海流能发电系统圆柱体振子涡激振动轨迹研究

利用振子的涡激振动进行海流能发电是当前海洋可再生能源研究的热点之一,振子的运动轨迹对发电效率和结构形式具有巨大影响。以范德波尔方程建立双自由度的结构和尾流振子耦合方程,对不同阻尼比、质量比和约化速度的振子轨迹进行分析。结果表明,约化速度是影响运动轨迹形状的主要因素,在约化速度为4~8范围内运动轨迹存在巨大变化,且在此范围内,质量比的改变引起顺流向振幅发生17倍的变化,而阻尼比则引起横向振幅产生了22倍的改变。这说明在发电系统设计中选择低质量比、低阻尼比能够有效提高发电效率和结构寿命。     

质量比对圆柱体流致振动能量捕获效率的影响

结合结构振动方程和非线性流体振子方程得到耦合模型并进一步得到能量捕获效率计算公式,根据Stappenbelt的实验设置对双自由度的圆柱体流致振动进行数值模拟,分析不同质量比在低阻尼比条件下的振动响应,发现随质量比增加,顺流向和横向的振幅均减小。对无量纲振幅比的分析表明,阻尼比大于0.1时,不同质量比下的顺流向振动比横向振动更小,可忽略。能量捕获效率分析结果指出低质量比条件具有较高的捕获效率,对比不同阻尼比条件发现,在阻尼比为0.05且质量比最低时出现最高的捕获效率38%。     

无叶片风力机捕能柱涡激摆动特性及捕能效率

针对无叶片风力机捕能柱的涡激摆动特性,构建捕能柱系统简化的质量-阻尼-弹簧振动模型,推导其固有频率与捕能效率的计算式,并结合k-ωSST湍流模型和动网格方法,建立捕能柱涡激摆动的仿真模型并进行验证,探究捕能柱质量比、系统阻尼比和固有频率对其涡激摆动特性与捕能效率的影响.结果表明:捕能柱涡激摆动最大摆幅与捕能效率均发生在...     

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...     

基于熵产理论的三维涡激振动低速水流能俘能分析

以刚性圆柱作为俘能结构，通过强流固耦合数值方法模拟俘能结构在低速水流环境下的三维涡激振动，对共振约化速度(U_r=2～12)范围内进行俘能结构的俘能大小及俘能效率分析。为获得俘能结构三维尾流对俘能大小的影响，采用熵产理论并结合尾流特性以捕捉俘能结构尾涡的能量损失来源及分布，获得不同振动分支下俘能大小与尾流耗散间的关系。结果表明，基于熵产理论的能量损失分析可准确捕捉到俘能结构的能量耗散趋势。黏性熵产主要发生在圆柱表面，湍流熵发生在耗散率较大的尾流区。随着约化速度的增加，上端分支内，当U_r=6时俘能结构的俘能效率最大达到30.5%，俘能结构俘获的水动能增加，圆柱表面的黏性熵损耗和圆柱周围及尾流区湍流熵产损失也增加，俘能结构表面的黏性熵产损失和尾流区湍流熵产损失增大成为俘能效率下降的主要原因。     

雷诺数对扑翼获能特性的影响

采用团队自行研发的计算流体力学软件UCFD,研究雷诺数、无量纲频率和俯仰幅值对于扑翼获能特性的影响,分析翼型附近的流场以及涡结构的生成与发展过程,探究扑翼的获能机理。结果表明:随着雷诺数的增加,获能效率增大,高效工况区也增大,但当Re5×10~6时,获能效率趋于稳定。此外,不同雷诺数下高效工况的获能机理并不相同,对于低雷诺数,主要是翼型合理利用大尺度前缘涡;对于高雷诺数,则是利用较高的升沉力做功能力;对于中等雷诺数,以上2种高效机理均存在,且2种高效工况对应的效率相近。     

导流涵道对垂直轴水轮机性能影响的研究

垂直轴水轮机作为重要的潮流能捕获装置,相比于水平轴水轮机,它具有结构简单、适应任意水流等优点,但获能效率较低。为了增大垂直轴水轮机的获能效率,文章提出了一种导流涵道装置。采用CFD方法研究了其增速性能,并探究了水轮机在导流涵道下的输出扭矩特性,最后讨论了水轮机与导流涵道之间的间距对获能效率和转矩的影响。研究表明:导流涵道在一定程度上增大了来流的速度,涵道中心处速度可增大至原来的2倍。在导流涵道作用下,水轮机转矩脉动系数减小了0.474。水轮机与导流涵道的间距对效率与转矩产生了显著的影响,当间距为0.175倍水轮机直径时,其能源利用率达到最大,同时转矩系数在0.1倍直径时降至最小。     

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。     

汽轮机转子涡动汽流激振力分析与CFD数值模拟

汽轮机转子涡动时轴心偏离静子中心产生轴系失稳的Thomas/Alford汽流激振力,传统的叶顶间隙激振力公式对此不能全面准确评估。该文综合考虑转子涡动以及围带汽封二次流,在动叶通道,根据蒸汽做功分析涡动效应激振力;在叶顶围带汽封,用CFD数值模拟泄漏蒸汽三维粘性流场,确定蒸汽激振力。研究结果表明小的静偏心和动偏心条件下,转子涡动动偏心在动叶通道诱发的激振力要大于静偏心激振力;围带汽封汽流预旋速度对间隙激振力有重要影响;调门不对称进汽也是蒸汽激振力的另一个重要来源。     

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。     

喷射器结构分析及两类喷射器性能比较

对气力输送喷射器内部流场进行了模拟,从数值计算的角度分析了影响喷射器性能的几个重要因素,并介绍了一种新型的同心气力输送喷射器,将其与传统的气力输送喷射器进行了比较,得出了这种喷射器的优点和实际操作中需要注意的问题。     

全氢炉氢气角度对内罩中气流影响的数值模拟

以国内某钢铁厂常用的全氢炉为例,使用计算机仿真技术对全氢炉炉台氢气进口角度改变后内罩内各处氢气流量的变化进行了仿真研究,研究结果表明氢气入口速度矢量的轴向夹角与切向夹角的变化会主要会引起顶部流通通道、第一、第二层对流板处氢气流量的变化,第三、第四层对流板处氢气流量随着氢气入口速度矢量变化范围不大,且存在"均匀轴向夹角"和"均匀切向夹角",当氢气入口速度矢量的轴向夹角和切向夹角分布在此范围时,顶部流通通道和第一、第二层对流板处氢气流通通道的氢气流量较为均匀,此时有助于内罩内各个钢卷与四周环境的换热。     

锅炉尾部烟气对流冷凝换热器结构优选分析

在分析比较了气体纯对流换热强化方式、纯净蒸汽凝结换热强化方式基础上,结合含不凝性气体蒸汽冷凝换热机理及纯净蒸汽凝结换热机理与气体纯对流换热机理的差异,对已有各类换热器结构自身在强化含不凝性气体蒸汽凝结换热程度进行了分析,得出了既能强化锅炉尾部烟气对流冷凝换热又能高效回收凝结水分的错列布置垂直光管管外凝结换热器与带有波纹槽道的板式换热器2种优选结构,进一步给出了根据烟气灰尘浓度高低选取2种冷凝换热器的原则。     

贯流锅炉表面燃烧改造后水管产生裂纹的原因分析

随着国家对工业锅炉NOx排放限制的进一步收紧,在用贯流锅炉由于其炉膛尺寸较小,较多的采用表面燃烧进行低氮改造.但贯流锅炉采用表面燃烧改造后,其水管普遍产生密集性裂纹,严重影响锅炉安全运行.认为水管产生裂纹的主要原因是贯流锅炉原有的热力平衡系统遭到严重破坏,从传热学的角度对产生裂纹的原因进行具体分析,并通过材料失效分析进...     

锅炉自动控制系统节能改造的实现

我国工业锅炉控制自动化程度不高,其操作基本上停留在手工和简单模拟仪表操作的水平,操作人员不仅劳动强度大,还容易造成运行事故。文中介绍了一种工业锅炉自动控制系统,并讨论了系统的整体构成方案。将可编程序控制器与工业控制计算机相结合,制定出先进的计算机控制系统替代了传统的控制方法。根据这种控制方法控制系统,很容易被实现,并且将达到很好的控制效果。     

T型叶根制造中定位误差的分析

根据机械制造过程中夹具设计与工件装夹的原理,分析了汽轮机动叶T型叶根制造过程中定位误差的成因和遵循的规律,在此基础上给出了分析实例,所获得的结论对于汽轮机动叶叶根制造有一定指导意义.     

烟气加热器转子制造工艺介绍

介绍了目前烟气脱硫装置中2种烟气加热器(GGH)转子的结构型式及特点,在制造过程中的一些制造要求及相应的工艺措施,如焊接材料的成分及选用、焊接方法的比较和选择、零件加工的要求、转子组装的要求、工艺程序和多次制造积累的相关经验介绍。制造工艺的日趋成熟,为今后开拓广阔的烟气加热器市场打下了扎实的基础。     

几何参数变化对气封密封性能的影响

气流在轴封内流动时,气流加速、降压发生在轴封齿与轴之间的间隙内,由于轴封间隙较小,气流速度高,附面层的作用强烈.气封齿的形状、气封齿与轴封台阶的组合关系、气封间隙的大小、轴封静止部分与转动部分之间由于热膨胀不均匀而引起的轴向相对串动等都会影响到气封的封严效果.针对较为典型的轴封结构,经过数值模拟,讨论了上述因素对气封密封效果的影响.     

美国清洁能源产业发展战略及对我国的政策启示

美国奥巴马政府把发展清洁能源产业作为战胜危机、占领经济制高点的法宝。本文介绍了美国清洁能源产业发展的重点领域,政府为支持清洁能源产业发展采取的战略举措,并针对我国的现状提出了政策建议。