振荡翼在非均匀流中的能量提取性能分析

为了解振荡翼在非均匀流场中的能量提取性能,利用Fluent求解非均匀流场中的绕二维振荡翼非定常、不可压缩Navier-Stokes方程。通过分析不同最大攻角(αmax)及相应运动参数在非均匀流场的能量提取及水动力性能发现:与均匀流相比,流速在垂直方向非均匀分布使水翼升力系数在一个周期的平均值提高,从而可改善水翼的能量提取性能。当水翼表面存在旋涡时,非均匀流影响旋涡的结构,使水翼的转矩系数出现较大差异。在最大攻角接近水翼的失速角(30°附近)时,非均匀流使水翼的时均功率系数提高,振荡频率越高,时均功率系数提高越明显。与流速在垂直方向的非均匀分布相比,流速在水平方向的随时间的波动造成水翼的水动力性能及能量提取性能有较大的波动。     

非对称翼垂直轴水轮机水动力性能研究

为了研究非对称翼垂直轴水轮机的水动力性能,利用Fluent软件建立水轮机的二维模型,分析采用不同拱度非对称翼的垂直轴水轮机在不同叶尖速比下的水动力性能、能量提取性能以及非对称翼的安装位置对水轮机性能的影响,并与对称翼垂直轴水轮机的性能进行对比。研究结果表明:与对称翼垂直轴水轮机相比,非对称翼垂直轴水轮机在较低和较高叶尖速比区间具有更高的能量提取效率,但在中等叶尖速比区间,即水轮机最佳工作区间,采用非对称翼会导致能量提取性能下降;增大水翼的拱度,能有效减小水翼受力波动幅度,有利于提高水轮机的疲劳寿命;非对称翼的安装位置为0.7c时,非对称翼垂直轴水轮机的能量提取性能最佳。     

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。     

直接测力俯仰振荡翼型动态气动性能研究

在西北工业大学NF-3低速风洞二元实验段开展翼型俯仰振荡运动动态气动性能深入研究。实验模型为展向三段式测力模型,测力仅在模型中段进行以减小风洞侧壁干扰的影响。实验中采集模型的转动瞬态迎角、计算模型中段的惯性力和惯性力矩、并从天平采集数据中扣除以修正模型惯性对结果的影响。结果表明,迎角超过正向或负向静态失速迎角是升力系数和俯仰力矩系数产生大的迟滞环的必要条件。随着振荡缩减频率增大,动态失速会推迟,升力系数迟滞环增大,阻力系数增大,最大迎角附近的俯仰力矩系数减小。在迎角小于静态失速迎角或超过不大的迎角范围,随着缩减频率的增大,翼型振荡运动俯仰力矩系数上行时减小,下行时增大。随着振荡振幅的增大,翼型振荡运动动态升力系数和俯仰力矩系数的迟滞环增大。随着平均迎角的增大,翼型迎角更多地进入正向失速区,升力系数迟滞环增大,俯仰力矩系数最小值变小。雷诺数对升力系数、阻力系数和俯仰力矩系数迟滞环无明显影响;但是,在翼型模型下行过程,随着雷诺数的增大,升力恢复提前,同时迟滞环随雷诺数增大而减小。     

点吸收式振荡浮子水动力学影响因素研究

基于势流理论建立浮体的水动力运动方程,并以该运动方程为基础对不同外形参数的浮子进行建模仿真,研究单个振荡浮子在频域下的水动力性能。主要利用水动力分析软件AQWA分析浮子底部形状、直径、吃水和重心位置变化对浮子RAO、波浪激励力、辐射阻尼系数、附加质量等水动力参数的影响,并与最近相关文献的结果进行对比。发现圆柱底浮子的性能较优,且相对浮子半径和阻尼的影响,浮子重心改变对于垂荡运动影响较小,相关计算结果可为浮子结构优化及阵列的分析提供指导。     

基于改进延迟分离涡方法的潮流能水轮机纵摇运动水动力分析

为探究强迫纵摇运动对浮式潮流能水轮机水动力性能的影响，该文基于改进延迟分离涡模型（IDDES）与滑移网格技术相结合的方法，建立了浮式潮流能水轮机旋转和纵摇耦合运动的CFD数值模型。首先选取潮流能水轮机的水槽试验结果来验证所建立的数值模型的计算精度，其次在不同纵摇频率和纵摇幅值下，对浮式潮流能水轮机开展三维非定常模拟。研究结果表明：1）水轮机水动力系数（能量利用率系数和轴向载荷系数）的整体波动频率为纵摇频率的两倍，同时伴随着频率为叶轮转频的高频脉动；2）随着纵摇频率的增加，水轮机平均水动力系数略有增加，而随着纵摇幅值的增加，其平均水动力系数略有减小，但均小于无纵摇工况下的平均水动力系数；3）在纵摇最大振幅位置处，水轮机各叶片迎流面承受不同程度的水压载荷。纵摇运动对平衡位置和最大振幅位置处的尾迹均有影响，且尾迹出现较为明显的低速区摆动现象。     

低雷诺数振荡翼型非定常气动性能研究

应用包括非定常Hess-Smitll线元奇点法和二维非定常逆边界层法等边界层迭代法,结合Cebeci-Smith代数涡粘性公式,在低霄诺数条件下计算了水平轴风力机叶片翼型在俯仰,平移,斜坡式3种不同振荡形式下的非定常气动性能;计算和分析了在各自振荡形式下不同参数对翼型气动性能的影响.研究结果表明:翼型俯仰振荡时,翼型上的升力系数和阻力系数与振荡的幅值和频率有很大的关系;翼型平移振荡和斜坡式振荡时,气动力系数和振荡频率有关;俯仰和平移振荡时,都出现了负阻力,揭示了扑动翼产生推力的原因.     

振荡扰流提高风力机翼型气动性能的研究

利用振荡扰流进行了改善风力机翼型大攻角下性能的研究。应用有限体积法，数值模拟了头部附加振荡扰流的翼型分离流动，并对振荡扰流增升效果的参数影响进行了分析。结果表明在深失速条件下，翼型头部附加的振荡扰流在一定的频率和振幅时能够显著改善翼型的气动性能，提高翼型的升力。与扰流振幅相比，调节扰流振荡频率更能改善翼型深失速条件下的气动性能。     

叶片参数对潮流能自由变偏角水轮机性能影响规律研究

采用基于粘性CFD理论的多体耦合方法对不同叶片参数下潮流能垂直轴自由变偏角水轮机的运动和动力特性进行数值模拟研究。研究表明:叶片偏角变化规律是决定该水轮机性能的重要因素,主要由水动力和惯性力所产生的俯仰力矩决定。通过分析叶片质量以及叶片自转轴与叶片质心距离对叶片摆动过程中俯仰力矩的影响规律,给出叶片参数对水轮机运动和动力特性的控制规律。     

振荡翼型气动及其噪声特性的数值研究

针对低雷诺数下翼型的非定常气动噪声特性,采用计算流体力学(CFD)与Lighthill声类比相结合的方法,分别对俯仰、平振以及俯仰与平振耦合运动的翼型进行了分析,通过自定义程序控制翼型的运动规律,并对其流场及诱导的声场特性进行了数值仿真.结果表明:随着折合频率、振幅的增加,翼型表面升力系数的峰值增大,非定常迟滞效应增强;耦合运动的相位差改变了气动力的响应特性;对于振荡翼型激发的噪声,低频下单极子声源占主要地位;随着声源频率的增大,远场声压指向性逐渐体现出偶极子声源的特性.     

纵荡运动对风力机翼型动态失速特性影响研究

采用带转捩SST k-ω湍流模型，以S809翼型为研究对象，探讨纵荡运动方向、频率、幅度对复合运动（俯仰+纵荡）下动态失速的影响规律。结果表明：纵荡频率增加，迎风下的翼型湍动能增强，边界层流体的能量提高、扰动程度加深，使得翼型升力提高的同时提前失速；高纵荡频率工况下，迎风下的前缘涡强度高且覆盖范围广，加速了涡的脱落。顺风条件下，纵荡削弱了前缘涡的诱导效应，有效缩小尾缘涡的拓扑结构。随着纵荡幅度增大，翼型升阻力系数的响应幅值显著增加，尤其是在翼型迎风状态下的上仰阶段。研究揭示了纵荡运动对翼型动态失速的影响规律，对准确认识和评估漂浮式风力机气动性能具有重要意义。     

水电机组孤网运行频率振荡及其抑制研究

孤网模式下,水电机组调速系统的参数设置不合理会造成频率振荡,从而影响电网可靠运行,因此有必要对调速系统参数与孤网频率稳定性之间的关系进行研究。为此,针对孤网运行的西南某水电机组的实际情况建立了孤网系统模型,并成功仿真出真实存在的频率振荡现象。在此基础上,通过深入分析调速系统人工频率死区、永态转差系数和控制参数对孤网频率稳定性的影响,提出了参数配置建议,并用PSD BPA软件进行了验证。结果表明,合理配置调速系统参数能显著提高水电机组对孤网频率的控制能力,增强孤网系统的稳定性。     

风力机叶片电磁脉冲式疲劳加载系统及试验研究

分析疲劳试验过程中叶片加载的运动规律,利用能量法对能量耗散进行计算及动力参数匹配,设计一套叶片电磁脉冲式疲劳加载系统。采用短时能量补充加载,瞬时最小势能原理导出叶片在时变载荷作用下的多自由度运动方程,建立仿真模型并对脉冲激励叶片响应数值进行仿真。利用激光测距传感器获取加载点振幅为控制参数,控制器基于SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)脉冲控制方式,搜索跟踪共振频率,实现叶片等幅稳定振动。现场试验表明,叶片脉冲加载载荷均匀,控制过程稳定可靠,共振时叶片加载点振幅误差保持在±5%之内,试验效率及系统寿命得到提高,可为风力机叶片疲劳实验提供一种新的加载方式。     

水平轴潮流涡轮池壁效应修正方法分析

通过数值仿真与模型试验的方式分析池壁效应对水平轴潮流涡轮水动力性能的影响。通过总结公开发表文献中池壁效应修正方法,获取不同流域以及来流流速下5种池壁效应的修正结果,并与无限流域下水平轴潮流涡轮的能量转换效率以及阻力系数进行对比,进而获得可准确预估无限流域下水平轴潮流涡轮水动力性能的池壁效应修正方法。结果表明：池壁效应会对潮流涡轮的水动力性能产生较为明显的影响,受限流域下潮流涡轮能量转换效率以及阻力系数高于无限流域下的结果,且池壁效应对潮流涡轮的能量转换效率的影响伴随尖速比的增加呈逐渐增大的趋势。受阻塞因子与尖速比的影响,不同池壁效应修正方法的预估精度不同;其中,Pope-Harper以及Bahaj这2种池壁效应修正结果在不同来流流速、阻塞因子以及尖速比下与无限流域下潮流涡轮的水动力性能吻合良好。     

基于DSSOGI锁频环与改进鲸鱼优化算法的波浪发电系统功率优化控制

为改善波能转换器的能量捕获效率问题,提出基于双自调谐二阶广义积分器(DSSOGI)锁频环与改进鲸鱼算法的优化控制方案。基于水动力模型的频域响应分析,寻求波浪发电系统最优负载,引入DSSOGI锁频环结构实时测量波浪频率,并采用扩展卡尔曼滤波方法,加快动态响应速度,预估波浪主频。当海况发生变化时,通过DSSOGI锁频环结构,实时监测波浪频率,及浮体相应的速度、位移等信息。根据商用软件求解浮体的非线性参数,结合IWOA算法,求解最优邻域的负载参数,使系统处于最优负载状态,提高捕获效率。仿真结果表明,所提控制方案能有效改善水动力参数非线性问题,增加系统输出功率。     

不等波长行波运动的能量吸收特性研究

为改善做行波运动的行波板的能量吸收特性,基于计算流体力学方法,分析了波长系数(-0.1～0.3)和无量纲振幅(0.1～0.2)对做不等波长行波运动行波板能量吸收特性的影响。结果表明：相比于做等波长行波运动,做不等波长行波运动行波板的能量吸收效果更好;在较小的无量纲振幅下,沿流向线性增大波长,可以提高能量吸收效率;随着波长系数增大,能量吸收效率先升高再降低,存在最佳波长系数使得能量吸收效率最高达到69%;在较大的无量纲振幅下,随着波长系数的增大,能量吸收效率先降低再升高。     

磁流变阻尼器多物理场耦合的温升特性分析

磁流变阻尼器属于一种能量耗散装置,在使用过程中将振动机械能转化为自身热能,阻尼器力学性能受磁场和温度等因素的影响。建立磁流变阻尼器温度场的数学模型和仿真模型,运用COMSOL仿真计算软件,分析了磁流变阻尼器多物理场耦合下的温升特性,通过改变线圈电流大小、激励振幅和频率,对比研究影响阻尼器温升的原因。仿真结果表明,磁流变阻尼器温升主要来自于磁流变液流动的黏性热,小电流时电磁热对阻尼器温升影响较小,激励信号振幅和频率的变化对阻尼器温升影响较大,一维能量平衡法温度场数学模型仅适用于激励信号时大振幅或大频率工况场合。     

直管型中心管波能模型的数值计算和实验研究

中心管波浪能模型利用浮体自身振荡运动吸收波浪能,使管内水柱产生相对运动,通过外加气动阻尼转换俘获的波浪能.运用HydroStar水动力学软件计算了直管型中心管模型在不同波况下的水动力学性能,对比分析了不同外加气动阻尼对模型俘获宽度比的影响,得到了最佳气动阻尼;研究了模型在3种不同总质量下的性能,得到了最佳响应波周期与模...     

高风速下基于转子动能控制的DFIG调频策略优化

双馈异步风力发电机(DFIG)的转速与电网频率解耦,不能及时响应系统频率变化。转子中的动能可以使DFIG参与系统调频,但传统方法没有考虑高风速下频率恢复过程中的频率振荡,以及动能过度利用导致的频率二次下降。文章在传统转子动能控制的基础上,附加模糊控制回路,使控制系数跟随风速、频率偏差及频率偏差变化率进行变化,对转子动能利用进行优化,避免频率恢复过程中的振荡,提高系统稳定性。最后基于Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证所提策略的有效性。     

风力机叶片摆锤共振疲劳加载系统及控制研究

分析疲劳加载过程中摆锤受叶片振动影响的运动规律,利用能量法进行系统动力参数匹配计算,设计一套摆锤共振型大型风力机叶片疲劳加载系统。利用激光测距传感器获取加载点振幅为控制参数,以振幅偏差为偏差变化率输入,加载频率为输出建立模糊控制系统,控制器对振幅变化数据进行采集、存储与分析,并搜索跟踪共振频率,驱动变频电机实现叶片等幅稳定振动。现场试验结果表明,叶片加载载荷更均匀,控制过程稳定可靠,共振时叶片加载点振幅误差保持在±5%之内,为风力机叶片疲劳加载提供了理论基础与试验依据。