基于CFD的调距桨调距过程桨叶水动力性能研究

为了给调距机构的设计提供参考依据,该文采用数值方法对调距过程桨叶的水动力性能进行了研究.比较了调距桨调距过程与定螺距流场数值模拟方法的差异,运用计算流体力学中的动网格技术数值模拟了调距桨调距过程的流场.为了满足动网格的要求和保证网格更新过程中桨叶附近高的网格质量,对计算区域作了特殊处理.进行调距过程数值计算之前,用敞水试验数据验证了3种定螺距情况下数值计算结果.调距过程数值计算通过自定义函数控制桨叶的运动规律.计算结果表明,正常调距过程桨叶水动力性能与定螺距情况相差较小,该结论与理论分析结果一致.     

串列竖轴水轮机尾流场影响CFD模拟分析

为研究串列水轮机组水动力性能并提出合理的水轮机布置方案,提高潮流能电站的发电效率,针对三叶片竖轴水轮机进行瞬态数值模拟,分析了串列布置水轮机组上游水轮机的水动力性能及尾流场对下游水轮机水动力性能的影响.考虑到竖轴水轮机叶片展向剖面相同的特点,将模型简化为二维模型并利用开源流体力学软件Open FOAM对水轮机进行了数值分析.首先通过模拟单个水轮机的运行,得出了能量利用率随叶尖速比的变化规律,并通过与文献中实验数据的对比验证了Open FOAM数值模型在合理的设置下,采用k-ωSST湍流模型和PIMPLE算法,可以准确计算二维竖轴水轮机的水动力性能.之后模拟了两个串列放置的水轮机,水轮机之间的距离范围取5~50倍水轮机直径,分析得出了竖轴水轮机后方各剖面的尾流特性,以及水轮机间距对下游水轮机水动力性能的影响特性.分析结果表明,两个串列水轮机的间距大于40倍水轮机直径时,上游水轮机尾流场对下游水轮机性能的影响可以忽略.     

一种竖轴潮流发电水轮机性能优化方法的初步研究

从水轮机水动力学原理出发,建立了提高竖轴变攻角潮流发电水轮机能量利用率的优化方法和数学模型．该模型以叶片偏角随位置角的变化规律为优化参数,以水轮机工作速比范围内的能量利用率系数为优化目标,采用基于动量定理的多流管模型来求解流体动力．选取竖轴直叶摆线式水轮机为优化原型进行了优化计算,给出了优化后水轮机的能量利用率以及攻角随位置角的变化规律．通过与不同偏心率的摆线式水轮机的能量利用率及攻角随位置角变化规律的对比,分析了优化后水轮机水动力性能改变的规律及原因．结果表明,在优化速比范围内,水轮机叶片不同位置角处的水动力攻角都有所增大,作用于叶片上的力以及叶片受力对水轮机中心的力矩也相应增大,从而提高了水轮机的能量利用率。     

基于遗传算法的竖轴变攻角潮流能水轮机性能优化研究

为了提高竖轴变攻角潮流能水轮机能量利用率,建立了该类水轮机在不同工况下的数学优化模型,以直叶片摆线式水轮机为原型应用遗传算法结合计算水轮机水动力的流管模型进行优化求解,给出了优化后叶轮能量利用率系数、叶片攻角和偏角随位置角的变化规律,并据此分析了该类轮机流体动力性能改变的规律及其原因。计算结果表明遗传算法是解决这类问题的有效方法.     

超低水头轴流式水轮机反问题设计及水力特性研究

基于准三维的反问题设计方法,设计了可用于低水头可再生能源开发的超低水头轴流式水轮机的导叶和转轮叶片.导叶为等厚叶片,转轮叶片采用空化性能良好的NACA 66(MOD)翼型.设计中根据给定的进出口边环量分布及叶片表面载荷分布,在满足无撞击进口水流条件下,计算、调整叶片剖面翼型的拱度和安放角.为了验证设计方法的有效性,还对该轴流式水轮机进行了全流道的三维定常湍流计算.计算结果表明:流道内水流流动平顺,水力损失小,最高效率可以达到92.16%,且在较宽的水头变幅内,水轮机均具有良好的水力性能.     

潮流水轮机导流罩的水动力设计

为了提高潮流水轮机的效率,参照风力机扩散器原理设计了一种适用于竖轴直叶片水轮机的导流罩.主要考虑潮流工作流场对称性的特点,提出了二大类型6种导流罩设计模型方案;应用Fluent软件进行水动力性能计算,确定流速大,阻力小的S3为最优型线;在导流罩出口位置增加对称的扩张门,可以进一步提高导流罩内流场的流速和稳定性;模型实验验证了S3型导流罩设计模型的有效性,加导流罩后轮机功率系数曲线整体上升,峰值可提高39%.该设计研究为导流增强型潮流水轮机的研究和实践提供了理论基础.     

机械式全调节水泵抬机及其原因分析

抬机是水泵运转中经常出现的故障之一,发生机理较为复杂,影响因素很多,如进水池的水位变幅突然增大等.机械式全调节水泵在某些工况运行时因机械调节机构本身的原因也会发生抬机,尤其是往正角方向调节叶片角度时.从受力分析角度出发,以16CJ-80型机械式全调节水泵为例,对其叶片系统进行详细的受力分析,针对不调叶片安放角、往正角方向调、往负角方向调3种情况进行力学计算.经对比分析,得出结论:机械式叶片调节机构的受力方式是引发抬机的一个内因,机组推力轴承受力的突变是引发机组抬机的根本原因.因此,改善机械式叶片调节机构的受力,可以有效解决水泵机组的抬机问题.     

垂直轴潮流能水轮机叶片偏角优化

为提高垂直轴潮流能水轮机的能量利用率,建立了叶片偏角变化规律的数学优化模型.该模型是将一个运动周期内的叶片偏角相对位置角的函数关系表示成Hicks-Henne函数族的线性和,并将此函数关系带入叶轮的水动力计算中.然后以函数族的系数为设计参数,以水轮机能量利用率为目标函数,采用旋转方向法进行优化计算,以此得到最合理的叶片偏角变化规律.计算叶轮的流体动力性能时采用双盘面多流管法.最后,采用本文方法对摆线式水轮机进行了优化.算例结果显示,采用优化偏角的水轮机与原摆线式水轮机相比,能量利用率有较大提高,并且启动性能更好.     

专利成果介绍

斜流式水轮机转轮叶片专利号:ZL200410081515·5专利权人:西华大学发明(设计)人:张礼达余波陈冬冬本发明涉及一种斜流式水轮机转轮叶片,通过对斜流式水轮机的研究,采用系统设计,综合考虑水轮机性能指标与几何参数各特性间的影响,应用斜流式水轮机的设计方法和优化理论,对该叶片     

斜流式水轮机转轮叶片

本发明涉及一种斜流式水轮机转轮叶片，通过对斜流式水轮机的研究，采用系统设计，综合考虑水轮机性能指标与几何参数各特性间的影响，应用斜流式水轮机的设计方法和优化理论，对该叶片建立了合理的流动模型，利用准三元理论，通过对S1／S2流面进行迭代计算，设计制造出具有良好水力性能的斜流式水轮机转轮。     

基于双多流管模型的同步变桨垂直轴风力机特性分析

针对基于叶素理论对同步变桨垂直轴风力机进行性能分析的问题,研究了叶素理论和双盘面多流管模型,阐述了这些模型所做的假设和所适用的领域.分析了双盘面多流管模型的流管宽度特征,指出了该特征即为其在运算中出现不收敛现象的原因,针对该特征进行了改进后,可以明显改善运算不收敛现象并且提高计算速度.对同步变桨垂直轴风力机进行了理论分...     

竖轴变攻角潮流发电水轮机性能预报流管模型研究

为寻求一种快速可靠地预报竖轴变攻角直叶片潮流/河流水轮机性能的方法,给出了计算变攻角直叶水轮机水动力性能的单盘面—单流管(SDST)、双盘面—单流管(DDST)、单盘面—多流管(SDMT)和双盘面—多流管(DDMT)模型公式以及叶片转动效应的修正方法.计算和试验比较表明:低速比情况下,这4种修正的流管模型均可有效预报变攻角水轮机的能量系数;在水轮机正常工作的较高速比情况下,单盘面模型误差大,而双盘面模型与试验吻合良好,DDMT模型具有预报水轮机性能和叶片受力的优势,适合于快速进行变攻角水轮机的水动力优化设计和结构分析.     

风机叶片设计二次开发与气动性能仿真

为了提高叶片设计的精度和效率,根据风机叶片设计的相关理论和方法,对叶片气动外形设计进行研究.以20 kW风机叶片为例,在Wilson法的基础上,利用VB、VC++等编程语言在SolidWorks平台上开发叶片气动外形设计及建模的应用系统.根据输入的设计参数自动生成叶片的三维实体模型,省去了以往设计过程中生成的大量数据的转换和存储,实现叶片的高效,智能化设计.为了对设计结果进行评估,同时验证设计的有效性,针对设计好的叶片模型进行流场仿真分析.结果表明,提出的叶片设计与建模方法能够有效提高风能利用率,缩短风机叶片设计周期,可用于企业对叶片的设计研发,并为叶片结构有限元分析和优化设计平台奠定基础.     

半转叶轮立轴风力机的转动稳定性及最大转速

半转叶轮立轴风力机是利用半转机构构成叶轮一种高效立轴风力机.分析该风力机叶片上风压的分布特点,得出其叶轮转动时可以自动维持稳定转动的良好特性,并且求出这种风力机在一定风速下可以产生的理论最大转速.     

流体激振理论在风电机组叶片分析计算中的应用

通过理论计算分析风力发电机组叶片在进行结构设计时,自激振动对风力机叶片运行振动的影响.应用激振理论综合考量风力机叶片振动机理,找到了风力机叶片振动的根本原因,并提出了相应的判据.研究表明：风力机影响叶片振动稳定性的根本原因在于空气来流速度与叶片弦线夹角正弦值的正负情况影响.     

风力机设计软件WTD1．0气动设计性能分析

为了研究分析风力发电机设计软件WTD1．0（一套基于考虑了流动三维气动效应数学模型的设计软件）的性能,选取一实际的风力机为计算模型。对WTD在叶轮功率计算、叶片的安装角分布、风轮的转速、叶片翼型弦长分布、叶片扭转角分布设计等方面的功能进行了计算分析,并对WTD在叶轮的启动力矩、多叶片（叶片数超过6片）叶轮的气动计算和设计的功能等进行了分析研究。通过计算分析,发现设计软件WTD1．0在叶轮功率计算、叶轮结构尺寸设计、叶轮启动力矩计算及多叶片叶轮计算设计方面均有较好的表现,并能正确地反映风力机叶轮的气动理论,在一定程度上提高了风力发电机的气动设计水平。     

风力发电系统中风机控制策略综述

针对目前风力发电系统中风机的变速定桨距、变速变桨距等运行方式,介绍了与各种运行方式所对应的控制策略,并详细说明了采用这些控制策略后对风机运行的影响.概括了各种控制策略的选择方法,即针对风机的不同运行方式应采取必要的控制策略来满足风力发电系统的运行要求,尽可能多地捕获风能并将其转换为电能供给电网.进一步明确了风力发电系统中风机的运行控制方法,进而为风力发电主控系统和变流器系统的设计研究提供参考.     

10MW风力机叶片设计与动力特性

为了研究大型风力机叶片在静止和转动状态下的振动模态及其变化特点,通过叶素动量理论和复合材料的叶片设计方法完成了10 MW风力机叶片的设计.基于多体系统动力学理论和超级单元模型,结合动力学分析软件ADAMS对静止状态下叶片的线性特征值进行了分析,考虑叶片的弹性变形和旋转,应用刚性积分方法对叶片的非线性控制方程进行数值求解,通过傅里叶谱分析方法,实现风轮旋转条件下的运转模态识别.结果表明,在动力刚化效应作用下,叶片的固有频率会随着转速的增加而增大.     

相似理论在研究叶片捕水和疏水性能中的应用

为进行实验汽轮机级的模化设计,必须采用相应的模化设计原则,但目前级模化设计原则主要对级内气流流动进行研究,不适合用来研究叶片的捕水和疏水问题.基于此,采用相似理论的原理,经过合理的假设,理论分析研究得出了旋转叶片表面水膜的运动方程.并由此运动方程分析推导得出了在考虑叶片捕捉水滴和疏水情况时级的模化设计原则.根据所推导出的级模化设计原则对某实际级进行了模化设计,所得模化设计结果符合实验级设计的要求.