基于浸没边界—格子Boltzmann方法的带自由液面的水力学问题模拟

为了高效、准确地通过数值方法研究涉及自由液面的流固耦合问题，将单相自由液面格子Boltzmann方法与浸没边界法相结合，提出可计算水流的液面波动及其与刚体相互作用的耦合模型，该耦合模型通过对耦合作用力的迭代，可确保浸没边界的无滑移条件的实现，并可提高耦合模型计算的稳定性和准确性。进而通过该耦合模型模拟和分析了宽顶堰溢流和自由拍门过流两种常见的水力学问题，验证了该模型的可行性和正确性。     

水泵水轮机甩负荷过渡过程中的压力脉动和转轮受力

水泵水轮机甩负荷过渡过程中,压力脉动和转轮受力剧烈变化,导致事故频发。本文采用动网格技术对某模型水泵水轮机的甩负荷过渡过程进行全流道三维数值模拟,分析了水轮机压力脉动和转轮受力变化特性及其演变的内流机理。结果表明:甩负荷过渡过程中,转轮进口回流的出现和发展显著增加了无叶区内流体的湍动能,使导叶与转轮之间的动静干涉明显增强,导致压力脉动幅值急剧上升,其最大值达到初始阶段的5倍以上;与此同时,转轮进口局部产生的回流使无叶区内的湍动能和压力脉动强度在高度方向不均匀分布;此外,转轮进口回流发展使叶道内流态分布失衡,产生低频旋转失速,导致转轮叶片所受力矩和径向力的波动幅值快速上升,最大波动幅值分别达到初始阶段的10倍和60倍,而尾水管涡带对其的影响处于次要地位。     

水泵水轮机泵工况旋转失速压力脉动特性及转动机理

水泵水轮机在泵工况部分负荷下运行,叶道内易发生旋转失速,可诱发剧烈的低频压力脉动,严重影响水电站的安全稳定运行。本文采用尺度自适应(SST-SAS)湍流模型对某模型水泵水轮机泵工况进行全流道非定常数值模拟,得到不同工况点下旋转失速引起的压力脉动特性及失速涡团的周向转动机理。结果显示,在40%~80%设计流量下运行时,导叶区发生旋转失速,失速涡团的转动频率为叶轮转频的3.3%~8.1%。旋转失速发展强度越剧烈,转动越慢。旋转失速周向转动的机理是:失速与非失速相邻导叶流道内存在较大压力梯度,在其作用下,失速流道内流体从活动导叶与固定导叶之间通道流向非失速流道,加剧非失速流道内流动分离。被阻碍的水流与无叶区主流叠加流向下一流道,并在活动导叶吸力面进口前缘产生局部低压,导致当前非失速活动导叶流道在进口与出口之间的逆压梯度增强,使流体反向流动,流道产生失速。     

利用高精度浸没边界-格子Boltzmann流固耦合格式模拟2维刚体自由沉降运动

自由刚体的流固耦合问题是计算流体动力学领域的热点问题,也是实际工程应用中的常见问题。为了推广最新提出的基于迭代力项的浸没边界-格子Boltzmann(immersed boundary-lattice Boltzmann, IB-LB)耦合格式使之能够计算自由刚体的流固耦合问题,首先在原控制方程中添加自由刚体的运动方程组,然后利用IB-LB耦合格式离散并数值求解该数学模型。以两小球在水箱中的自由沉降运动为例,比较了本方法与其他流固耦合算法的计算结果。最后模拟了富有挑战性的矩形平板在水箱中飘动的过程,捕捉到了与实验数据相吻合的刚体运动轨迹和流态结构,通过对比本法和现有同类算法的单步平均耗时与平板平均速度,证明了推广后算法在计算复杂流固耦合问题上有较高的计算效率和精度。     

含有电动汽车的直流微网运行控制研究

随着第三次能源革命的到来,传统的煤炭、石油正在急剧减少,环境受到的破坏也越来越大,大力发展可再生能源显得愈加重要,而在电力行业,清洁且无污染可再生的光电、风力以及氢燃料电池受到了很大欢迎,汽车行业也向着无污染的方向逐渐靠近。在直流微电网中,加入了光伏、储能、氢燃料电池(PEMFC)以及电动汽车,并对系统的运行工况做了分类,对各个模块在MATLAB/simulink进行了数学建模。控制策略将超级电容和蓄电池二者的荷电状态(SOC)考虑进去,在不同的运行工况下,通过各个模块的出力来实现直流微电网的稳定,让电动汽车参与直流微电网中的功率协调,提高了直流微电网中能量的利用率。通过仿真验证了控制策略的有效性。     

自适应图象增强滤波器

Unsharp masking滤波算法是一种经典的图象增强算法,算法简单但对噪声非常敏感;而传统的平滑去噪算法对图象细节有很大损失。本文采用改进的自适应UM算法来增强图象,既有良好的去噪特性,又增强了图象的边缘,且算法简单,适于实时处理,效果优于同类滤波器     

自适应图像增强滤波器

Ｕｎｓｈａｒｐ ｍａｓｋｉｎｇ滤波算法是一种经典的图象增强算法,算法简单便对噪声非常敏感;而传统的平滑去噪算法对图象细节有很大损失。本文采用改进的自适应ＵＭ算法来增强图象,既有良好的去噪特性,又增强了图象的边缘,且算法简单,适于实时处理,效果优于同类滤波器。     

水泵水轮机泵工况压力脉动和转轮受力特性

为研究水泵水轮机在泵工况下的内部流态变化对压力脉动和转轮叶片受力的影响,采用SAS-SST湍流模型对某一模型水泵水轮机的多个非设计工况进行非定常数值模拟,分析了水轮机内部流态对导叶与转轮之间无叶区、尾水管内的压力脉动和转轮叶片径向受力的影响。结果表明:在流量为40%～80%设计流量时,导叶区内产生旋转失速,转失速涡团初生于固定导叶进口,并随着流量的降低向活动导叶进口发展,且覆盖区域逐渐增大。旋转失速使压力和过流沿周向不均匀分布,导致压力脉动和转轮径向受力波动大幅上升。在40%设计流量时,失速涡团发展最为充分,无叶区压力脉动和转轮受力波动的低频分量幅值最高。旋转失速产生的低频脉动可向尾水管传播,形成的低频压力脉动幅值约为无叶区低频脉动幅值的10%。当流量低于40%设计流量时,导叶区旋转失速消失,复杂的涡结构形成的压力脉动低频成分没有周期性。此外,转轮进口的流动分离使尾水管内产生复杂的回流涡结构,导致尾水管内形成频谱丰富的压力脉动;流量降低使转轮进口回流涡结构的湍动能增加,导致尾水管内压力脉动幅值大幅上升。小流量工况下,转轮进口的涡结构演变是转轮径向力波动的主要影响因素。     

水泵水轮机泵工况压力脉动和转轮受力特性

为研究水泵水轮机在泵工况下的内部流态变化对压力脉动和转轮叶片受力的影响,采用 SAS－SST 湍流模型对某一模型水泵水轮机的多个非设计工况进行非定常数值模拟,分析了水轮机 内部流态对导叶与转轮之间无叶区、尾水管内的压力脉动和转轮叶片径向受力的影响。结果表明: 在流量为 40% ～80%设计流量时,导叶区内产生旋转失速,转失速涡团初生于固定导叶进口,并随着流量的降低向活动导叶进口发展,且覆盖区域逐渐增大。旋转失速使压力和过流沿周向不均匀分布, 导致压力脉动和转轮径向受力波动大幅上升。在40%设计流量时,失速涡团发展最为充分,无叶区 压力脉动和转轮受力波动的低频分量幅值最高。旋转失速产生的低频脉动可向尾水管传播,形成的低 频压力脉动幅值约为无叶区低频脉动幅值的10%。当流量低于 40%设计流量时,导叶区旋转失速消失,复杂的涡结构形成的压力脉动低频成分没有周期性。此外,转轮进口的流动分离使尾水管内产生复杂的回流涡结构,导致尾水管内形成频谱丰富的压力脉动; 流量降低使转轮进口回流涡结构的湍动 能增加,导致尾水管内压力脉动幅值大幅上升。小流量工况下,转轮进口的涡结构演变是转轮径向力波动的主要影响因素。     

基于神经模糊PID控制的四旋翼飞行器算法

四旋翼飞行器在执行任务时经常会出现稳定姿态精度低,抵抗干扰能力差等问题,提出一种神经模糊PID控制算法来调整原有模糊PID控制的模糊规则和隶属度函数,将设计的神经模糊PID控制算法与建立的四旋翼飞行器动力学模型相结合.为了验证神经模糊PID控制器的有效性,将传统PID、模糊PID控制算法作为对比算法,同时给定人为干扰因素.经过Matlab/Simulink仿真实验表明:在神经模糊PID控制下的四旋翼飞行器,具有较好的响应速度,稳态精度及更好的抗干扰能力,控制效果均优于对比算法.