风力机叶片覆冰翼型气动性能的数值模拟

以某1.5 MW风机叶片S818翼型为研究对象,建立了翼型流场有限元分析模型。采用基于Reynolds平均的Navier Stokes不可压缩粘性方程作为流动控制方程,对无冰翼型、霜冰、弦长冰及角冰翼型进行数值模拟分析,得到了-2°-20°攻角下不同厚度叶片翼型的升阻比、速度矢量和表面压力分布。研究结果表明：覆冰越厚,翼型的最大升阻比降幅越大。对于弦长冰和角冰在厚度达到一定值时,使得升阻比损失产生较大的突变。在覆冰厚度都为10 mm时,角冰的最大升阻比减幅最大,达到22.04%;其次是弦长冰为11.97%,霜冰的最小为6.41%。同时结冰后的翼型会提前进入失速区,导致桨叶气动性能恶化,降低了风机的功率系数。     

风力机叶片内侧翼型综合改型对翼型气动性能影响

针对风力机叶片内侧翼型,研究其改型前后的气动性能,揭示在叶片内侧相对厚度、相对弯度、尾缘厚度综合改进翼型的规律。通过Profili和Matlab软件对翼型相对厚度、相对弯度和尾缘厚度参数化处理,用Profili和Fluent软件数值模拟,对比原始翼型和改进翼型升阻力系数、升阻比及翼型表面压强和速度分布。结果表明:综合改进翼型不能单纯将相对厚度、相对弯度、尾缘厚度按各自最佳综合改进,需进一步研究综合改进翼型方法;在叶片内侧保证结构强度的前提下,按相对弯度在最佳的基础上增大1%弦长左右,尾缘厚度在最佳的基础上减小2%弦长左右,改进后的翼型气动性能较好。研究结论可供风力机叶片翼型设计和改型量化参考。     

粗糙度对风力机翼型气动性能影响的研究

为了得到粗糙度对翼型气动性能的影响,采用CFD数值模拟,研究了S809翼型布置粗糙度时的气动性能,得到了其敏感粗糙度;模拟计算了翼型吸力面和压力面分段布置粗糙度时,翼型升、阻力的变化;采用对称加厚的方式对S809翼型进行钝尾缘修型,并对最优修型和原始翼型气动性能进行了比较。结果表明:粗糙度0.5 mm是S809的敏感粗糙度,吸力面距离前缘5%、55%弦长位置和压力面相距45%、65%弦长位置是翼型粗糙度敏感位置;钝尾修型2%弦长为最优,修型之后的升力在布置粗糙度后有明显提升,综合指标数表明:改型翼型相比于原始翼型具有相对较低的粗糙度敏感性。     

基于CFD的垂直轴式风力机关键技术研究

在垂直轴风力机结构设计的基础之上,采用CFD技术对其流场及气动性能作了深入分析。根据分析结果来研究叶尖速比、叶片翼型、叶片安装角度等因素对风力机气动性能的影响,得出了翼型在叶尖速比λ=2、风速约为12 m/s时,风力机风能利用率最大,从而为风机叶轮优化设计提供了参考。     

配电网线路防结冰涂层构筑及其性能评价

随着我国电力系统的发展,配电网线路已经完成了多地域全覆盖,这其中必须承受广域多环境的不利影响,其中覆冰问题带来的负面影响尤为严重。使用疏水性涂层可以有效地预防配电网线路产生覆冰,与传统的机械、热力除冰法相比更节约人力和物力。因此,适用于线路的疏水涂层是现阶段改善配电网覆冰问题的研究重点。通过引入聚二甲基硅氧烷(PDMS)和SiO_2成分到环氧树脂中,成功制备了接触角大于145°的涂层,不仅显著优化了环氧涂层疏水性能,而且适用于铝绞线表面涂装。通过模拟低温和滴水自然覆冰条件,对比分析了涂覆不同疏水性能导线样品的表面覆冰质量、厚度及形貌等数据。结果表明,在-5℃时,涂覆添加有PDMS和SiO_2的环氧树脂涂层导线覆冰质量与原始导线相比降低了66.8%;如此的疏水涂层能够改变导线结冰的形貌,使总覆冰中冰挂质量的比例提升4%～6%,集中在导线下侧的冰挂更有利于配合机械法和热力融冰法进行清除。     

基于UG二次开发的精锻航空叶片型面参数提取技术

针对精锻航空发动机叶片型面特征参数的提取的实用性要求,研究了基于UG环境下航空叶片型面特征参数的提取技术,对于叶片型面的检测,主要针对的是叶片的各个截面参数,如前后缘、弦长、最大叶型厚度等。针对叶型的前、后缘特征,采用带约束的最小二乘法进行轮廓拟合;针对弦线特征,在坐标变换原理的基础上,采用投影法求解弦长和弦线角;针对中弧线特征,采用内切圆法求解,同时提取内切圆的圆心位置,求解出叶型的最大厚度等。最后,以某型号叶片为例,将提取数据与理论叶型参数值进行对比,验证了该技术的准确性。通过提取的截面轮廓特征数据,可以为测量路径规划、测量数据配准和线轮廓误差评定所需的参数提供理论支持。     

风力机叶片优化设计方法的研究

基于叶素动量理论,以各叶素的风能利用系数最大为优化目标,利用MATLAB优化工具箱对200 kW水平轴风力机叶片进行编程并求解。并借助MATLAB中的polyfit函数分别采用三阶和五阶多项式对叶片弦长和安装角进行拟合,得出整个叶片的气动外形。进行了气动性能及载荷计算,得出各叶素剖面上的空气动力载荷。取叶片上一微段,利用ANSYS的参数化建模及优化功能对叶片蒙皮、主梁和腹板的厚度进行优化设计,使叶片在满足强度要求的条件下质量最轻。结果表明:优化后质量较原来有所减少,降低了成本,为进一步研究提供了参考。     

小型旋翼气动特性研究

为研究小型旋翼的气动特性,运用CFD方法对旋翼的流场进行数值模拟,通过旋翼表面压力分布、速度矢量、流场流线以及升阻比来详细分析旋翼的流场分布特点和气动特性。设计试验系统并搭建气动测试实验平台,实际测量旋翼的拉力和功耗并验证数值模拟结果的可行性。研究结果表明,旋翼桨尖处压力最大且存在负压区域,桨尖压力梯度最大的地方逸出了桨尖涡。在雷诺数范围0.8×10~5~1.16×10~5内,旋翼翼型在雷诺数约为90 000时的升阻比达到最大。低转速下旋翼的功率载荷较大,在转速约为1 700 r/min时,旋翼的拉力较大同时功耗较小。     

大型风力发电机组四自由度叶片设计及叶型自动生成系统的开发

大型风力发电机组叶片的设计在整个风机设计中占有较大比重,但由于叶片的不规则性导致叶片的三维模型设计较难实现,通过反求方法重构叶片三维模型花费较大,又不能对叶片进行相应的改型,使得分析范围较为局限.为此,利用SolidWorks的二次开发技术开发一套叶片设计系统,分别从叶片半径、弦长、桨距角以及厚弦比4个自由度改变叶片参数,自动生成不同外形的叶片三维设计模型,提高了设计的灵活性,为后续分析提供了有力的支持.     

AZ31镁合金热挤出板材常温力学性能及各向异性试验研究

对商业化的热挤出成形的AZ31变形镁合金板料(厚度为1 mm,宽度为100 mm)的常温力学成形性能进行了研究。运用单轴拉伸测试方法研究了不同应变速率下板料的应力-应变曲线,以及分别与挤出方向成0°、45°、90°的板料的各向异性。挤出板料的屈服应力与最大应力随着应变速率的降低而降低,其塑性随着应变速率的降低而增加,最大伸长率可达25.41%。与板料挤出方向成45°时,塑性变形能力最高,而90°方向时最低。     

焊合角和焊合室深度对复杂悬臂空心铝型材挤压成形质量的影响

应用Hyper Xtrude有限元分析软件,考察了带长悬臂结构空心截面铝型材挤压时的焊合角α和焊合室深度h对其挤压成形质量的影响。结果表明:当α在15°~45°时,型材悬臂处及空心部位四周分流桥下金属的流动速率较大,开始焊合的时间早,焊合历程长;当α增加到60°时,相应区域金属的流动速率明显降低,焊合推迟;在α达到90°时,该情况最为严重,焊合历程变短。α为45°时,模芯最大偏移量达到最小值0.045 mm。随着h的增加,焊合面静水压力最小值与上模最大等效应力及模芯最大偏移量均逐渐增大。综合考虑各因素的影响,确定该型材挤压模具的最佳焊合角和焊合室深度分别为45°与20 mm,并将其用于挤压模具设计,试模发现模拟结果与试模结果吻合较好,挤出型材的综合质量较高。     

大型风能发电机组叶片反求再设计

叶片的外形设计和翼型的选择等都能影响风机性能和产能效率。提出一种大型风能发电机组叶片反求再设计的原理和方法,通过对大型风能发电机组叶片反求测量、大型风能发电机组叶片逆向CAD建模,寻找几何特征,探索制约叶片形状的基本因素,确定叶片截面参数计算公式,利用所开发的叶片翼型自动生成系统,完成了叶片的再设计,并得到了实际应用。     

超疏水涂料的制备及其防覆冰性能

基于室温硫化硅橡胶(RTV)技术,以端羟基聚硅氧烷(107 硅橡胶)为成膜树脂,添加纳米二氧化硅粒子,在室温下制备出超疏水涂层,对其表面形貌和疏水性进行了表征和分析。结果表明,涂层表面具有类似荷叶的微米-纳米双重结构,其水滴静态接触角可达165°,滚动角仅为3. 8°。通过覆冰试验发现,超疏水涂层在初期阶段降低了覆冰的增长速率,具有明显的防覆冰效果。     

某汽轮机叶片材料热变形行为及锻坯参数优化

为提高某叶片锻件质量和生产效率、减少模具磨损,采用热模拟试验研究了叶片材料的热变形行为,建立了材料的高温流动应力方程;以此方程作为材料模型,对叶片的锻造过程进行了数值模拟,优化了制坯工艺参数.试验分析表明,该材料热变形行为符合双曲正弦函数关系;数值模拟结果表明,采用叶根与叶冠成40°角的坯料较优,成形质量与成形载荷对坯...     

悬臂式多级离心风机气动力计算（英文）

对一种悬臂式多级离心风机进行研究,通过改变回流器出口角和叶轮叶片进口角等参数,分析叶轮进口气流角的变化,以及对风机性能的影响。根据该风机气动力的计算结果和风机性能测试实验结果及对比分析,拟合得到了本文风机的压力—流量关系计算经验公式和流量—功率关系计算经验公式。计算结果表明:增大叶轮叶片进口角,会使压力变化曲线更平缓,减小回流器叶片出口角可以降低能耗,为悬臂式多级离心风机的设计和改进提供参考。     

悬臂式多级离心风机气动力计算

对一种悬臂式多级离心风机进行研究,通过改变回流器出口角和叶轮叶片进口角等参数,分析叶轮进口气流角的变化,以及对风机性能的影响。根据该风机气动力的计算结果和风机性能测试实验结果及对比分析,拟合得到了本文风机的压力—流量关系计算经验公式和流量—功率关系计算经验公式。计算结果表明:增大叶轮叶片进口角,会使压力变化曲线更平缓,减小回流器叶片出口角可以降低能耗,为悬臂式多级离心风机的设计和改进提供参考。     

高速切削在叶片模具制造中的应用

叶片锻造模具因为叶片形状复杂,变截面、变弦长、有扭角,且叶片材料一般为材质优、价格昂贵难变形的材料,锻造时模具在分模面处容易出现塌陷,常需修整模具。通过对高速切削加工模具与传统工艺加工模具比较得出高速切削具有以下优点:提高加工效率,取代电火花加工,取代钳工钳修,提高了模具的使用寿命,以及只需降低模具的分型面,就可以修整模具。     

孔型侧壁角度对纵筋板成筋率影响的研究

为了研究轧辊孔型侧壁角度对纵筋板成筋率的影响，采用ABAQUS有限元模拟软件建立了纵筋板轧制过程的模拟计算模型，分析了纵筋附近金属流动规律和纵筋的成形规律，并在?180 mm二辊不可逆式轧机上开展纵筋板轧制实验，实验结果与模拟计算吻合较好，所得规律一致。研究结果表明：当压下率、摩擦因数等条件一定，孔型侧壁角为60°～70°时，成筋率最大；孔型侧壁角小于60°时，随着孔型侧壁角增大，成筋率增大；孔型侧壁角大于70°时，随着孔型侧壁角增大，成筋率减小。当孔型侧壁角度、摩擦因数等条件一定，压下率小于50%时，随着压下率的增大，成筋率会增大；压下率在25%～37.5%之间时，成筋率增大的幅度大，压下率在37.5%～50%之间时，成筋率增大幅度变小。此研究结果为纵筋板轧制的孔型设计提供了理论依据。     

氧含量对易切削钢中硫化物形态及高温力学性能的影响

制备了化学成分基本相同、氧的质量分数分别为0.006%和0.011%(编号为1和2)的两种易切削钢。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、ASPEX扫描电子显微镜-能谱仪及高温拉伸试验研究了氧含量对钢中硫化物的形态、长-宽比、尺寸、最大弦长和数量,以及钢的高温力学性能的影响。结果表明:氧的质量分数为0.006%的1号钢中硫化物形态近似球状或短棒状,呈链状和网状分布,属于第Ⅱ类硫化物;氧的质量分数为0.011%的2号钢中硫化物形态近似球形及纺锤形,分布比较均匀,属于第Ⅰ类硫化物;随着氧含量的增加,硫化物逐渐从第Ⅱ类转变成第Ⅰ类,长-宽比减小,尺寸增大,最大弦长增大,单位面积的硫化物数量减少。此外,氧含量增加虽会改善硫化物的形态和分布,但使钢在850～1 250℃拉伸时的抗拉强度和断面收缩率均降低。例如,1号钢在1 250℃时的抗拉强度为10 MPa,断面收缩率最高为64.5%,2号钢在1 200℃时的抗拉强度为7.2 MPa,断面收缩率为59.7%。     

六西格玛在提高单晶叶片弦长合格率中的运用

为提高某型发动机单晶叶在精密铸造过程中的叶片弦长合格率,运用了六西格玛统计技术对某型号发动机单晶叶片在精密铸造过程中工艺、管理等数据进行了详细分析,确定了影响叶片弦长的关键因素。通过对模具相应部位进行修改,对工艺流程进行相应改进,对该型号单晶叶片4个截面改进前后弦长数据进行了对比。结果表明,运用六西格玛统计技术可以提高精密铸造单晶叶片尺寸的合格率。