垂直轴5叶片阻力型风力机的数值分析

文章采用滑移网格技术对垂直轴5叶片阻力型风力机的瞬态流场进行了数值模拟计算,首先通过对计算区域出口边界上风速的数值分析,得到了恰当的计算区域大小;分析了风车输出功率随风车所处位置的变化规律,确定了风车在计算区域中的合理位置,以及此时风车的风能利用率;并进一步通过改变叶片宽度,得到了优化的叶片宽度及相应的风能利用率。结果显示,对于风轮半径为2 m、叶片宽度为0.76 m的5叶片风力机风车,在风速为6m/s时,当风力机转速为12 r/min其功率达到最大,且风能利用率为19.3%;对于相同风轮半径的风车,优化的叶片宽度为0.8 m,并且在风速为8 m/s时,其风能利用率在转速为17 r/min状态下达到最大值24.3%。     

垂直轴阻力差型风力机驱动水输运过程的功率匹配

以垂直轴阻力差型风力机和水泵之间的配合为对象,试验研究了风力机驱动水输运过程的功率匹配问题,并提出了理论预测方法。通过测试同一风力、不同传动比情况下水泵的工作状况,研究了风力机驱动水泵的最高循环效率及相应的最佳传动比。结果显示:对于风轮半径为1.2 m的半圆弧形5叶片风车,以及小型螺纹拖泵BPZ-18,在2组鼓风情况下,风车叶片处风速为6 m/s和传动比为37.8时,水泵的水流量也达到最大,风力机动力与水泵之间达到了最佳的配合,与理论预测结果比较接近。结果对风能系统的开发应用具有重要意义。     

涡流空气分级机进口风速和转笼转速匹配研究

为寻求涡流空气分级机进口风速和转笼转速的最佳匹配,利用Fluent软件对涡流空气分级机内部流场进行模拟分析,得出:当进口风速与转笼外缘的切向线速度相等或相近时流场最稳定。在流场较稳定的前提下,较高进口风速和转笼转速时,环形区湍流耗散率更大,更有利于物料的分散及分级。碳酸钙物料实验表明:转笼转速分别为800 r/min和1 200 r/min时,取进口风速分别为9 m/s和12 m/s,分级精度和牛顿分级效率都较高。其中进口风速为12 m/s,转笼转速为1 200 r/min时,分级精度和牛顿分级效率最优。该结论为利用涡流空气分级机进行分级合理调节进口风速和转笼转速提供理论依据。     

整流式垂直轴阻力型风力机性能的数值研究

本文对某型整流式垂直轴阻力型风力机的工作性能进行了数值模拟。计算采用非稳态的二维SST k-ω湍流模型。控制方程的差分格式采用二阶迎风格式,时间差分为二阶隐式。压力和速度的耦合求解采用SIMPLE算法。计算得到了风力机附近涡量及压力等物理场的分布情况,并由此分析了风能利用系数随尖速比、风叶数量,导流叶片数量等的变化规律。结果表明,风能利用系数的主要影响因素是尖速比,在尖速比为0.55附近达到最大值;本型风力机最佳的风叶和导流叶片组合为风叶数为7,导流叶片数为16,风能利用系数最高可达到15.51%。     

双出口旋风除尘器压损和分离效率的模拟研究

通过对新型双出口旋风除尘器在不同风量、不同粒径大小等条件下进行数值模拟分析,研究结果表明：双出口旋风除尘器进口风量越大,系统的流速越大,旋风除尘器的压差也越大,压力损失主要集中在旋风除尘器的入口至蜗壳处、除尘器上部以及旋切叶片与出风口连接处,当入口风速为13.21m/s时旋风除尘器压损为375Pa,当入口风速增加至26.42m/s时旋风除尘器压损为1 572Pa,即入口的风速增加一倍,旋风筒的压损增加三倍左右;双出口旋风筒入口流速与收尘效率呈正相关,入口流速越大,内部分离效率越高,收尘效率也越高,但阻力也随之增大,因此入口流速的选择应平衡效率和阻力的关系;粉尘颗粒粒径越大,越容易被捕集,当粉尘粒径<5μm时,很难被双出口旋风除尘器完全捕集下来。     

外循环式分解炉压力损失的冷模试验研究

外循环式分解炉是西安建筑科技大学开发的新型碳酸盐分解反应炉,在工程应用中取得了很好的效果,为进一步优化反应炉的结构,试验测试了分解炉截面风速为5～8 m/s,三次风入口风速为24 m/s、26 m/s和28 m/s,固气比Z=0.5的条件下,外循环式分解炉系统主体段压力损失和粗分离器压力损失.结果表明:系统空载运行时,随分解炉截面风速的增大,分解炉主体段和粗分离器的压力损失增大;分解炉截面风速不变,随三次风入口风速的增大,分解炉主体段压力损失减小.系统投料运行时,随分解炉截面风速的增大,分解炉主体段和粗分离器的压力损失增大;三次风入口风速对其压力损失的影响不大.相比空载运行,投料运行时分解炉主体段压力损失增加约1～1.2倍,粗分离器压力损失增加约10％ ～ 50％.适当降低分解炉截面风速,是降低分解炉压力损失的有效手段.     

立式熟料冷却机内气体流动规律及其影响因素

根据气固填料床动力学,建立了立式冷却机内气体流动的数学模型.运用java语言自编程序,求解冷却机内速度场与阻力分布,研究了在不同风速下气体流动的基本规律,探讨了鼓吹风速对速度场分布与熟料层阻力的影响规律.结果表明,风速对立式冷却机内气体流动影响较大.当风速小于9m/s时,风速与单位熟料层阻力基本呈线性关系;当风速大于9m/s时,风速与单位熟料层阻力基本呈二次函数关系.熟料的空隙率与单位熟料层的阻力呈二次函数关系.熟料颗粒粒径对冷却机的流场影响较空隙率小.     

复合喷动反应塔气固反应区内循环特性

对复合喷动烟气净化塔内气固二相流动特性进行了数值模拟,得到了塔内气固二相流动特性。通过与传统反应塔对比,分析了复合喷动反应塔内循环的形成机理和气固主反应区流场分布特性。在此基础上,针对该型反应塔的工艺参数进行了优化研究。由结果可知,复合喷动反应塔可在气固主反应区形成良好的内循环,合适的回流区可延长颗粒塔内停留时间,有效增强内循环。回流区大小随入口风速的提高先增大后减小,并在入口风速为25 m/s附近存在最大值。烟气净化塔内颗粒停留时间随入口风速和颗粒粒径的变化均呈先增大后减小趋势,分别在入口风速为25 m/s、颗粒粒径为500μm时达到最大值。     

转鼓式生物反应器中液相体系的流动性能

采用粒子示踪测速法在18 L转鼓式生物反应器中考察了转速和挡板数、挡板类型和粘度对转鼓流场的影响. 结果表明,在低粘的自来水介质中,转速为4~12 r/min时,Y向平均分速度由0.029 m/s增加到0.053和0.064 m/s时,挡板重力提升能力不断增强,提高转鼓转速可促进全局混合. 直挡板数由4增加到8时,挡板提升能力增强32.5%,且能获得更均匀的流场分布;与自来水体系相比,高粘度8 g/L黄原胶溶液体系中流场分布更均匀,剪切更温和.     

基于SSG模型的旋转流场特性分析

以磁力搅拌器旋转产生的旋转流场为研究对象，运用雷诺应力输运模型——SSG模型对流场分布特性进行数值模拟。借助PIV、HSV技术对旋转流场切向速度和轴心气核形态开展研究。得出不同转速条件下旋转流场的切向速度和气核形态分布规律。将数值模拟结果与实验结果进行对比，结果表明：当磁性转子转速为900 r/min时，中心处切向速度为0.161 m/s，边壁流体切向速度为0.028 m/s，随着转子转速增加至2 100 r/min时，中心处切向速度为0.477 m/s，边壁流体切向速度为0.043 m/s，切向速度实验值和数值模拟值最大偏差为4.7%，数值上呈现出了较好的一致性。将数值模拟得出的不同转速条件下的气核分布形态与HSV实验所得结果进行对比，得出当磁性转子转速为900 r/min时，气核深度最大差值是2 mm，偏差为4.2%；转速为1 440 r/min时，最小差值为0.3 mm，偏差为0.5%，具有较好的一致性。     

Optimisation of vertical axis wind turbine: CFD simulations and experimental measurements

A system for the conversion of kinetic energy of wind into thermal energy has been developed which can replace relatively expensive electro‐mechanical equipment. The system consists of a vertical axis wind turbine (VAWT) which is coupled with the shaft of a stirred vessel. In the present work, computational fluid dynamic (CFD) simulations have been performed for the flow generated in a stirred tank with disc turbine (DT). The predicted values of the mean axial, radial and tangential velocities along with the turbulent kinetic energy have been compared with those measured by laser Doppler anemometry (LDA). Good agreement was found between the CFD simulations and experimental results. Such a validated model was employed for the optimisation of drag‐based VAWT. An attempt has been made to increase the efficiency of turbine by optimising the shape and the number of blades. For this purpose, the combination of CFD and experiments has been used. The flows generated in a stirred tank and that generated by a wind turbine were simulated using commercial CFD software Fluent 6.2. A comparison has been made between the different configurations of wind turbines. Results show that a provision in blade twist enhances the efficiency of wind turbine. Also, a wind turbine with two blades has higher efficiency than the turbine with three blades. Based on the detailed CFD simulations, it is proposed that two bladed turbine with 30° twist shows maximum efficiency. © 2011 Canadian Society for Chemical Engineering     

石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的换热与放热效率

相变储热是提高能源利用率的重要手段之一,相变储热材料的换热系数与放热效率研究对太阳能高效利用具有重要意义。通过变换铝管管径、循环风速以及空气温度,计算出复合相变储热材料的换热系数及放热效率。结果表明:铝管管径不变,循环风速小于3m/s时,空气温度对换热系数影响很小,差值在1W/(m2·℃)左右;换热系数、放热效率都随风速的增大而有所提高,放热效率最大可达95.3%;随着管径增大,换热系数逐渐减少,放热效率却逐渐增大;适合石蜡/纳米石墨复合相变储热材料的最佳条件为管径30mm、循环风速3m/s以及空气温度90℃。     

Experiments of a prototype wind-driven reverse osmosis desalination system with feedback control

A prototype wind-powered reverse osmosis desalination system was constructed and tested on Coconut Island off the northern coast of Oahu, Hawaii, for brackish water desalination. The system has four major subsystems: a multi-vaned windmill/pump, a flow/pressure stabilizer, a reverse osmosis module, and a control mechanism. The feedback control mechanism, developed by this study, allowed this prototype system to be operated satisfactorily under mild ambient wind of 5 m/s or less. No auxiliary power source was needed. The system operational data showed that at an average wind speed of 5 m/s, brackish feedwater at a total dissolved solids concentration of 3000 mg/1 and at a flow rate of 13 1/min could be processed by this system. The average rejection rate of this prototype system was 97% and the average recovery ratio was 20%. The energy efficiency of the system was measured at 3 5%, which is comparable to the typical energy efficiency of well-operated multi-vaned windmills. Generally, the system's energy efficiency decreases as wind speed increases.     

高效益的齿带在线连续自动清洗技术

电动式水冷机组冷凝器的管内冷却水流速较低,容易结垢,运行效率普遍低下。现有的流体动力塑料光滑扭带具有自动清洗和传热强化双重功能,又结构简单,但是传热强化功能低,自动清洗力矩弱。研究的高效益齿带在线连续自动清洗技术,比现有光滑扭带传热系数提高了171％;自转清洗力矩增大了75％～101％、能够在0．5m／s以上的较低流速下自动清洗管内的污垢;设备总阻力仍然在一般工程容许的范围内,对冷饮冷冻行业的节能增效具有很高的推广价值。     

风力发电机组模糊控制器的设计与仿真

风力发电机组是复杂的多变量非线性系统,受参数变化和外部干扰严重,具有强耦合与强时变性,针对此特点本文设计了模糊控制器,建立了风力发电系统仿真模型,使得在额定风速以下时,根据风速变化,控制电机转速获得最佳叶尖速比,实现跟踪最大功率的目标;在额定风速以上时,控制风轮的桨距角以调节风能利用系数,实现风力发电机组的恒功率输出。通过Matlab仿真,对所设计的模糊控制器进行了仿真研究,结果表明:模糊控制器能够显著提高风力发电系统的稳定性和鲁棒性,具有良好的性能和控制效果。     

水平轴风机气动性能影响因素研究

设计高性能水平轴风机是如今风机设计的趋势.风机工作环境恶劣,要计算所有因素对风机性能的影响不太现实.本文运用动量理论和叶素理论分析了实度、桨矩角、锥角、倾角和叶片厚度对风轮气动性能的影响.分析表明,风轮气动性能对实度、桨矩角敏感度高,叶片厚度对风轮气动性能影响不大.对敏感参数进行优化设计,有利于风机在低成本情况下提高其性能.     

螺旋扁管折流杆换热器壳侧性能多目标优化研究

基于遗传聚集响应面模型和多目标遗传算法,研究了以螺旋扁管为换热管的折流杆换热器结构参数、入口速度对壳侧流动和换热性能的影响,并对螺旋扁管折流杆换热器的性能进行了优化分析。结果表明：传热系数随螺距的增大先减小9.38%,后维持不变;在低入口速度条件下,随长短轴之比的增大而增大,在高入口速度条件下,存在先减小后增大的趋势。压降随螺距的增大基本不变;随长短轴之比的增大减小了36.67%。由敏感性分析可知传热系数和压降对入口速度的变化最敏感,截面椭圆长短轴之比次之,对螺距最不敏感。优化后的螺旋扁管折流杆换热器结构比原结构单位压降下的传热系数平均提高了26.42%。     

水平轴风力机叶片的逆向设计与分析

作为一个专用程序,PROPID在水平轴风力机叶片的逆向设计与分析中有许多独特的优点。本文在介绍PROPID程序的同时,选取一风力机叶片为计算模型,使用PROPID进行重新优化设计和分析。通过分析比较发现,PROPID程序在叶轮的功率计算、外形几何尺寸设计、最佳安装角和转速的确定方面均有较好表现,并能正确反映风机叶轮的气动理论,是一种很实用的风力机叶轮逆向设计和分析程序,对提高风力机的气动设计水平、缩短设计周期有很大帮助。     

风力发电技术及并网运行

介绍风力发电兴起的原因、基本原理、电能储存、离网和并网运行方式和特点,以及恒速恒频风力发电机组的并网运行方法。     

立式水冷器螺旋齿管自动清洗技术

我国立式水冷器普遍低效的根本原因是水垢。依据冷却水流速低、落差大、可以利用的位能充裕的特点，研制成功塑料螺旋齿管自动清洗技术。其原理是以冷凝管与内管之问的螺旋流道替代管内截面形成成倍加速的螺旋线流动，使螺旋齿管获得较强的自转力矩。通过理论分析和不同结构参数的螺旋齿管的对比试验，得到的结果是：自转力矩与冷却水流量二次方成正比；较大的内管直径、较小的螺旋角有利于力矩强化；与纽带相比，自转力矩增大14l％，可以在0．4m／s左右的流速下可靠自转，污垢清洗能力更强，传热系数提高50％；制造简单，具有较高的工程应用价值。