浪流集成发电机组研究与试验

为提高能源捕获和能量转换效率,改善水轮机叶片对流场性能的影响,以发展海洋可再生能源发电装备技术为目标,采用流体力学中 ANAYS 仿真模拟和试验对比研究的方法,提出一种双向浪流集成发电机组。该装置采用柔性直驱式永磁发电机,省去中间的增速机构,实现了小型模块化供电,提高了水轮机能量转换效率。为提高水轮机能量系数,优化流场性能,设计了双向导流罩,研究不同导流罩张角对流场的影响,对其进行仿真分析,并针对不同张角的导流罩进行模拟,得到最佳导流罩张角。水槽试验结果表明: 该装置最大功率点的取值取决于叶轮叶片的结构参数、导流罩的大小和电动机的效率。增设导流罩可以降低流体在导流罩内的湍动干扰作用,改善叶轮在流场环境下的运行效果。导流罩扩口最佳角度在 25°附近。该装置具有低速起动性能好、不需要换向以及效率高等特点,可以在流速较低、双向来流的条件下推广使用。     

基于自抗扰控制的潮流发电系统最大功率跟踪控制

为了使潮流发电系统在各种工况下均能输出最大的功率，提出一种针对永磁同步电机的以线性自抗扰控制为核心的控制方法。潮流发电系统的输出功率与其获能机构的转速呈非线性关系，在其处于最优叶尖速比状态时可输出最大功率，依据叶尖速比与功率关系作为优化目标，一种新的基于线性自抗扰控制的发电机转速控制策略能够使整个潮流发电系统能够快速达到输出功率峰值。使用MATLAB/Simulink平台对潮流发电系统建立了仿真模型，以可控输入信号模拟不同工况，通过相应的输出验证控制策略的效果。仿真结果能够实现在多种工况下发电机转速快速跟踪峰值功率的预期，并给出各最优解的参数设置。     

稀土元素Y对Cu-0.4%Mg合金热变形行为的影响

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cu-0.4%Mg合金在变形温度为500~850℃,应变速率为0.001~10 s~(-1)条件下进行热模拟试验,研究稀土元素Y对其热变形行为的影响。对热变形过程中的组织演变进行分析,测得Cu-0.4%Mg合金和Cu-0.4%Mg-0.15%Y合金的真应力-真应变曲线。通过线性回归分析,计算出热变激活能,建立本构方程。结果表明:稀土元素Y可以细化晶粒,抑制动态再结晶的发生,促进第二相析出,提高Cu-0.4%Mg合金的显微硬度;流变应力随温度的降低或应变速率的升高而增大,高温低应变速率更有利于动态再结晶;Y的加入使Cu-0.4%Mg合金在600℃,应变速率为0.001 s~(-1)热变形的峰值应力提高了约22%;Cu-0.4%Mg合金和Cu-0.4%Mg-0.15%Y合金的热变形激活能分别为255.210 k J/mol、345.372 k J/mol,提高了约35%。     

一种卧式浪流轮机导流罩选型分析北大核心CSCD

针对某种卧式浪流轮机获能效率较低的问题,提出对卧式浪流轮机加装导流罩,起到聚流增速的效果。在Gambit里对所设计的导流罩、水轮机以及两者组成的系统进行建模并且划分网格,用CFD软件(Fluent)建立数学模型,对导流罩主要参数进行仿真研究。分别对导流罩的长度以及开口张角进行分析,并且对比有无导流罩卧式浪流轮机获能效率的状况;仿真结果表明,加装导流罩使卧式浪流轮机水动力学性能更好,获能效率更高,并且得出导流罩主要参数尺寸。     

海浪发电机双向轴流叶轮设计与仿真分析

为了使海洋浮标具备正常的定位及监测功能,需要合理地进行双向轴流叶轮的选型分析。采用软件对翼型进行选择,并通过 Fluent 软件对翼型进行水动力仿真分析,由压力云图得到影响流体动力性能的主要因素是前半段的弧线。基于此设计 S 翼型,进行 UG 建模,并通过接口导入 Fluent 软件进行叶轮仿真,以选定叶片数量。采用叶素动量理论( BEM) 对海流能自供电浮标叶轮翼型进行原理分析,建立 Bladed 模型,仿真得到叶轮输出特性,从而验证了水动力仿真的正确性。通过模拟试验平台对所设计叶轮的可行性进行验证。结果表明: 桨距角为 15°,尖速比为 4,叶片数量为 4 的叶轮在流速2. 2 m / s 下获能效率最大,其数值接近40% 。通过对仿真及理论分析的正确性进行验证,能够为之后的水槽及海试试验提供数据参考。     

轮式倒立摆的数学建模及状态反馈控制

轮式倒立摆是检验各种控制理论的理想模型,首先采取牛顿力学分析的方法,依次得出轮式倒立摆中直流电机、车体和摆杆动力学方程,从而基于小角度线性化方法得出轮式倒立摆的近似线性模型;然后基于Matlab进行轮式倒立摆的状态反馈控制,设计出其控制律,验证其可行性,但是轮式倒立摆的数学模型通常是经线性化处理后得出,为了提高仿真准确性,再基于虚拟样机技术,对轮式倒立摆进行Madab与ADAMS的联合仿真,仿真结果显示系统响应曲线在规定时间内迅速收敛至O附近．此结果不仅验证了联合仿真中状态反馈控制的正确性,而且表明联合仿真是控制理论研究中值得推广的方法。     

高Zr含量Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金高温变形行为

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金进行等温热压缩实验。分析了合金变形温度为550~900℃,应变速率为0.001~10 s~(-1)条件下的真应力-真应变特征、热压缩过程中的组织演变和热变形机制。结果表明:在550~750℃时具有典型的动态回复特征,在850~900℃时具有动态再结晶热变形特征。变形温度和应变速率对Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金有显著影响。在真应力-真应变曲线的基础上,建立等温压缩变形过程中的流变应力与应变速率和变形温度之间的本构方程,得到合金的热变形激活能Q为379.16 kJ/mol,与纯铜相比,高Zr含量Cu-1.0%Zr-0.15%Y合金热变形激活能提高了81%。添加稀土元素Y,可以细化Cu-Zr合金晶粒,促进动态结晶。     

新型海流能发电装置控制系统的研究

基于MPPT(最大功率点跟踪)理论及CVT(恒压转换)法的新型海流能发电装置控制系统的设计,增加了直流总线端稳压控制及捕获最大功率控制,在Matlab内建立数学模型模拟发电机输入转速及海流速度,并在Simulink环境下进行仿真研究、系统搭建及编程.其仿真结果表明给定最大功率值与实际输出功率的比值基本不变,说明该系统能够实现对最大功率捕获,直流总线端电压基本稳定,验证了整个控制系统的设计合理性.进而搭建试验平台,对整个系统进行试验研究.根据实际记录数据拟合得到的曲线与理论曲线一致,且电压也在合理的波动范围.试验结果证明该控制系统正确,可进一步示范应用.     

基于北斗系统的浪流发电装置及监测系统设计CSCD

因海洋能不稳定、难以实现独立或并网供电,上海海洋大学将波浪能和潮流能进行耦合发电,成功研制出具有原创性的浪流一体化柔性浪轮式发电装置,发电装置远离海岸且海洋环境恶劣无人值守,应用导航系统进行实时定位及监控十分必要。分析了北斗卫星导航系统在海洋监测中运用的必要性,设计了基于北斗系统的浪流发电实时监测系统及通讯系统。实际应用表明北斗卫星导航系统以其高精度、高接收率、全天候、具备短报文通信功能等特点,在海洋能发电实时监测中有着不可替代的优势。