潮流能发电增速导流罩研究

为提高潮流能水轮机的发电功率同时延长一个潮流周期内的可发电时间,采用数值计算(CFD)方法对一种新型水平轴水轮机增速导流罩的主要参数进行理论研究,并通过水池模型试验对计算结果进行验证.研究结果表明:增速导流罩可降低水轮机的启动流速,同时可以使水轮机发电功率得到显著提高,从而增加发电量.潮流能发电增速导流装置的研究将对弥补能源短缺,缓解环境污染起到重要作用.     

入口段线型影响潮流能导流增效装置水动力性能的数值模拟研究

潮流能导流增效装置能够大幅提升潮流能水轮机的能量提取效率,应用前景广阔.以Open-FOAM开源代码作为数值模拟平台,开展了垂直轴水轮机导流增效装置性能的模拟研究.针对典型垂直轴潮流能水轮机设计了多种导流增效装置,通过系统的模拟分析,总结了导流增效装置相关参数对其水动力学性能的影响,深入分析了速度场、压力场的变化规律,...     

基于振动特性的重型车导流罩优化设计

以某国产重型车以塑代钢的导流罩为研究对象,基于厂方提出规避22～28 Hz振动频率的技术要求对导流罩进行优化设计.建立导流罩有限元模型,根据原设计方案在规避频率段的振型特点,在不改变注塑件本体结构的基础上,首先进行导流罩支撑结构的改进设计,避开振动频率区间(22～28 Hz).然后在考虑振动特性的基础上,以支撑结构、导流罩顶面、肋和导流罩侧面的厚度为设计变量,进行以轻量化为目标的尺寸优化.结果表明导流罩避开了振动频率区间,质量减轻了3.12%且刚度强度均满足要求.     

基于轻量化的发动机罩结构优化

以某SUV车型发动机罩为研究对象,通过结构优化设计与分析,开展发动机罩轻量化研究.在原有发动机罩结构的基础上,设计了竖型、W型和V型等3种不同结构的发动机罩,建立有限元模型,进行模态和刚度分析.比较分析这3种方案,得出V型结构的发动机罩在满足刚度要求的条件下,减重13.84％,为最佳方案.     

双机组十字叉型立轴潮流能水轮机性能分析

为研究传统H型立轴水轮机的一种改进形式即双机组十字叉型立轴潮流能水轮机这种新型水轮机的水动力性能,采用ANSYS-CFX模拟水轮机不同的运行工况,对比分析双机组十字叉型水轮机和单机组H型水轮机的水动力性能.结果表明:双机组水轮机比单机组水轮机效率提高将近10%;对于涨潮和落潮两种不同运行工况,双机组水轮机的效率变化不大;十字叉型水轮机的推力、侧向力和力矩平均值和H型水轮机相等,但其波动幅值远小于H型水轮机的波动幅值,这对水轮机的结构安全、疲劳寿命会产生有益的影响.因此双机组十字叉型水轮机比H型单机组水轮机有明显优势,既能提高水轮机发电效率,又能保证水轮机运行寿命.     

导流墙半径对氧化沟流场影响的三维数值分析

导流墙是影响氧化沟内流场的一个重要因素.采用标准k-ε模型和多参考系(MRF)模型,对导流墙不同半径时氧化沟内流速场进行三维数值模拟.结果表明:导流墙半径为0.5m时,氧化沟内流速最大,曝气机对水流的推动力最大,沟底发生污泥沉积的可能性最小.     

导流板的布置方式及其导流效果

运用数值模拟和物理试验相结合的方法对导流板的最佳布置方式和导流效果进行研究.流函数-涡量数值模型计算结果与试验结果进行了对比,两者符合良好.运用平面二维模型和立面二维模型模拟导流板的流速场,并通过比较导流板前的流速增大幅度、板后流速的减小幅度及板后的回流漩涡区长度来确定导流板导流效果的优劣,进而确定导流板的最佳布置方式及尺寸.数值模拟计算的结果表明:多组次倾斜放置的导流板群所起的导流护岸作用明显.     

塔河油田电泵全密封导流罩的应用分析

针对塔河油田95/8"套管流经电机速度慢,机组散热难及普通导流罩稀稠油混配不均的问题,开展了全密封导流罩技术研究。结果表明,全密封导流罩可提高流速23倍,成功解决机组散热难题。通过优化管柱组合,提高稀稠油混配效果,稀稠比下降0.1,异常停机下降5%,确保电泵平稳运行,延长电泵运行寿命。     

串列竖轴水轮机尾流场影响CFD模拟分析

为研究串列水轮机组水动力性能并提出合理的水轮机布置方案,提高潮流能电站的发电效率,针对三叶片竖轴水轮机进行瞬态数值模拟,分析了串列布置水轮机组上游水轮机的水动力性能及尾流场对下游水轮机水动力性能的影响.考虑到竖轴水轮机叶片展向剖面相同的特点,将模型简化为二维模型并利用开源流体力学软件Open FOAM对水轮机进行了数值分析.首先通过模拟单个水轮机的运行,得出了能量利用率随叶尖速比的变化规律,并通过与文献中实验数据的对比验证了Open FOAM数值模型在合理的设置下,采用k-ωSST湍流模型和PIMPLE算法,可以准确计算二维竖轴水轮机的水动力性能.之后模拟了两个串列放置的水轮机,水轮机之间的距离范围取5~50倍水轮机直径,分析得出了竖轴水轮机后方各剖面的尾流特性,以及水轮机间距对下游水轮机水动力性能的影响特性.分析结果表明,两个串列水轮机的间距大于40倍水轮机直径时,上游水轮机尾流场对下游水轮机性能的影响可以忽略.     

汽车涉水车身表面污染仿真及控制

针对汽车涉水时车身表面污染的问题,选取改型方背式米拉模型为研究对象,利用DPM离散相模型和欧拉壁面液膜模型相结合,得到液滴运动的轨迹和车身表面污染的分布,并分析车身表面污染产生的机理。在原模型基础上,提出增加车尾底部扰流板、车尾顶部导流片和轮罩护板3种改良方案,以此改变流场结构从而改变液滴的运动轨迹,减轻车身表面污染程度。仿真结果表明:车尾顶部导流片能够较好地控制气流走向,从而减弱特定区域污染程度;底部扰流板改变了尾流形状,减小车身背部污染面积;轮罩护板减少轮腔中飞出的液滴数,有效减少了车身侧壁污染。     

基于多工况数值试验的水轮机改造优化设计技术

传统的水轮机改造方法是针对水电站水轮机中拟改造的过流部件和实际运行条件,采用类似新电站设计的多方案设计和模型试验进行性能对比来论证改造方案和验证设计。在水轮机改造过程中,因受到了已有流道的限制,其过流部件与新建电站的设计思路有很大的差异。我们根据水轮机改造中过流部件设计的特点,基于数字化设计与试验的思想,对整个流道进行联合的三维粘性流动数值模拟。在数值模拟的基础上进行性能预测,以数值试验取代模型性能试验,提出一套基于数值试验的水轮机改造技术,并简介在水电站水轮机改造中的应用情况。     

建筑增强型垂直轴风力机气动特性数值研究

为捕获建筑环境中蕴藏丰富的高品质风能,结合高耸建筑的高度优势与建筑扩散体强化风速效应,将垂直轴风力机放置于不同建筑扩散体之间,通过数值模拟的方法研究建筑增强型垂直轴风力机在具有不同实度与不同翼型时的气动特性.结果表明:建筑扩散体可大幅提升风力机获能效率,建筑增强型垂直轴风力机较原始垂直轴风力机最大风能利用系数提升4.47倍,其最佳尖速比位置向右偏移,但其载荷波动较剧烈,且对建筑外廓敏感,其中圆弧形截面建筑可有效减小建筑分离涡造成的影响.随着实度的增加,建筑增强型垂直轴风力机风能利用系数先增大后因叶片间干扰而减小,其载荷波动和自启动性在多叶片时得到明显改善.对于不同系列的翼型,FXLV152翼型有助于减小疲劳累积损伤,最大厚度较大的NACA0021翼型有利于提高风力机的获能效率,S809非对称翼型则不适用于建筑增强型垂直轴风力机.数值结果为建筑增强型垂直轴风力机的工程应用提供部分参考依据.     

安中大楼风环境模拟及风能利用

介绍建筑环境中的风能利用基本形式及风能利用可行性评价指标.针对安中大楼所处的特定位置,运用计算流体力学方法对周围的风环境进行数值模拟|对可能利用风能的位置即风速明显增大区域,如夹道、洞口及屋顶处进行详细的分析,利用风速增大系数指标评价风能利用的可行性,对合理布置风力机提出建议.研究结果表明：在夹道处、大楼边角处风速加大,可以安装小型风力发电机,综合考虑经济性和有效性,可以沿塔架高度布置多台水平轴风力机|建筑物开洞区域的风速增大,风向平行于洞口径深时效果显著,适合在洞口前沿布置水平轴风力机|安中大楼屋顶风速较大,集结效果明显,可以根据屋顶尺寸安装多排风力机.     

不同布置方案风力机尾流及相互作用的实验研究

以不同布置方案的风力机尾流场为研究对象,运用压差式风速仪对风力机尾流场的相互作用进行研究。对于2台风力机,当下游风力机(第2台风力机)全部或部分置于上游风力机(第1台风力机)的尾流场时,对下游风力机的尾流场进行测量。实验结果表明:当下游风力机全部置于上游风力机尾流场时,近尾流场受上游风力机尾流的影响较大,远尾流场受上游风力机尾流的影响较小,当两风力机轴向距离5D时,上游风力机对下游风力机的影响整体较小,且来流逐渐融合,表现出小幅度波动现象;当下游风力机部分置于上游风力机尾流场时,处于尾流场中的部分受上游风力机尾流(主要是叶尖涡)的影响,与尾流区外的相比,该部分的尾流区速度损失严重,但稳定性较好,当风力机横向距离大于1.5D时,随着横向距离的增大,轴向速度逐渐增大;随着轴向距离的增大,2种布置方案下轴向速度的变化幅度均逐渐减小。     

基于风-网互补供电试验的风力机模拟研究

以抽油机离网风电-网电互补供电试验系统中的风力机为研究对象,根据风力机的运行特性,运用相似理论得到了模型试验中与风力机相似应满足的条件.计算了与某实际风力机在对应工况下相似的模型风力机的相关参数.在此基础上,建立一个由变频器拖动电机组成的试验模型来模拟风力机的运行,保证了试验模型具有实际意义.     

多泥沙高水头电站水轮机选型设计

对多泥沙高水头电站水轮机选型的基本要求、主要参数、设计计算等进行分析,从选型设计理论出发,结合水轮机内部全流道沙水流场的数值模拟,对新疆克孜勒苏河流域上的夏特电站进行选型设计,确定其设计工况点、水轮机出力、单位流量、转轮直径、同步转速、吸出高度等参数,通过主要过流部件在各工况的沙水最大速的分析比较,进一步确定 HLA542 机型为适合电站的最优机型。研究结果对夏特水电站工程水电机组的设计具有重要参考依据,研究方法对多泥沙河流高水头电站的水轮机机组选型设计具有实际指导意义。     

灯泡混流式水轮机的研究与设计

本文作者将混流式水轮机的转轮应用于灯泡式机组中 ,介绍了这种灯泡混流式水轮机的基本原理、水力性能、水流运动规律及其过流部件的水力设计理论 ,并提出了这种水轮机的结构设计方法。通过分析研究 ,这种新型水轮机具有混流式水轮机和贯流式水轮机的优点 ,而避免了它们的缺点 ,可以在较宽的应用水头范围内替代现代应用最广泛的混流式水轮机 ,广泛使用于中小型水电站中     

渔子溪电站水轮机转轮叶片泥沙磨损研究

渔子溪系山区河流,泥沙含量大,渔子溪电站水轮机转轮的泥沙磨损严重。本文通过数值计算和试验分析的方法,对渔子溪电站的水轮机进行沙水流动的数值模拟和水轮机转轮叶片的泥沙磨损试验,得到水轮机转轮的泥沙磨损情况,预估出转轮的磨损寿命,并提出抗泥沙磨损的措施。研究结果对优化渔子溪电站水轮机运行策略提供了重要依据,用以指导电站运行管理人员有针对性地回避发生严重磨损的运行工况,以此达到保证机组安全运行、减轻转轮磨损、延长转轮使用寿命、最大程度减少电量损失的目的,同时也对其他多泥沙河流水轮机抗磨研究和运行具有重要的指导意义。     

A study on flow fields and performance of water wheel turbine using experimental and numerical analyses

In this paper, an analysis of the performance and flow fields of water wheel turbines for tidal energy extraction is carried out using experimental and numerical methods. The purpose of this work is to develop a water turbine suitable for sites, where fast and shallow surface flows are available, such as rivers or tidal currents. For both methods, the water wheel turbine is tested over a range of tip speed ratios with a differing number of rotor blades, ranging between three and twelve. The results indicate that the numerical simulation shows agreement with the experiment in most cases. Also, the water wheel turbine operates effectively at a range of small tip-speed ratios, where the highest turbine efficiency is produced. Under the same working conditions, the turbines using between six and nine blades generate a greater efficiency and cause lesser reverse flows than others when submerged in water. In contrast, the 3-bladed turbine is the least efficient design as it produces the lowest amount of energy and causes intense vibrations and noises. These noises are a result of a collision between the incoming flow of the channel and the wheel blades during the experimentation, especially at high load conditions. By adding more blades, the torque generated is improved considerably; however, the upstream and downstream depths of the turbine, in this case, are also elevated significantly. Furthermore, in the inlet region, the 3-bladed and 6-bladed turbines have a smaller shock loss and a lower resistance to the main flow from the inlet than the others. Meanwhile, it is found that the flow in the outlet region on the turbines with between nine and twelve blades is in the opposite direction to the wheel’s rotation, significantly obstructing the main flow from the inlet.     

蹼板式水流发电装置实验研究

阐述了一种全新水流发电装置--蹼板式水轮机的首次实验研究的全过程.介绍了该类型水轮机的试验模型和试验装置的设计加工,分析整理出了我国第一份蹼板式水轮机的水动力性能资料,探讨了密实度、进速系数、叶数、雷诺数等主要参数对能量利用率系数的影响并分析了原因.该项研究结果表明,该型水轮机具备机构简单、造价低廉、能量利用效率高、易操纵性以及自启性良好等诸多优点,从而使它具有广泛的市场开发前景.