基于正交试验的非对称垂直轴水轮机数值模拟

运用正交试验法开展了具有非对称NACA翼型的垂直轴潮流能水轮机的非定常数值模拟研究,分析弯度、弯度位置、前缘半径、最大厚度位置对叶轮能量提取率的影响。使用极差分析法确定了各因素影响的主次顺序和各尖速比下由最优参数确定的翼型。结果表明:在不同尖速比下,弯度是影响水轮机性能的主导因素,对水轮机能量提取率的贡献率分别为44.7%(尖速比λ=2.25)、53.4%(尖速比λ=2.5)和59.4%(尖速比λ=2.75);次要因素为最大厚度所在位置,其余两个参数对其性能影响较小。针对最优参数确定的翼型进行验证,结果证实具有该翼型的水轮机的动力学性能要好于其他翼型。     

垂直轴风力机两种翼型气动性能比较研究

叶片是风力机最重要的组成部分,在不同的风能资源情况下,翼型的选择对垂直轴风力机气动特性有着重要的影响。文章分别以NACA0018翼型(对称翼型)和NACA4418翼型(非对称翼型)建立3叶片H型垂直轴风力机二维仿真模型。应用数值模拟的研究方法,从功率系数、单个叶片切向力系数等方面比较两种风力机模型在不同叶尖速比下的气动特性,并采用风洞实验数据验证了流场计算的准确性。CFD计算结果表明:在低叶尖速比下,NACA4418翼型风力机气动特性优于NACA0018翼型风力机,适用于低风速区域;在高叶尖速比下,NACA0018翼型风力机气动特性较好,适用于高风速地区。而且在高叶尖速比时,NACA0018翼型在上风区时,切向力系数平均值要高于NACA4418翼型,在下风区时,NACA418翼型切向力系数平均值高。该研究可为小型垂直轴风力机翼型的选择提供参考。     

基于儒可夫斯基变换的涡轮钻具叶片设计及性能分析

为提高涡轮钻具叶片使用性能和创新叶片设计理论,提出了基于儒可夫斯基保角变换法与经典水力翼型相结合的涡轮钻具叶片设计新方法,以?127涡轮钻具叶片为研究对象,运用搭建的涡轮钻具叶型参数化设计平台和自主设计的涡轮钻具性能测试台架,完成了5种翼型的造型设计,研究了5种叶片流场性能,开展了设计叶片的性能测试实验,对比分析了设计叶片与塔里木油田某型在役?127涡轮叶片的实际效能。实验及仿真结果表明,基于新方法设计的NACA-0012翼型加厚叶片在600 r/min转速及15 L/s流量的设计工况下,其单级扭矩达5.83 N·m,较相同条件下某在役?127涡轮的单级扭矩提高约6.4%,级效率提高约1.16%,整体性能有了实质提升。     

兆瓦级风力机翼型多目标优化设计和研究

随着风电发电技术的不断发展,对风力机的各项性能要求越来越高,气动噪声问题已成为风电行业研究的关键方向。以提高叶片的气动性能和降低噪声为设计目标,基于改进的Hicks-Henne型函数优化翼型结构方程,并结合多目标粒子群优化算法,对S8035翼型进行优化设计;利用Xfoil软件对优化后的翼型进行评估计算,并对其气动噪声和流动特性进行模拟仿真。分析结果表明优化后的叶片具有更好的气动特性和更低的噪声特性,验证了该设计方法的可行性。     

低雷诺数下的飞机机翼结构设计及优化

低雷诺数对翼型效率等方面的影响较大,影响微小型飞机的运行质量,因此,选择机型和设计机翼,是飞机结构设计中的重要部分,飞机的机翼结构直接影响气动性能,其结构设计必须保证合理性。当下设计高性能的飞行器,一般以基础翼型为基础进气动等方面的优化改造,以使飞行器获得更好的飞行性能,能更好的被应用到所要求的场景中。基于此,本文首先对机翼设计的参数及设计方法进行描述和分析,然后从多方面探讨低雷诺数下的飞机机翼结构优化设计的方法,以期为相关工程人员提供有效参考。     

垂直轴潮流能水轮机不同翼型叶片空化规律

为研究垂直轴水轮机叶片翼型形状对叶片空化的影响,采用数值模拟方法,对相同条件下相同相对厚度不同相对弯度的翼型,以及相同相对弯度不同相对厚度的翼型做了空化仿真。仿真结果表明,相同相对厚度不同相对弯度的薄、厚两种翼型,随着相对弯度增大,空化现象越易出现。相同相对弯度不同相对厚度的对称、相对弯度不为零的两种翼型,随着相对厚度增大,空化现象越易出现。同时监测了不同情况下翼型的升力系数和阻力系数,考虑到空泡的出现对翼型升力和阻力有所影响,将能量转化参数中的升力系数、阻力系数和升阻比与空化性能结合起来讨论。并将翼型按照相对弯度与相对厚度分组,分别探讨了相对弯度和相对厚度对翼型空化的影响规律,翼形相对厚度相同时,相对弯度越大,或者翼形相对弯度相同,相对厚度越大,则更容易空化。     

基于气动性能与刚度特性的风力机翼型优化设计

结合翼型泛函集成理论与叶片截面刚度矩阵数学计算模型,提出了风力机中等厚度翼型气动性能与结构刚度特性的一体化设计方法,实现了翼型气动性能与叶片截面刚度特性的同时提高。对考虑叶片截面铺层参数变化设计的WQ-B300翼型与DU97-W-300翼型进行了气动性能与结构刚度特性对比分析,结果表明:相比于DU97-W-300翼型,WQ-B300翼型的气动性能与叶片截面刚度性能均有显著提高,其挥舞刚度和摆振刚度分别提高了6.2%和8.4%,验证了该设计方法的可行性,给风力机中等厚度及大厚度翼型设计提供了一种思路。     

改进CBY桨搅拌釜内单相流体流动与传热特性研究

使用计算流体力学软件FLUENT(V6.3)对自行设计的开槽式翼型搅拌桨—CBY-H桨搅拌釜内单相体系的流动性能进行了数值研究,采用多重参考系法(MRF)和RNG k-ε湍流模型模拟搅拌釜内液体的流动情况,并将研究结果与标准的CBY桨的轴流特性进行了对比。结果表明,CBY-H桨可提高流体轴流循环性能,在桨叶下方和桨叶区流体的轴向速度比CBY桨大,高速运动的流体区域覆盖范围更广,釜内速度分布更均匀。同时CBY-H桨消耗的功率低于CBY桨,节能18.4%。论文还进行了传热实验研究,发现CBY-H桨的釜内对流传热系数略大于CBY桨,获得了传热系数Nu的关联式。     

工型梁柱弱轴直线扩翼型节点的滞回性能研究

本文参照梁与箱型截面柱强轴连接时的扩翼参数,设计了3组工型梁柱弱轴连接的斜边为直线的扩翼型节点模型,应用有限元软件ABAQUS分析了节点扩翼参数对扩翼型节点滞回性能的影响规律。研究发现:当钢材达到屈服强度后,扩翼段的外伸宽度、扩翼段斜边沿梁纵向长度、扩翼段斜边根部至蒙皮板间的距离对节点骨架曲线的影响程度依次减小;工字型梁柱弱轴连接的扩翼参数取值范围小于扩翼梁与箱型截面柱强轴连接时更加合理。