动态风工况下复杂地形风电场流场多尺度仿真

首先在秒级风速数据的基础上构建动态风速函数模拟真实风速工况,同时基于高程数据构建某真实复杂地形的三维结构图。基于格子玻尔兹曼方法并结合自适应格子排布,对复杂地形风电场非定常流场进行数值计算,得到该风电场的风资源分布。之后在典型位置布置2台2 MW风力发电机,考虑真实风力机叶片的动态旋转计算风力机及真实复杂地形在动态风工况下的流场。研究实际复杂地形和动态风速下风电场的风速分布及尾流结构演变规律。结果表明：该方法可实现对复杂地形在动态来流风速作用下的风资源分布预测,并考虑风力机小尺度尾流结构实现对真实风电场流场的多尺度仿真。     

基于风力机尾流排斥的平坦地形风电场微观选址优化

平坦地形风电场微观选址的优化研究中,常采用带有随机量的元启发式算法,这些算法难以达到全局最优,优化效率较低,且通常需要通过划分网格、增加约束才能得到稳定解。针对这些问题,文中提出了一种专门针对平坦地形风电场微观选址的高效且有稳定优化解的元启发式算法——风力机尾流排斥优化算法。参考范德华力原理,提出了风力机尾流排斥力的概念,用于描述风力机在尾流作用下的相互影响:2台风力机之间尾流作用越大,风力机尾流排斥力也越大。在算法优化过程中,风力机会在风力机尾流排斥力的作用下向使尾流减小的方向不断移动,直到达到最优解。仿真结果表明:风力机尾流排斥优化算法不需要网格约束,优化效率高,能得到确定的优质解,且优化结果符合实际工程要求。     

连铸结晶器气泡粒径影响因素的水模型实验研究

为了研究连铸结晶器内气泡的分布规律及影响因素,利用水模型实验研究了板坯连铸结晶器内的气液两相流动,并采用图像分析软件分析了不同吹气口、水流量、吹气量、插入深度和水口倾角对结晶器内气泡粒径的概率分布和平均粒径的影响.结果表明:气泡的平均粒径随吹气口孔径、吹气量和水口倾角的增大而增大,随着水流量的增大而减小.发现不同吹气口、水流量和吹气量对气泡粒径的概率分布及平均粒径的影响较大,插入深度和水口倾角的影响较小.     

不同空泡脱落模式下空化多尺度特性研究

云状空化是一种以相变为核心,包含多种尺度空泡生长演变行为的强瞬态多相流动现象。该文采用双向耦合欧拉-拉格朗日多尺度空化模型,模拟了空化数σ=1.2时,绕8°攻角三维NACA66水翼空化流动,通过VOF(volume of fluid)界面捕捉法求解欧拉体系下大尺度空穴演化,利用拉格朗日体系下的离散空泡模型(DBM)追踪亚网格尺度离散空泡运动及生长溃灭过程。结果表明：绕水翼云状空化流动,包含附着型片状空泡生长与发展、回射流产生与推进、云状空泡脱落和宏观片空泡再次生长以及压力波推进4个阶段。离散空泡数量及尺度随大尺度空穴周期性演变而变化,主要分布在强湍流脉动区。在各空化发展阶段,离散空泡集中分布在水翼中后部,微空泡直径概率密度函数均符合单峰Gamma分布,最高空泡数密度泡径为50μm。在湍动程度较小的附着型空穴生长阶段,微空泡数密度相对于空泡直径呈-5/3幂率特征;在湍动程度较大的回射流发展阶段、云状空穴脱落溃灭及压力波推进阶段,较小尺度的微空泡数密度相对于空泡直径呈-2/3幂率特征,较大尺度的微空泡数密度相对于空泡直径呈-6幂率特征。     

基于对称山丘地形与风力机耦合的流场数值模拟研究

复杂地形与风力机耦合诱导的流场较平坦地形下的风场流动特性更为复杂。基于致动盘理论和RANS方法,文章针对对称山丘地形与单台风力机间诱导流场的耦合作用,选取对称山丘地形的迎风山脚、迎风面、迎风半山坡、山顶以及背风半山坡5种布机方案进行研究。通过分析上述5种方案下所对应的风力机尾流区不同距离的轮毂高度处的径向风速与湍流强度的分布,以及山丘绕流与风力机尾流特性的相互影响,分析不同排布方案的影响,为复杂地形风电场尾流研究与风力机排布提供理论支持。     

连铸结晶器气泡粒径影响因素的水模型实验研究

为了研究连铸结晶器内气泡的分布规律及影响因素,利用水模型实验研究了板坯连铸结晶器内的气液两相流动,并采用图像分析软件分析了不同吹气口、水流量、吹气量、插入深度和水口倾角对结晶器内气泡粒径的概率分布和平均粒径的影响．结果表明：气泡的平均粒径随吹气口孔径、吹气量和水口倾角的增大而增大,随着水流量的增大而减小．发现不同吹气口、水流量和吹气量对气泡粒径的概率分布及平均粒径的影响较大,插入深度和水口倾角的影响较小．     

典型复杂地形影响下单台风力机布机方案数值计算研究

针对在典型复杂地形下选取单台风力机最佳布机点的问题,文章首先对典型复杂地形中的悬崖地形和高低山头地形分别进行无风力机工况下的数值模拟,根据得到的流场结果初步选取了不同迎风工况下的若干布机方案,最后,采用改进致动盘模型和拓展k-ε湍流模型相结合的方法,对各布机方案进行了风力机与地形耦合流场的数值计算。通过分析比较不同迎风工况和各布机方案下风轮前端1D处的轴向入流平均风速、湍流强度、垂直风速分量以及由轴向入流平均风速预测得到的发电功率,给出了合理的布机建议,为复杂地形风电场微观选址提供了理论支持。     

典型山丘地形与风力机诱导涡流耦合演变规律

风电场空气动力场是以涡流形式产生和演变,采用能够提供涡流演变细节特征的大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法模拟典型山丘地形的涡流结构,通过风洞试验数据验证湍动能输运(Kinetic energy transport,KET)模型模拟结果的准确性,并探讨不同入流风速对山丘地形风电场瞬时特性的影响。随后探索地形诱导涡与风力机尾涡耦合的时空演化机制,发现单台风力机与两台并列风力机工况的尾涡结构的耦合演变机理存在差异,单台风力机工况是由于二次涡的形成及其与尾涡的耦合作用,两台并列风力机则归因于二次涡与尾涡的耦合及两机组间涡流耦合的共同作用。针对复杂地形涡流演变的研究可以为风电场规划设计与运行提供参考。     

抽蓄电站地下厂房全厂温湿度分布规律的数值计算研究

抽蓄电站地下厂房温湿度环境复杂,不同洞室参数相关性大,测量需要消耗大量人力物力。建立了抽水蓄能电站地下主厂房的全厂CFD数值计算模型,同时将现场对应的层间通风口测试数据作为模型的边界条件,对层间通风管道以及轴流风机进行简化,计算不同季节工况下全厂温湿度分布。计算结果与现场试验数据进行对比,验证模型的可靠性。针对水轮机层进风湿度过高的问题,提出在进风口进行冷却除湿的方案,基于建立的模型进行计算分析,论证了方案的可行性。