据质心运动轨迹等现象界定传统意义上锁定区域范围;根据运动频率特征可把半潜式海上风力机基础结构的涡激运动过程大体分为3个阶段,且各流向角情况下风力机运动频率规律类似,而响应幅值出现明显区别:流向角为0°或15°时,结构的响应幅值随约化速度的增大近似呈线性增大的趋势;流向角为30°或45°时,结构在锁定区域内的运动响应则出现明显的共振现象。艏摇运动固有频率对风力机涡激运动基本无影响,艏摇运动频率与横荡运动基本保持一致。15°流向角的多个约化速度下观察到“自激”现象,并对此现象做出初步解释。     

基于无源性理论的风力机最大风能捕获控制

讨论了具有随机性风速变化和非线性的风电系统的最大风能捕获控制问题,系统采用基于无源性控制方案下的浆距角和触发角双输入控制方案,通过选择适当的状态稳态特性和注入阻尼的方法,将风能的最大捕获与系统的全局稳定性相结合,设计出了一种对风速变化和参数摄动具有鲁棒性且使风电系统具有良好动态特性的控制系统。仿真结果显示,对于具有随机性风速变化和变参数风电系统,该控制策略可以实现风能的最大捕获。     

一种多浮体铰接式波浪能装置的运动分析与俘获特性研究

基于线性势流理论，利用总模态法对多浮体铰接波浪能装置“海星号”在波浪中的运动开展水动力学系数计算；然后基于矢量力学建立多浮体刚体运动学方程，并结合几何约束条件开展动态响应计算，获得最优俘获效率和最优负载阻尼；最后比较并分析“海星”波浪能装置的多浮体俘获效率，获得“海星”多浮体做功的俘获特性。研究表明：“海星”波浪能装置的多浮体四向迎波设计可拓宽装置最优俘获频带宽度，提高装置整体俘获效率；正向迎波与背向迎波俘获波浪能方式相比，小周期情况下，正向吸波浮体俘获效率较高，随着周期增大，正向吸波浮体俘获效率开始降低，背向吸波浮体俘获效率开始增大，极大周期情况下，正向吸波浮体和背向吸波浮体俘获效率趋于一致且趋近于零。     

Analysis of vortex‐induced and stall‐induced vibrations at standstill conditions using a free wake aerodynamic code

Vortex‐induced and stall‐induced vibrations of a 2D elastically mounted airfoil at high angles of attack in the vicinity of 90° are investigated using a vortex type model. Such conditions are encountered in parked or idling operation at extreme yaw angles provoked by control system failures. At very high angles of attack, massive flow separation takes place over the entire blade span, and vortex shedding evolves downstream of the blade giving rise to periodically varying loads at frequencies corresponding to the Strouhal number of the vortices shed in the wake. As a result, vortex‐induced vibrations may occur when the shedding frequency matches the natural frequency of the blade. A vortex type model formulated on the basis of the ‘double wake’ concept is employed for the modelling of the stalled flow past a 2D airfoil. By tuning the core size of the vortex particles in the wake, the model predictions are successfully validated against averaged 2D measurements on a DU‐96‐W‐180 airfoil at high angles of attack. In order to assess the energy fed to the airfoil by the aerodynamic loads, the behaviour under imposed sinusoidal edgewise motions is analysed for various oscillation frequencies and amplitudes. Moreover, stall‐induced and vortex‐induced vibrations of an elastically mounted airfoil section are assessed. The vortex model predicts higher aeroelastic damping as compared with that obtained using steady‐state aerodynamics. Excessive combined vortex‐induced and stall‐induced edgewise vibrations are obtained beyond the wind speed of 30 m s^?1. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

双馈风力发电系统的最大风能控制策略

在分析变速恒频风力发电系统最大风能捕获策略的基础上,提出了一种通过直接控制双馈发电机转子电流就可实现系统低于额定风速下的最大风能捕获又可使得电机铜耗最小化运行的控制策略.首先,在考虑风力机特性和双馈发电机基本电磁关系的基础上,分别推导了双馈发电机定子铜耗最小化运行和最大风能捕获的数学模型.其次,根据双馈发电机最优转子电流的数学模型,建立了双馈风力发电机系统最大风能捕获的控制策略.最后,利用Matlab/Simulink对不同风速下双馈发电机系统的运行性能进行了分析和比较,结果验证了该控制策略的正确性和可行性.