Spar型浮式风力机涡激运动特性及其抑制研究

为减轻涡激运动对系泊结构的疲劳破坏,提出一种波纹柱体结构,探讨其涡激运动特性及抑制机理。结构与流体的非线性耦合作用通过用户自定义函数（UDF）和动网格技术实现,运动微分方程采用四阶龙格-库塔法求解。研究发现,波纹柱体与裸圆柱结构的涡激运动特性明显不同。裸圆柱随折合速度的增加呈明显的锁定特性,而波纹柱体结构的涡激响应特性与波纹高度Hw/D相关。当波纹高度Hw/D=0.01和0.05时亦会发生锁定现象,但锁定区间较裸圆柱小,当波纹高度Hw/D=0.02~0.04时结构不再发生锁定问题。结果表明,波纹结构对柱体的涡激运动有明显抑制作用。     

波浪作用下海上风电伞式吸力锚基础周围冲刷演变机制

以近海风电伞式吸力锚基础为研究对象,进行室内水槽试验和数值模拟,研究波浪作用下伞式吸力锚基础周围冲刷演变机制,分别基于Raaijmakers和Myrhaug模型,提出随机波浪小Keulegan-Carpenter数（KC）情况下伞式吸力锚基础周围平衡冲刷深度预测模型。结果表明：随机波浪下,波峰时形成的旋涡体系主导冲刷过程,此时基础上游逆压梯度最大,这有利于波浪边界层充分分离,形成马蹄形旋涡,马蹄形旋涡和桩侧流线压缩导致筒裙上游两侧约45°圆心角位置剪切流速最大,筒裙和锚枝的设置保护了该位置床面土体,使得最大冲刷深度位置位于锚枝之间。当KC采用KCs,p,且KCs,p<8时,修正Raaijmakers模型预测的平衡冲刷深度Seq'与计算值具有较好的一致性,当KCs,p>8时,预测值与试验值之间的误差变大,修正Raaijmakers模型过分估计了平衡冲刷深度。当KCrms,a<4,n=10时,修正Myrhaug平衡冲刷深度预测模型预测效果最好。     

太阳能热泵联合风电蓄热供暖系统优化研究

设计一种太阳能热泵联合风电蓄热系统,并建立系统动态模型。为获得最大太阳辐照量和最小生命周期成本,使用4种不同优化算法对集热器倾角（CTA）、集热器方位角（CAA）、集热器面积（CA）、水箱容积（TV1、TV2）、热泵功率（HP1、HP2）和电锅炉功率（BP）等关键参数进行优化。以乌鲁木齐某单位行政楼的供暖系统为对象进行算例分析。结果表明:Hooke-Jeeves方法优化效果最佳,CTA为(φ-6°)（φ为当地纬度）、CAA为(α-2.5°)（α=0°为正南朝向）时,可使系统获得最大采暖季辐照量;TV2/BP为69.8 L/kW,TV1/CA为86.4 L/m²,（HP1+HP2）/CA为125.6 W/m²,系统生命周期成本最低,相比优化前,参数优化后的系统生命周期成本节省11.8%。     

涡流发生器弦向位置对翼型动态失速的影响机理

采用k-ω SST湍流模型,研究加三角翼涡流发生器（VGs）的DU91-W2-250翼段的动态失速过程,从升阻力系数、表面压力系数、流场、VGs脱落涡发展过程等方面,分析VGs弦向位置（x/c）对动态失速抑制作用的影响规律。结果表明x/c对翼型动态失速过程中的增升效果影响较大,VGs增大了翼型的失速攻角。升阻力及压力结果显示,x/c=0.25时增升效果最佳,翼段上表面压力系数Cp较大;x/c=0.20~0.25时尾缘附着流动较好;从涡量峰值变化看,x/c过大、过小时对分离涡的抑制作用有所减弱;从VGs脱落涡的变化看,x/c=0.20~0.25时VGs下游脱落涡强相对较大,旋涡耗散速度较慢。总而言之,VGs在x/c=0.20~0.25时对翼段气动性能提升效果最佳。     

NACA0018翼型锯齿格尼襟翼尾迹特征的Liutex分析

在雷诺数Re=1.38×105时,采用实验测量对比研究NACA0018原始翼型以及带有格尼襟翼和齿形襟翼翼型的尾迹涡结构,对比锯齿襟翼与格尼襟翼的控制机理。结果表明,在小攻角下,锯齿襟翼较格尼襟翼大大降低尾迹速度亏损,但速度偏转小于格尼襟翼。通过Liutex分析发现气流经过锯齿襟翼后产生了对涡结构,与襟翼固有的流向涡掺混耗散,削弱由于流向涡引起的尾流不稳定性,从而减小翼型的阻力。对比齿形结构不同位置处的流动表明,在尾缘附近,速度偏转角从齿根,齿中到齿尖依次增加,对于远场的尾迹,3个截面的流动一致。     

园林废弃物水热炭燃料特性研究

以园林废弃物为原料进行水热碳化制备固体生物燃料水热炭,研究不同温度、时间对水热炭燃料特性和燃烧行为的影响,利用燃烧动力学对水热炭燃烧过程及参数进行模拟计算。结果表明：制备的园林废弃物水热炭的燃料特性得到明显改善,且水热炭燃料特性受温度影响较为显著。水热炭热值范围为19.86~27.93 MJ/kg,达到与工业煤相当的水平。水热炭燃烧参数点火温度（Ti）、燃尽温度（Tf）和最大失重率温度（Tm）随碳化温度的升高和时间的增加而增加,其失重量-失重速率（TG-DTG）曲线移向高温区,表明水热炭的热稳定性提高。水热炭燃烧反应过程的动力学拟合符合一级燃烧动力学线性模型（R2=0.93~0.99）,且水热炭具有较高的反应活化能（17.33~41.34 kJ/mol）。     

基于光纤传感的风电机组叶片应变传递特性研究

针对在进行应变感知时光纤感知到的应变和叶片基体实际应变会存在一定偏差（即应变感知传递偏差）的问题,开展基于光纤传感的风电叶片应变感知传递特性研究,以建立应变传递分析模型。首先确定光纤光栅应变传感器布置策略,然后利用理论和数值仿真相结合分析载荷、光纤（纤芯）直径、包层（传感结构参数）、粘接剂厚度、光纤相对基体位置、叶片材料属性参数等对应变变化及其传递特征的影响,分别考虑表面粘贴式和嵌入式2种布置模式。最后,基于多因素的正交试验分析,通过回归分析建立光纤感知应变（传递值）与传感结构参数、光纤相对基体位置、材料属性之间的关系表达式。研究结果表明：随着光纤传感器植入深度的增加,应变传递大小以中性层为对称面对称分布;轴向杨氏模量E1、轴向和横向构成法平面内的剪切模量G12、轴向和纵向构成法平面内的剪切模量G31对2种布置形式的应变传递都有明显影响。     

改进幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器复杂动力学行为研究

以改进幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器为例：首先,运用频闪映射理论建立数学离散模型;其次,采用频闪图和频谱图观察到系统工作在不同控制参数k1和k2作用下的非线性动力学行为;再次,运用快变稳定性定理对系统工作稳定性进行理论分析,研究的结论与频闪图及频谱图的分析完全一致;最后,研究发现输入电压E、负载电感L与电阻R等外部电路参数的变化,对系统的稳定性能有重要的影响。     

基于LMI的直流微电网分布式鲁棒H∞控制

针对直流微电网中分布式发电单元（DGU）投入或退出引起的结构不确定性,采用分布式鲁棒H∞控制,使微电网电压稳定。采用区域极点配置约束控制器参数,使闭环系统的极点落在区域D中。通过线性矩阵不等式的H∞优化求解,得到鲁棒H∞-γD控制器。控制器的设计仅需DGU和与之连接的线路参数,而无需整个微电网参数。给每个DGU分别配置相应的控制器,嵌入DGU中,可以实现分布式控制。仿真结果表明,该控制方法有较好的鲁棒性。     

规则波作用下旋转浮子式波浪能捕获装置水动力试验研究

提出一种旋转浮子式波浪能捕获装置,并进行一系列物理模型试验来研究其在规则波作用下的水动力行为特性。试验研究发现：1）浮子旋转角速度随螺距的增大而减小。2）入射波周期小于2.4 s时,平均角速度随入射波周期的增加呈增大趋势;入射波周期大于2.4 s时,随着入射波周期的增加,平均角速度增幅趋缓,个别工况呈轻微减小的趋势。3）波能捕获宽度比与入射波周期基本呈正相关关系。波能捕获宽度比随螺距的减小而增大;在螺距δ=0.02、入射波周期T=2.4s时,波能捕获宽度比达到最大。最后,利用量纲分析方法,推导旋转浮子的平均角速度方程,并利用试验数据对其进行验证。     

An experimental study on ignition of single coal particles at low oxygen concentrations

An experimental study on the ignition of single coal particles at low oxygen concentrations (X_{{\mathrm{O}}_2}<21%) was conducted using a tube furnace. The surface temperature (T_s) and the center temperature (T_c) of the coal particles were obtained from the images taken by an infrared camera and thermocouples respectively. The ignition processes were recorded by a high-speed camera at different X_{{\mathrm{O}}_2} values and furnace temperatures T_w. Compared with literature experimental data obtained at a high X_{{\mathrm{O}}_2} value, the ignition delay time t_i decreases more rapidly as X_{{\mathrm{O}}_2} increases at the low X_{{\mathrm{O}}_2} region. The responses of T_s and T_c to the variation of X_{{\mathrm{O}}_2} are different: T_s decreases while T_c remains nearly constant with increasing X_{{\mathrm{O}}_2} at a low X_{{\mathrm{O}}_2} value. In addition, t_i is less sensitive to T_w while the ignition temperature T_i is more sensitive to T_w at a low X_{{\mathrm{O}}_2} value than in air. Observations of the position of flame front evolution illustrate that the ignition of a coal particle may change from a homogeneous mode to a heterogeneous or combined ignition mode as X_{{\mathrm{O}}_2} decreases. At a low X_{{\mathrm{O}}_2} value, buoyancy plays a more significant role in sweeping away the released volatiles during the ignition process.     

含裂纹损伤叶片在切变来流下的应力耦合性分析

针对含裂纹损伤风力机在运行过程中产生的失效现象，将切变来流作为入口条件，基于流固耦合原理，分析含不同形式裂纹损伤的风力机叶片应力分布规律。通过无人机现场实验得知，裂纹主要集中于叶根（r/R=0.10截面）和叶中（r/R=0.50截面）后缘部位。单叶片在30°方位角时应力最大，额定风速下分布于叶根的裂纹受力最大，为33.34 MPa。强风风速下分布于叶中的裂纹受力最大，为44.31 MPa。重力载荷主要影响叶根部位的受力，气动载荷则主要作用于叶中，风速越大，叶中部位的裂纹越容易产生扩展。同时，沿弦向分布的裂纹，其扩展趋势最强。对于叶根处裂纹而言，若使叶片产生失效，裂纹长度需达到弦长的1/2、深度需达到叶片厚度的1/2；对于叶中处裂纹而言，若使叶片产生失效，裂纹长度需达到弦长的3/8、深度需达到叶片厚度的1/3。     

磁集成交错并联LCL型高增益变换器

针对分布式光伏发电并网对高增益DC-DC变换器的需求,提出一种基于耦合电感倍压单元的磁集成交错并联高增益变换器,通过改变倍压单元匝数比N提升电压增益的同时将所有电感进行磁集成,推导变换器的电压增益、开关管和二极管的电压应力及暂态和稳态等效电感表达式。理论分析表明该变换器具有较高的增益,电压增益是传统交错并联开关电容电感变换器的（N+1）/2倍,电感以最佳耦合度集成后稳态电流纹波有所减小,暂态响应速度提高约2.5倍,搭建一台功率100 W的实验样机,样机测试验证理论分析,证明了磁集成变换器相较于传统变换器具有更好的电气性能。     

不同温差发电循环流程系统的热经济分析

采用模拟的方法,对朗肯循环、卡琳娜循环和上原循环建模,在不同热源温度环境下,分析不同循环流程热效率η和平准化度电成本C_LCOE的差异;同时,通过对循环蒸发温度和透平入口压力进行分析,探究其在不同循环流程中对热经济性能的影响。研究结果表明,卡琳娜循环在各热源温度下均有较高的热效率,但经济指标表现不佳;低温热源环境,纯氨工质朗肯循环在同等条件下C_LCOE最低,在设计时,朗肯循环应选用饱和蒸汽状态,尽可能增加透平入口压力,减小蒸发过热度;高温热源环境,上原循环C_LCOE最低,卡琳娜循环和上原循环C_LCOE极小值与热效率极大值对应的透平入口压力存在偏差,按最小C_LCOE标准可获得更高的发电量和更低的设备成本。因此,在流程设计时,需考虑不同循环在各热源环境中的热经济性能。