极端海况下海上漂浮式风力机张力腿平台动力分析

根据NREL5MW风力机设计参数,建立整机及其张力腿平台三维模型,针对平台动力特性,采用有限元方法,利用ANSYS有限元软件和开源程序软件FAST,基于Block Lanczos算法和Von-Mises失效理论,考虑平台结构阻尼和惯性载荷,分别研究了平台振动特性和极端海况下平台结构应力。结果表明:不同的风波流载荷方向对平台强度影响极大;最大等效应力发生在平台底部圆板边缘即为平台危险区域;风轮转动和波浪运动均不会引起平台发生共振响应。     

三种漂浮式风力机柔性部件的动力学响应对比

柔性部件作为漂浮式风力机的重要组成部分,对其整机安全性有极大影响。为研究漂浮式风力机柔性部件在风浪流联合作用下的动态响应,本文基于模态截断法与多体动力学相结合的计算方法,采用水动-气动-弹性-伺服全耦合软件FAST软件,选取3种具有代表性的漂浮式风力机作为研究对象,研究其动态响应并对比分析。结果表明:在风浪流作用下,3种漂浮式风力机叶尖挥舞位移都较大,叶尖摆振位移较小;Spar和Barge的塔尖摆振位移变化相近,TLP的塔尖摆振位移变化较大;3种漂浮式风力机的叶根载荷均值大小相近,但Barge的叶根挥舞弯矩变化较大;Spar和TLP的发电机功率较为稳定,维持在5MW左右,Barge的发电机功率略小,且波动略大。     

基于偏航的风力机尾迹偏移控制流动机理研究

通过非定常CFD方法模拟在大气边界层环境下2台串列布置的全尺寸5MW风力机组,研究在风场多尺度流动特性下基于偏航的尾迹控制方法导致尾迹偏移的流动机理.结果表明:上游风力机偏航可有效提高风场总功率;速度场分析显示偏航时尾迹发生形变,而涡量场分析表明偏航的尾迹在传播过程中将产生一对逆时针旋转的涡,从而导致尾迹在宏观上表现为偏移;尾迹偏移效果仅在轮毂高度处较为显著,发生形变的尾迹低速区仍会向其余区域扩散.     

基于吹吸结合射流的风力机翼型气动性能数值研究

为提升风力机翼型气动性能,提出无需外界气源的吹吸结合射流(blow-suction combined jet,BSCJ)流动控制方法。以NACA0021为基础翼型,利用正交设计对吸气缝距前缘距离、吹气缝距尾缘间距及射流动量系数等几何与流动参数进行优化设计,研究了BSCJ对翼型不同攻角下升阻力系数、流场结构、压力系数及边界层速度的影响,以分析其控制机理和影响规律。结果表明:BSCJ主要通过移除翼型吸力面低动量流体和改变尾缘库塔条件以延后翼面分离点,从而显著增加翼面两侧压差,最终提升翼型气动性能。此外,射流动量系数是影响翼型气动性能的主导因素,且当吸气缝距前缘0.2c、吹气缝距尾缘0c及射流动量系数为0.01时为最优,该组合在0～24°攻角升阻比增益较大,具有良好的经济性。     

变流量水源热泵系统频率与阀开度联合调控策略

为提高变流量水源热泵系统在实际应用过程中的运行性能,分别进行恒定压缩机频率变膨胀阀开度和恒定阀开度变频率实验,提出一种频率-阀开度联合调控的策略并进行协同控制实验,研究该策略对于水源热泵系统性能的影响,并与仅使用电子膨胀阀或压缩机频率调控进行对比。结果显示：较低频率下电子膨胀阀的调节区间减小,适当增加冷冻水温度可以扩大其调控范围,最高制热量和最优性能系数C_OP对应的阀开度相同;频率为45—55 Hz时,调控区间较小,改变冷冻水进水温度对频率的调节特性影响不大,制热量随着频率的升高而升高,C_OP随着频率的升高而降低,可根据用户的不同需求选择较优的频率值;频率-阀开度的联合调控策略使系统在2个工况下的最高C_OP比仅使用阀开度调节提高了10%和9.9%,比使用频率调节提高了6.5%和7.6%。     

地震及多风况下风力机塔架动力响应

为分析不同风速的湍流风与地震联合作用下大型风力机塔架动力学响应,以美国可再生能源实验室(NREL) 5 MW风力机为研究对象,基于考虑土-构耦合效应的Wolf理论,利用动态入流理论及Prandtl理论修正的叶素动量理论计算气动力,基于FAST软件预留数据接口开发了地震载荷计算模块,建立了湍流风与地震联合作用下的风力机仿真模型;计算了5组风速与30种强度地震耦合共150种工况下的风力机塔架动力学响应。结果显示：额定风速下,塔顶位移响应受地震激励影响明显;低风速下地震作用对塔架加速度响应影响较大,高风速的湍流风会加剧塔架剪切力和弯矩响应;湍流风与地震联合作用时,塔顶位移及剪切力和塔基剪切力及弯矩的临界地面加速度峰值随风速的增大先增大再减小,塔顶加速度的临界地面加速度峰值在高风速下随风速增大而增大。     

襟翼相对长度对翼型流场结构影响

以NACA0018为基准翼型,采用Fluent数值模拟的方法,对比研究了襟翼相对长度和翼缝相对宽度对翼型流场结构及升、阻力特性的影响;文章分别选取了襟翼相对长度分别为0.2、0.3和0.4和翼缝相对为1.0%,分析襟翼相对长度对翼型气动性能的影响。数值结果表明:由于襟翼对翼型周围主涡发展和变化的影响,不仅改善了翼型的失速特性,同时也提高了翼型的气动性能。襟翼翼型的失速攻角在此次研究范围内均大于基准翼型,在攻角小于失速攻角时,襟翼翼型的升力系数均小于基准翼型,阻力系数均高于基准翼型,但升力系数的最大值均高于基准翼型;随着襟翼相对长度增大,翼型临界攻角逐渐减小;在攻角接近翼型失速攻角时,升力系数先增大后减小;襟翼长度相同时,随着翼缝相对宽度的增大,升力系数逐渐减小。     

基于水冷压缩式制冷循环的CO2水合物海水淡化实验研究

提出一种基于水冷压缩式制冷循环的CO₂水合物海水淡化方法,并进行了CO₂水合物海水淡化实验,实验选取4种不同的初始海水盐度（10‰、20‰、30‰、40‰）,控制其温度为20℃,在4种不同的充注压力（3.6 MPa、3.8 MPa、4.0 MPa、4.2 MPa）下进行实验,考察了初始海水盐度和充注压力对海水淡化效果的影响。结果表明,充注压力越高,初始海水盐度越低,水合反应预冷时间越短。在充注压力为4.2 MPa、初始海水盐度为10‰时,预冷时间最短（15.01 min）,淡化水产量最高（3 172.34 g）,淡化速率最快（211.35 g/min）,淡化水盐度最低（4.49‰）,盐去除率为5.11‰。在充注压力为4.2 MPa、初始海水盐度为30‰时,淡化水产量为2 868.66 g,淡化速率为165.63 g/min,淡化水盐度为6.49‰,盐去除率最高,为8.37‰。充注压力越高,初始海水盐度越低,则淡化水能耗越低。     

锂电池循环充放电过程热管理实验

针对动力电池充放电过程积热问题,以动力锂电池(18650型)为研究对象,在25、30和35℃恒温环境中,研究自然风冷、强制风冷和相变材料冷却3种方式对电池在1、2和3 C倍率放电时散热性能的影响。研究结果表明,自然风冷下,电池温度随环境温度和放电倍率的增加而上升,且在35℃、3 C放电倍率时表面最高温度达到86.45℃,最大温升速率达到20.6℃·min^-1;1和3 m·s^-1风速下,温度分别下降31.29%和32.61%,且3 m·s^-1风速时的温升速率下降至6℃·min^-1以下;相变材料在电池多次循环充放电过程中,对电池冷却效果最稳定,降温效果最佳,最高温度低于50℃,表面温差小于3℃,且温升速率降低至3℃·min^-1以下。研究结果对动力电池充放电过程热管理具有一定指导意义。     

浮式风力机多平台阵列的动态响应

为研究浮式风力机多平台阵列的动态响应特性,建立了基于OC3-Hywind Spar Buoy平台的NREL 5 MW浮式风力机整机模型,根据辐射/绕射理论方法分别研究并比较了单平台、1×5线性排布和3×3方阵排布的多平台动态响应特性.结果表明:浮式风力机Spar平台在纵荡、垂荡和纵摇方向的响应均集中在低频波浪阶段;1×5线性排布的多平台纵荡位移响应均低于单平台,共用系泊系统有效抑制了平台的纵荡位移响应,但是对垂荡位移、纵摇偏转角响应影响不大;3×3方阵排布位于两侧的平台存在较大的横荡位移响应,但纵荡位移响应均小于单平台,位于中间位置的平台纵荡位移响应大于单平台,但横荡位移响应几乎可以忽略不计;3×3方阵排布中心位置和顶点处的平台垂荡位移、纵摇偏转角响应小于单平台,其余平台垂荡位移、纵摇偏转角响应没有受到明显抑制.