螺旋侧板厚度对浮式风力机Spar平台涡激载荷的影响

Spar平台因其特殊的深吃水立柱式结构,在来流影响下极易发生涡激运动。为探究不同厚度螺旋侧板对浮式风力机Spar平台涡激载荷的影响,基于CFD方法,针对不同厚度螺旋侧板,对平台进行了数值模拟并详细分析平台的升阻力系数、压力场及涡量场等流场参数。结果表明:螺旋侧板可有效抑制涡激载荷,且随厚度增加,升力系数幅值先增加后减小,阻力系数逐步减小;在研究范围内,螺旋侧板厚度为0.10 D时,升力系数幅值最小,阻力系数与原型平台在同一范围内,对涡激载荷的抑制效果最好。     

垂荡板对传统Spar平台水动力特性的影响

为研究垂荡板对传统Spar平台水动力特性的影响,以Umaine-Hywind Spar平台为模型,利用有限元软件对垂荡板在Spar平台不同位置处的频域和时域特性进行分析,并在最佳位置处对比分析了不同透空率的垂荡板对Spar平台影响。结果表明:在相同的海况条件下,垂荡板在Spar平台下部安放有利于其工作,使其获得的响应更小,而在下部安放的垂荡板中,透空率为5%的垂荡板性能优于透空率为0的垂荡板。综合几个算例可以得出:垂荡板可以改变并优化Spar平台,然而这需要考虑影响垂荡板的因素(透空率,板间距、数目等),并非垂荡板就一定会降低Spar平台的垂荡响应。     

热风再循环机炉耦合高效发电系统变负荷性能仿真及优化

基于热风再循环回收烟气余热的机炉耦合发电（HAR）系统具有高效节能、受热面投资少、运行安全性高等优点。为解决其在全负荷范围安全又高效运行的问题,本文以某600MW烟煤机组为例,利用Ebsilon软件对HAR系统进行变负荷仿真研究。结果表明：烟气余热回收系统的排烟温度随负荷减小而降低,使锅炉空气预热器在低负荷下面临严重低温腐蚀风险;在低负荷下,现有的HAR系统难以通过调节高压、低压省煤器吸热量控制空气预热器冷端金属温度从而控制低温腐蚀;为在全负荷范围保证HAR系统内受热面安全可靠运行,提出了在余热回收系统中增设热量旁通管的HAR优化系统;在50%~100%热耗率验收工况（THA）负荷范围,应用该系统可使实例机组的标煤煤耗降低1.94~3.32g/(kW·h),在全负荷范围保持显著节能效益。为进一步推进该技术付诸应用,文章提出了HAR优化系统的运行控制方法。     

市政污泥吸附等温线模型和热力学性质

采用静态重量法测定了市政污泥在30℃、40℃、50℃下的吸附等温线,选用11个常见的数学模型对实验数据进行了拟合并对最佳模型进行了解析,通过净等量吸附热q_st、微分熵ΔS、扩散压力π、净积分焓q_in和净积分熵ΔS_in等指标评价污泥的热力学性质。试验结果表明,在温度恒定时,等温曲线属于Ⅱ型,GAB模型拟合效果最佳,能较好地反映平衡含水量随水分活度的变化。应用Clausius-Clapeyron方程,利用等温线模型计算净等量吸附热和微分熵,随着平衡含水率的增加,净等量吸附热和微分熵明显降低,调和平均温度T_hm与等速温度T_l不等,焓-熵补偿理论成立。在一定的水活度下,扩散压力随温度的升高而减小,在温度恒定的情况下,扩张压力随水分活度增大而升高。净积分焓随平衡含水率的增加而减小,而净积分熵在低平衡含水率时随平衡含水率的增加而减小,在30℃、40℃和50℃时分别达到最小值-75.698J/(K?mol)、-78.987J/(K?mol)和-82.687J/(K?mol),然后呈上升趋势。     

高孔密度下泡沫铜的填充率对石蜡融化传热机理的影响

基于石蜡和高孔密度的泡沫铜制备了复合相变蓄热材料,设计并搭建了一套可视化蓄热实验装置,分析了高孔密度下泡沫铜填充率对石蜡相变过程的强化传热机理,得到了复合相变蓄热材料的综合传热系数。实验结果表明,当泡沫铜填充率为0、0.43%、1.29%和2.15%时,复合相变材料的综合传热系数先减小后增大,分别为1.26W/(m·K)、1.18W/(m·K)、1.44W/(m·K)和1.88W/(m·K),因此随着泡沫铜填充率的增加,复合相变材料的融化时间先增长后缩短。此外,随着泡沫铜填充率从0.43%增至2.15%,复合相变材料融化时传热机制中导热占比从17.26%上升到86.01%,自然对流占比从82.74%下降到13.99%。     

双螺杆水蒸气压缩机喷水冷却特性研究

水蒸气压缩机在机械蒸汽压缩、海水淡化、高温热泵等工业领域具有良好的节能潜力与应用前景。喷水可以有效解决排气温度过高的问题,提高水蒸气压缩机的性能。为了获得最佳喷水量的变化规律,建立了双螺杆水蒸气压缩机喷水冷却实际工作过程的传热传质模型,考虑喷入水的汽化、泄漏、闪蒸、输送等对实际压缩过程的影响。与试验结果对比,计算结果误差在±5%以内,表明模型能够较好地预测喷水螺杆水蒸气压缩机的工作过程与性能。利用此模型,研究了喷水量、转速和吸气压力对压缩机性能的影响。研究结果表明,喷水可以有效提升压缩机性能,相比不喷水而言,喷水在部分工况下可将压缩机容积效率提高11.9%,绝热效率提高17.2%,且存在最佳喷水量,使得喷水螺杆水蒸气压缩机的性能最佳,最佳喷水量随着转速、吸气压力的增加而增加;最佳喷水比主要受转速的影响,随着转速的增大而增大,其最佳喷水比在8.9%～10.4%之间;随着吸气压力降低,压差增大,喷水螺杆水蒸气压缩机的性能降低较快,表明泄漏对喷水螺杆水蒸气压缩机性能影响较大,尚需进一步研究。     

基于正交试验凹槽-襟翼垂直轴风力机数值研究

为改善垂直轴风力机气动特性,对凹槽-襟翼开展研究。以NACA0021翼型为研究对象,采用正交试验设计对格尼襟翼高度、格尼襟翼位置及凹槽直径等参数进行组合,通过数值计算对垂直轴风力机气动性能与流场结构进行研究,分析凹槽-襟翼流动控制机理及对垂直轴风力机的作用效果。结果表明：格尼襟翼高度是影响垂直轴气动性能的主要因素,且襟翼高度为1.75%c、位置为1.50c及凹槽直径为1.50%c时效果最佳;同时,凹槽-襟翼通过改变尾缘库塔条件以加速翼型吸力面流体流动,从而改善流动分离,增加翼型表面压差,提高垂直轴风力机气动性能;凹槽-襟翼在低尖速比时对垂直轴风力机作用效果较明显,当尖速比为2.33时,凹槽-襟翼垂直轴风力机平均风能利用系数较原始翼型最大可提高35.82%。     

基于多目标遗传算法的垂直轴风力机专用翼型优化设计

为提升垂直轴风力机翼型综合气动性能,建立针对多运行工况的翼型优化设计方法。采用CST参数化方法表征翼型几何外形,通过优化的拉丁超立方抽样方法进行空间采样,利用CFD方法计算翼型气动力,并建立径向基函数神经网络代理模型,以翼型小攻角下升力和失速攻角下升阻比最优为设计目标,采用多目标遗传算法在代理模型上进行寻优,获得适用于垂直轴风力机的专用翼型以提高其在不同尖速比下的旋转力矩。对风力机常用翼型NACA0018进行优化,结果表明：以翼型失速攻角和最大升阻比攻角为优化目标,不仅提高了单翼型的升力系数与升阻比,而且将优化翼型应用于垂直轴风力机时还可提升使整机力矩系数。     

垂直轴风力机变桨控制策略及气动性能影响研究

以H型Darrieus垂直轴风力机为研究对象,基于不同尖速比下攻角随相位角变化规律,提出一种俯仰角控制策略,即攻角较大时俯仰变化幅值较大,而攻角较小时幅值较小。通过数值计算了解此控制方式对气动性能的影响规律,分析变桨后不同旋转角度下风力机涡量场的变化,并讨论气动载荷变化的原因。结果表明：所提俯仰角控制策略可显著增强风力机功率系数,且尖速比较低时提升效果越显著,在TSR为1.25时功率系数提升高达146%。     

尾缘非定常射流襟翼对垂直轴风力机气动特性影响研究

为提升垂直轴风力机气动性能并改善其动态失速特性,将射流襟翼布置于翼型尾缘压力面,并提出5种射流控制策略,采用计算流体力学方法研究不同策略对垂直轴风力机气动性能影响,从而确定最佳控制策略。结果表明：在180°~360°相位角范围内施加射流控制可使风力机风能利用系数在最佳尖速比下提升31.31%,并有效抑制吸力面尾缘涡形成与发展,增大翼面两侧压差;射流越靠近尾缘,垂直轴风力机气动性能提升效果越好。