海浪作用下的风力发电机组总体性能仿真

为研究海上风力发电机组在复杂多变且环境恶劣影响下整机的工作性能,使用仿真技术进行模拟分析.采用GDW动态入流理论进行风力机气动载荷计算分析,Airy线性波理论进行波浪载荷计算分析,建立风力机传动系统的MATLAB/simulink数学模型及ADAMS多柔体动力学模型,并将MATLAB/simulink控制系统模型同ADAMS进行风力机系统总体性能的联合仿真.对某厂家5 MW海上风力发电机的仿真数据同Bladed软件结果比较表明,该联合仿真方法可以较好地模拟风力机的总体性能.     

阻力型垂直轴风力机翼帆空气动力特性模拟研究

垂直轴风机翼帆的空气动力流场比较复杂,通过理论公式较难直接获得其空气动力特性,本文通过数值模拟和实验研究的方法,对已搭建好的6叶片阻力型垂直轴风力机翼帆的空气动力特性进行了实验测量,采用CFD模拟软件对其流场和受力情况进行了数值模拟分析,总结出阻力型垂直轴风力机翼帆的空气动力特性及其功率输出情况。结果表明,该风力机在来流速度为1.4 m/s时,风力机转速达到3.14 rad/s,此时输出功率和风能利用系数最高。     

连铸机结晶器振动缸动态分析

结晶器是连铸机的核心设备,结晶器的振动可以防止结晶器壁发生黏结.对1套将伺服阀内置于步进缸的振动油缸系统进行了动态特性分析,运用传递函数法对整个振动油缸系统建模,计算了系统的传递函数,建立系统传递函数方框图;根据振动油缸的数学模型,搭建基于MATLAB/Simulink软件的非线性数值仿真模型;根据建立的仿真模型对系统进行仿真分析,分析了系统的阶跃响应以及跟踪响应.运用PID控制器对振动油缸系统进行了控制调节,使得系统响应时间从0.60 s减少到0.25 s.     

智慧变桨距系统在中小型风力发电设备中的应用

针对100 kW升力型、水平轴风力机组这种中小型风力发电设备自主研发的智慧变桨距系统的实现方法进行说明。采用统一变桨距的方式,机械传动采用涡轮涡杆传动装置;控制系统选用西门子PLC,配合智慧变桨算法共同完成。智慧变桨距风电机组具有以下特点:微风即可启动,切入风速2.5 m/s,额定风速10 m/s;大风过载可控;实时速度调节;实现最大发电功率105 kW;保证风能利用效率大于94%。     

基于ANSYS的轧机机架牌坊有限元模拟分析

机架牌坊是轧机的重要部件。采用CREO5.0软件建立100 T轧制力的锌板温轧机操作侧机架牌坊三维模型,基于ANSYS17.0软件完成特定载荷下机架的位移变形、应力分布及各阶模态下的振动特性。结果表明:机架牌坊最大变形发生在立柱中段,最大变形量为0.035 mm,最大应力出现在孔系和连接板处,应力值为14.297 MPa,模态分析17阶前最大变形量为2.75 mm,为提高轧机结构设计质量,规避设计缺陷提供理论依据。     

渗透系数对饱和土强夯效果影响的数值模拟

采用FLAC3D数值软件建立考虑强夯非线性、大变形和流固耦合特性的饱和土地基三维强夯计算模型;应用所建立的计算模型进行渗透系数在0.0001～0.1 cm/s范围内的数值模拟计算,分析渗透系数变化时的位移、孔压、密度和塑性体积的变化特性.从数值计算结果证明了饱和土地基夯击瞬间加固效果与渗透性能有关,渗透系数越大,瞬间夯击效果越好.     

厚硬顶板弱化前后垮落致灾数值模拟研究

针对采空区大面积顶板垮落对采区机械设备及工作人员造成的冲击灾害问题,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立顶板弱化前后块体冲击地面的三维计算模型,研究顶板弱化前后垮落体引起巷道内飓风风速的变化规律及冲击载荷对工作面煤层的影响。结果表明：在顶板下落过程中,由采空区到巷道口处,飓风速度呈增大趋势,且在巷道口处风速急剧增大,但风速在巷道内随着距巷道口距离的增大而衰减;随着顶板下落时间的增加,巷道内的风速整体呈上升趋势,但巷道内风速的衰减速率逐渐降低,且风速峰值随着所在位置与巷道口距离的增大呈对数衰减;大面积顶板垮落使工作面煤层出现应力集中现象,顶板弱化放顶循环步距控制在30 m以下可显著降低飓风的影响范围及冲击载荷对工作面煤层的影响。     

60 kg/m钢轨万能轧制过程有限元模拟研究

以鞍钢大型厂60 kg/m钢轨轧制过程为研究对象,通过MSC.Marc软件,建立三维弹塑性热-机耦合有限元模型,模拟分析了万能轧机轧制生产过程中轧件的变形和受力情况。模拟结果与实际结果吻合较好,应用所建立的有限元模型对万能轧制机组轧制过程进行模拟,获得了轧制过程轧件变形、受力以及速度等参数的分布情况。     

高速线材精轧机组振动的研究与改造

高线精轧机组传动的力学分析认为 ,结构设计存在缺陷 ,提出了改造方案 ,制定了科学的检修方案 ,检修工作量降低 ;精轧机组振动大幅度降低 ,高线机组轧制速度由原来的 75～ 95m/s提高到 98m/s。     

基于(火用)效率目标的环冷机余热回收系统操作参数优化

摘要：针对烧结环冷机余热回收利用率不高的难题,采用分析法建立了评价某钢铁厂烧结环冷机余热回收系统运行效率的效率模型。基于多孔介质模型、局部非热平衡方程、真实气体SRK方程建立环冷机内气固两相换热模型。通过CFD仿真模拟,探究料层高度、循环风机输入烟气温度、烧结矿底部入口风速三项可控环冷机运行工艺参数对系统效率的影响规律。结果表明,料层厚度在1～1.5 m区间每增加0.1 m,效率增加0.8%～1.1%;循环风温在100～140℃之间每增加10℃,效率增加1.4%～1.5%;烧结矿底部入口风速在0.9～1.9 m/s之间每增加0.1 m/s,效率降低0.18%～0.24%。在此基础上,基于工业运行数据建立效率正交试验优化模型,提高了该余热回收系统3.42%的效率。     

运转工况下风电塔抗震分析

为了研究运转工况下风电塔的地震响应及倒塔模式,使用风电塔设计软件FAST建立风电塔模型,比较停机和运转不同工况下的结构响应,并在运转工况下通过改变地震动输入方向研究不同风震组合角对结构响应的影响,得到最不利工况;使用ABAQUS建立风电塔的精细化有限元模型,将FAST计算的塔顶风荷载导入ABAQUS开展分析计算.将基于叶素理论计算的塔顶荷载与FAST计算结果进行对比,并进一步将弹性阶段ABAQUS与FAST模拟的塔顶位移进行对比,校验分析方法的合理性.利用ABAQUS模型将地震动调幅,开展倒塔模拟.研究结果表明运转工况下最不利风震组合角是90°,强震下塑性铰在塔身下部出现并向中上部发展,最终该风电塔在中上部发生破坏.      

考虑土―结构相互作用的运转状态风电塔抗震分析

针对某陆上风电场1.5 MW风电塔结构,建立了"塔筒-基础-地基"整体三维精细有限元模型,研究土-结构相互作用对风机运转状态下风电塔结构地震动力响应的影响规律.在风机运转状态下,使用FAST程序把风速时程转化为风荷载时程输入模型,并使用EERA程序进行土层地震反应分析得到模型土层底部的地震波,作为地震激励进行输入,对风电塔进行模态分析并计算风电塔地震动力响应.研究表明,考虑土-结构相互作用效应会引起风电塔体系自振频率降低,并显著增加风电塔的结构动力响应.      

全风向来流非高斯风场风机疲劳寿命可靠性分析

在Hermite矩模型基础上,根据Kaimal谱生成某典型风机结构正常风速条件下,三种不同概率特性风场(高斯、非高斯硬化和软化),在考虑来流风向和平均风速联合概率密度条件下,以塔架基础连接处为例,对风机进行疲劳寿命可靠性分析.由叶片的气动模型和多体动力,计算出风机的动力响应,并对响应的时域和频域特性进行分析.基于线性损伤累积理论和Paris公式,对来流全风向条件下的裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行了详细讨论.结果表明,裂纹形成寿命对风荷载的非高斯性较为敏感,而裂纹扩展寿命对风荷载的非高斯性并不敏感,需要考虑风荷载的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响.此外,在考虑全风向来流条件下,疲劳裂纹形成和扩展阶段的失效位置相同,均在主导风向上.      

冲刷深度对海上风电塔地震动力响应的影响分析

基于某海上风电塔进行现场监测、有限元模拟及室内振动台试验研究,考虑桩-土相互作用并对结构进行精细化数值模拟分析,研究了不同冲刷深度下结构自振周期的变化及不同冲刷深度对结构地震动作用下动力响应的影响规律.现场监测结果表明:6#风机结构受海水冲刷严重,与同时期建造的15#风机相比振动幅度明显,说明冲刷深度对结构的影响不可忽略.数值模拟分析表明:冲刷深度主要影响结构高阶振型,使结构自振周期变长,增幅最大达33%.由于冲刷致使土层对高柔性结构约束减弱,结构将产生大的振动进而导致风机停摆;在遭遇7度罕遇地震时,应立即停止发电工作.室内缩尺振动台试验与数值模拟所得结果的变化曲线较为均匀,趋势上较吻合,充分验证了数值模拟的准确性.      

风电塔非线性地震动力响应规律与极限值评价

基于一轮毂高度为50.41 m的实际陆上风电塔结构,运用ANSYS有限元分析软件以及时程分析法对结构进行不同地震动作用下的非线性动力响应影响规律研究,并进一步探讨了结构在正常使用极限状态、塑性极限状态、残余位移条件控制下的水平位移与应力极限值,计算了响应的地震动临界峰值,对结构的整体抗震性能进行了评价.研究结果表明:板块边界型地震动对风电塔这种高耸柔性结构的动力响应影响最大,在极限值评价和结构抗震性能评价中占主导地位;该风电塔的正常使用极限状态为第一极限状态.      

含钒页岩浸出槽搅拌速度优化的数值模拟

含钒页岩浸出槽是钒页岩湿法提钒浸出段的主要操作单元,存在固相分布不均、槽底矿物易沉积等问题。通过数值模拟研究来对比分析搅拌桨叶双层同速以及异速方案下对搅拌浸出槽内固液两相流搅拌功率和效率的影响。结果表明,当搅拌桨叶双层同速由1.3 r/s改变至1.7 r/s时,死区由5.02 m³减少至2.03 m³,混匀时间由1 501 s降低至1 116 s,近自由液面平均速度也由0.32 m/s增大至0.56 m/s,因此搅拌桨转速选择1.7 r/s更为合适;搅拌桨叶双层异速可以得到与双层同速情况下基本一致的搅拌效果,当上层桨叶转速由1.5 r/s改变至1.7 r/s时,死区由2.95 m³减少至2.33 m³,混匀时间由1 261 s降低至1 146 s,近自由液面平均速度也由0.44 m/s增大至0.54 m/s。因此搅拌桨转速选择上层1.7 r/s、下层1.5 r/s能在保持较低的搅拌功率同时能得到较好的搅拌效率。     

Effects of Long-Term Dynamic Loading and Fluctuating Water Table on Helical Anchor Performance for Small Wind Tower Foundations

The application of this study is to use helical anchors as a foundation system for small wind tower (1–10?kW) guyed cables. Helical anchors are currently used to anchor guyed cables of cell or transmission towers. However, the increased dynamic vibrations a wind turbine adds to the tower and foundation system under working loads, as well as extreme environmental conditions (e.g., straight line winds, ice load, or sudden furling shocks), require additional knowledge about the behavior of helical anchors. These field conditions were simulated in this study from tower-instrumented field data on wind speed and tower response. These tower responses were then transmitted to the helical anchors through an extensive, large-scale testing program that included monitoring the performance of the helical anchor foundation under dynamic loads, subject to natural variations in both wind regimes, precipitation (water level) and variations in helical anchor geometry. This paper compares the uplift prediction methods used in helical anchor design as well as discusses the effects of long-term dynamic loading and fluctuating water table on helical anchor performance.     

Structural Response of 34‐m Darrieus Rotor to Turbulent Winds

The results of a mathematical investigation of the dynamic response of the Sandia/Department of Energy/U.S. Department of Agriculture 34‐m‐diameter Darrieus rotor wind turbine erected at Bushland, Tex., are presented. The formulation used a double multiple stream‐tube aerodynamic model combined with a turbulent airflow and included the effects of (linear) aeroelastic forces. The structural analysis was carried out using previously established procedures with the computer program MSC/NASTRAN. A number of alternative expressions for the spectrum of turbulent wind were used. The modal loading represented by each did not differ significantly; a more significant difference was caused by imposing full lateral coherence of the turbulent flow. Spectra of the predicted stresses at various locations show that without aeroelastic forces, very severe resonance is likely to occur at certain natural frequencies. Inclusion of aeroelastic effects greatly attenuates this stochastic response, especially in modes involving in‐plane blade bending. Comparison is made with preliminary field data collected at medium‐low wind speeds (11.3 m/s) from critical locations on the blade. This comparison shows generally good agreement between measured stress spectra and model predictions based on 10% turbulence intensity and including aeroelastic forces.     

铜闪速吹炼过程颗粒行为仿真研究

通过UDF函数在FLUNET中增加冰铜颗粒的燃烧模块建立闪速吹炼仿真模型,进行了闪速吹炼炉冶金过程多场仿真研究。通过对给定工艺条件下的颗粒的温度、氧化程度、颗粒运动速度、存活时间和沉淀池分布情况的模拟研究发现:颗粒在反应塔内不断地偏离反应塔中央,在反应塔内,平均偏移距离约0.6 m;闪速吹炼炉内颗粒温度上升速度受颗粒直径的影响,颗粒越小,温度上升越快,对于20μm的颗粒在距离反应塔顶1~1.5 m处其温度即可达到最高点。