水平轴风力机的几个关键气动问题探讨

水平轴风力机是最有效的风能转换装置之一 ,在世界各地得到了广泛的应用。本文讨论了在风力机的研究和开发过程中所遇到的几个关键气动问题 ,在分析这些问题产生原因的基础上 ,介绍了目前的研究现状和研究水平。本文并结合问题所涉及的基本理论 ,以及学科发展的趋势 ,提出了解决问题的基本方法 ,以及发展方向和近期可望达到的目标等     

基于稀疏分解理论的航空发动机轴承故障诊断

航空发动机轴承在高温、高压、高转速等恶劣条件下运行,机动工况较多,因而故障模式复杂,背景噪声强烈,难以及时有效地诊断。针对上述问题,提出基于稀疏分解的逐级匹配形态分析(Stagewise matching morphological component analysis,SMMCA)方法。稀疏分解是一种在超完备字典上对信号进行分解,并通过优化重构算法求解信号最稀疏表达的信号处理方法。逐级匹配形态分析基于稀疏分解理论,根据信号组成成分的差异,分别构造相应成分的稀疏字典,然后通过交替投影理论和逐级正交匹配追踪算法(Stagewise orthogonal matching pursuit,St OMP)对各组成成分进行优化重构,从而实现各成分的降噪和分离,准确快速地捕获信号中的特征信息。将提出的基于稀疏分解的逐级匹配形态分析方法应用于航空发动机轴承故障诊断,仿真和试验对比分析验证了该算法的有效性。     

直流电弧炉钢棒式底电极传热与流动数学模型

 为了深入了解直流电弧炉水冷钢棒式底电极的传热过程，根据底电极的炉底结构结合相应的边界条件，建立了基于流动的二维轴对称固液相变传热数学模型。推导了考虑水冷铜套和电极之间空气隙影响的等效对流换热系数以及通电时的径向和轴向电磁力方程。模型中考虑了底电极从固态300 K到液态2 000 K过程中钢的物性的连续变化。利用所建模型，可以数值模拟直流电弧炉单炉冶炼、双炉冶炼的非稳态传热过程以及考察计算参数和结构改变影响的稳态传热过程，为改善电弧炉的安全性、提高工作效率提供理论依据。     

电子器件散热串联轴流风扇短管降噪试验

对两台电子器件散热轴流风扇采用不同方式串联时的气动噪声特性开展试验研究。首先利用风扇等高平面内环形布置的传声器阵列对单风扇和串联风扇的远场噪声进行测量,发现串联风扇相比单风扇具有更高的宽频噪声和更复杂的单音噪声特性。然后对比加装方框、蜂窝和短管中间连接件的串联风扇在不同转速下的噪声声压级指向性分布,发现短管连接件对串联风扇的单音和宽频噪声均具有良好的降噪效果,其中设计转速下单音相比方框连接的串联风扇下降1.2dB(A),宽频下降0.5dB(A)。最后,提出串联风扇的两段短管降噪方法并验证了其在多转速运行工况下的降噪效果。论文对串联电子器件散热风扇气动噪声的研究可为工程应用中的降噪措施提供参考。     

透平静叶表面多排孔气膜冷却特性试验研究

为研究燃气轮机透平静叶表面的气膜冷却特性,搭建了平面叶栅气膜冷却试验台,采用红外成像技术测量了带有多排扇形气膜孔的透平静叶表面气膜冷却有效度和传热系数,分析了不同吹风比下静叶压力面和吸力面不同孔排下游气膜冷却有效度和传热系数的分布规律.结果 表明:随着吹风比的增大,静叶压力面各排孔后气膜冷却有效度增大,静叶吸力面孔排1下游气膜冷却有效度减小,吸力面孔排2和吸力面孔排3下游气膜冷却有效度先增大后减小,吸力面孔排4下游气膜冷却有效度增大;大吹风比时,气膜出流使得静叶表面大部分区域展向平均传热系数相比无气膜时小幅增大.     

水平轴风力机尾迹的测量与分析

在水平轴风力机模型不同尖速比条件下，利用旋转单斜丝热线在风轮下游进行尾迹流场速度测量。采用周期性采样和锁相平均热线测量技术，获得了风轮下游尾迹三维流场的定量信息。实验结果表明：风轮下游尾迹区内气流存在明显的三维性。尾迹在向风轮下游的发展传播过程中，尾迹中心形成的运动轨迹是与风轮叶片旋转方向相反的螺旋线。尾迹区内在气流向下游流动的过程中尾迹速度亏损逐渐衰减，尾迹区的宽度不断扩大，并逐渐与主流掺混融合。在叶片的尾迹区内，流动的紊流强度大大高于周围的非尾迹区，其中径向、切向紊流强度分量较大，而轴向分量紊流强度最小，尾迹区内的紊流具有高度不均匀性。最后，利用CFD软件Fluent6．0对实验风力机的三维流场进行了数值模拟，实验与数值模拟得到了较为一致的结果。图11参10     

汽轮机低压排汽缸内辅助板块对其性能影响的数值研究

采用数值计算的方法,求解得到汽轮机低压排汽缸内部的流场,通过比较静压恢复系数和流动不均匀系数分析了有无加强肋和涡壳挡板对流场和性能的影响。计算表明挡板通过破坏通道涡,改善了排汽系统的静压恢复能力,而背弧上的肋板则削弱了通流能力,导致排汽缸静压恢复能力下降。     

基于Dymola/Mbdelica的航空燃气涡轮访真研究

设计开发新的航空发动机是一项复杂耗时的工程．而计算机仿真是一种有效的解决办法，因此开发比较通用的仿真模型已成为一种发展趋势。本文利用模块化建模的方法．把航空燃气涡轮分为流动模块和容积模块两部分．并采用新型仿真软件Dymola／Modelica编制了相关仿真程序库。该模型库具有层次化的结构，以及可扩展、标准化的特点。以涡轮为例建立了可扩展的航空燃气涡轮程序库，并利用该程序库与其它模型库结合．搭建了一个带开关磁阻电机的混合排气航空发动机模型，得到了合理的仿真结果．验证了该方法的可行性及推广应用价值。     

水平轴风力机三维气动特性实验

以国外某公司的水平轴风力机产品为原型设计模型风力机，并搭建了风洞实验台，测定了风力机三维速度流场，为研究水平轴风力机关键气动问题做好准备，并初步获得风力机的进出口流场的实验数据。表明，所做的风洞实验基本反映了风力机的运行特点，捕捉到了叶片尾迹流动的基本特征，为进一步进行风力机的气动特性研究和设计高性能的水平轴风力机提供了保障。     

水平轴风力机翼型动态失速特性的数值研究

动态失速对水平轴风力机的运行性能影响很大，大量的实验和分析显示，水平轴风力机在动态失速工况下其运行载荷将增长50～100％，而风力机翼型的动态失速特性是分析水平轴风力机动态失速特性的基础。本文应用CFD软件Fluent6．0对NREL S809翼型的二维动态流场进行了数值模拟，得到了翼型攻角在9*～31*范围内按正弦周期变化时的绕流流场。计算结果显示：动态失速下翼型的绕流流场与相同工况下的静态绕流流场有着十分明显的差别，同时也引起翼型升力、阻力系数的显著变化。