梯形摆式波能转换装置水动力性能研究

基于势流理论,采用频域方法对固定梯形摆式波能转换装置的水动力性能进行研究。由于摆式波能转换装置固有周期较长,在固有周期附近辐射阻尼系数较小,故波能转换效率并不高。在线性理论下研究波能转换装置的水动力性能时通常忽略非线性阻尼的作用,当波浪周期等于装置的固有周期且负载阻尼系数等于辐射阻尼系数时可获最大的输出功率。类似于船舶横摇,对摆式波能转换装置而言有必要考虑非线性阻尼的影响,分析非线性阻尼对最佳负载阻尼系数的影响及负载阻尼系数对摇幅及波能转换效率的影响。     

浮式风机水池模型试验与仿真对比分析

为研究浮式风机动力特性以及验证数值仿真的准确性,以中国海装半潜型浮式风机参数为基础,阐述水池模型试验过程和环境工况,重点对试验与数值仿真结果进行对比分析。结果表明,采用推力相似和弗劳德数相似的水池试验方法可以满足验证浮式风机仿真模型的准确性。半潜型浮式风机低频运动响应明显,气动阻尼对共振响应可以起到抑制作用,横荡运动与横摇运动方向上具有较强的耦合现象。塔筒载荷能量主要位于低频段、波频段和风轮1P频率处,其中低频区主要受风载荷控制,波频区主要受波浪控制。     

新型螺旋扰流片漂浮式风力机半潜平台动态响应研究

为改善半潜式平台漂浮式风力机动态响应,提出将扰流片螺旋布置于半潜式平台浮筒下部的结构设计方法,将附加螺旋扰流片的半潜平台漂浮式风力机与原平台进行对比,并研究扰流片布置螺距对平台性能的影响。结果表明：频域分析中扰流片能够显著降低平台所受横摇波浪激励力矩,对平台垂荡、横摇、纵摇辐射阻尼及附加质量均有一定提升,平台频域幅值响应算子(RAO)峰值明显降低;安装扰流片后,平台固有周期增加,抗共振性能更好;时域分析中,在垂荡、纵摇方向上扰流片布置螺距对平台运动响应影响较小,对横摇运动响应抑制明显,其中0.29D(D为半潜式平台浮筒半径)扰流片平台性能较佳。     

底铰摆式波能装置在斜向波中的水动力性能

采用特征函数展开和二维格林函数相结合的方法求解底铰等厚度摆式波能转换装置水动力系数及斜向规则波作用下的波浪扰动力矩。二维积分方程中奇异积分项采用复变函数解析法求解,因此同时适用于有限厚度及薄壁底铰摆板的水动力计算。通过与文献及与AQWA软件水动力计算结果的比较,验证程序的正确性。类似于船舶横摇运动,在固有周期附近粘性阻尼对摆式波能转换装置的性能有很大影响。通过在运动方程中添加粘性阻尼项考虑粘性阻尼的作用,并在此基础上给出最佳负载阻尼系数的估算公式,分析波向角和波高对装置最佳转换效率的影响。     

振荡水柱式波浪能供电浮标水动力学性能研究

提出一种振荡水柱式锥形中心管波浪能供电浮标。首先，介绍浮标的结构及工作原理，其次，设计3种模型方案。建立浮标在入射波下受迫运动的数学模型，进行数值模拟计算，获得浮标在设计工况下的附加质量、阻尼系数、波浪激励力、运动响应等水动力学参数。最后，通过物理模型试验，获得各设计方案在不同周期下的俘获宽度比，并与数值计算获得的俘获宽度比进行对比分析。结果显示：不同设计方案的浮标适应不同的水深条件，设计方案中模型1的俘获宽度比最大数值为47.8%。     

自由活塞式内燃发电机振动特性

对自由活塞式内燃发电机建立了数学模型,理论上阐述了自由活塞的运动特性并对应制作了该系统的固有频率特性脉谱图;利用Matlab/Simulink建立了该系统仿真模型,分析讨论了自由活塞的实际运动规律,并与上述理论解进行了对比、分析.研究结果表明,自由活塞式内燃发电机的活塞运动不同于传统旋转内燃机,它可视为变阻尼、变刚度的单自由度受迫振动,振动频率与外部周期性燃烧激励相关联;此外,由于该系统的等效刚度系数以及阻尼系数均为正数,它对周期性激励表现出的响应最终稳定收敛进而保障内燃机稳定运行.该结果有利于进一步掌握自由活塞式内燃发电机的运动特性,并为实际样机设计提供了理论依据.     

摇摆式垂直轴风力机气动特性数值模拟

针对垂直轴风力机无需对风,湍流风风向不断变化的情况,提出转轮轴向力随风向摇摆的垂直轴风力机,利用摇摆产生的切向风和来流风共同作用下的风能,提高气动性能.采用RNG k-ε湍流模型对三叶片摇摆式风力机进行模拟,研究风向变化的周期、幅角以及摇摆迟滞时间对固定式和摇摆式垂直轴风力机力矩系数的影响规律.结果表明:与固定式垂直轴...     

周期艏摇运动对浮式风力机的气动影响

相比于偏航工况,浮式风力机在风波联合作用下的艏摇运动不仅改变了来流的入射角度,又给叶片附加了牵连角速度,对其气动特性及稳定性带来巨大的影响。基于升力面自由尾迹方法研究周期艏摇运动对NERL 5 MW浮式风力机的气动影响,从入流速度的角度分析艏摇运动的作用机制,捕捉到了艏摇运动下的畸变尾迹,评估了风轮-尾迹效应。结果表明:幅值为3°的周期艏摇运动下,风力机平均功率上升了1.49%,波动幅值接近100 kW,最低功率值等于3°偏航工况;充分发展的尾迹对风轮的诱导作用略有减小,但对特定叶片的诱导作用反而加强:初始时刻位于特定方位角的某叶片会持续过载,且整机的艏摇及横摇力矩波动剧烈,不利于风力机长时平稳运行。     

漂浮摆式波浪能发电装置的频时域仿真分析

文章研究了3种不同外形(圆、椭圆和椭圆-圆)波浪能发电装置的纵摇运动,通过ANSYS AQWA对3种外形装置进行了频域仿真,对比了3种外形装置的辐射阻尼、附加质量和波浪激励力等水动力系数;再将频域分析中得到的水动力系数导入WEC-SIM,进行了时域仿真,对比了3种外形装置的摆角和瞬时功率。研究结果表明,尽管椭圆形装置的辐射阻尼、附加质量和波浪激励力矩等水动力系数最大,但椭圆-圆形装置的摆角和瞬时功率最大,说明了不对称结构更有利于波浪能量的吸收和转化。     

四筒型基础气浮过程自振特性及运动响应研究

针对多筒型基础气浮过程中的动力及运动响应问题,设计了筒间距为2.5倍筒直径的四筒型基础,通过比尺为1∶25的物理模型试验并结合数值模拟的方法,对结构在静水中的自振特性和规则波下运动响应的变化规律进行研究。研究结果表明：建立的数值分析模型能够较好地预测结构静水中自振特性以及波浪中运动响应的变化趋势;随着吃水的增加,该四筒型基础的有阻尼摇荡自振周期呈增大的趋势,而附加质量系数和阻尼比呈下降的趋势,结构摇荡运动的附加质量系数取值在1.4～1.7之间变化;吃水的增加能够改善结构的摇荡运动性能,但是增大了结构的垂荡响应以及接近纵摇角最大幅值的周期范围;水越浅,摇荡运动越大。     

高层住宅阳台太阳集热器系统的极值风效应

在大气边界层风洞中模拟C类地貌,对缩尺比为1∶80的高层住宅阳台太阳集热器模型进行刚性模型测压试验。首先,对集热器极值风压系数进行概率分析,结果表明太阳集热器极值风压系数的概率模型归属受面板位置、来流风向的影响较小,广义极值分布可较好地描述集热器极值风压系数的概率分布;其次,研究集热器安装倾角、楼层高度、在阳台上的相对位置等参数对集热器极值风荷载的影响规律,结果表明顶部楼层的阳台集热器表现出与中间楼层集热器不同的风荷载特性,各楼层阳台集热器的风荷载作用效应机理与阳台立面明显不同;倾斜安装于阳台立面的集热器最不利极值风压系数与安装倾角变化并不表现为单调关系;最后,基于包络法给出阳台太阳集热器的极值风压系数设计建议取值。     

汽轮机DEH比例微分前馈控制对电功率稳定性影响的研究

针对汽轮机调速系统中延迟时间会恶化阻尼的问题,将转速控制器中的比例前馈改为比例微分前馈。通过数学推导以及频域分析法对表征汽轮机调速系统阻尼特性的机械阻尼系数进行分析,采用Matlab/Simulink建立包含延时等非线性环节的汽轮机组单机无穷大电网模型,对机组添加频率小扰动进行仿真。结果表明:在常规比例前馈中增加微分环节可以显著增大汽轮机侧的阻尼;比例微分前馈方式下的电功率超调量更小,曲线衰减更快,达到稳定的时间更短。     

橡胶铅芯阻尼器控制下输电塔风振系数研究

以向家坝-上海、锦屏-苏南±800 kV特高压直流输电线路工程为例,介绍了橡胶铅芯阻尼器在一般线路输电塔风振控制中的应用.通过三维有限元仿真和风荷载的数值模拟,对单塔、输电塔-线体系在阻尼器控制前后的风振响应进行了时程分析.统计得到了输电塔结构的风荷载调整系数取值,并与多种现行规范的取值进行比较.结果表明,输电塔在横担位置风荷载调整系数存在突变现象,现行规范无法考虑这一影响,在设计时应引起重视;导(地)线使输电塔体系的质量、刚度和阻尼有所增加,从而产生了对塔架振动的抑制作用,因此在风振设计中应考虑塔线耦合的影响;输电塔-线体系采用橡胶铅芯阻尼器后风荷载调整系数得到有效减少且减少率沿塔高逐渐增大.     

船用抗冲减振器冲击动力学建模与优化分析

为研究某船用动力设备抗冲减振器的冲击动力学特性,基于等效线性化思想与单自由度假设建立了带间隙减振器冲击数学模型,采用卷积积分对受半正弦冲击的运动方程进行了求解,并与仿真计算结果进行对比,分析了5个模型参数对冲击响应的影响,并采用试验设计、RBF网络建模以及NSGA-II算法优化减振器参数。结果表明：橡胶刚度阻尼、碟形弹簧刚度与冲击响应呈单调相关,碟形弹簧阻尼为0.11a(a为无量纲化比例系数)时绝对加速度取得最小值,安装间隙量为2.5 mm时取得最大值;参数优化后相对位移减小了16.43%,绝对加速度减小了10.94%。     

漂浮式风电机组无模型自适应控制

针对漂浮式风电机组叶片载荷、功率及浮式基础振动耦合问题,以尾缘襟翼偏角为输入,以叶根挥舞弯矩,电功率,浮式基础纵摇、艏摇为输出,设计无模型自适应控制系统。同时,将无模型自适应控制与漂浮式风电机组的基准主控系统通过滤波进行频率解耦。在改进FAST的含尾缘襟翼的气弹-伺服仿真平台中进行验证,结果表明所设计的无模型自适应控制系统在不牺牲功率波动的条件下,能够降低叶片疲劳载荷和基础振动。此外,交叉小波分析结果表明,尾缘襟翼控制量的引入削弱了漂浮式风电系统固有的气弹同步相关性,减少了入流风作用在风轮上的能量。     

风浪异向下漂浮式风电场平台动态响应研究

为研究风浪异向下海上漂浮式风电场平台运动响应,建立基于ITI Energy Barge平台的漂浮式风力机及共用系泊的二阶阵列漂浮式风电场模型,运用水动力学软件AQWA与风力机仿真软件OpenFAST分别对水动与气动载荷进行计算,分析了风浪异向下二阶阵列漂浮式风电场Barge平台时频响应特性。结果表明：频域内,Barge平台响应主要集中在低频区域,波浪方向对纵摇和纵荡响应影响较大,对垂荡响应影响较小;时域内,纵摇和艏摇自由度背风侧平台响应幅值明显大于迎风侧平台;风电场各平台在横荡、横摇上的响应幅度随波浪入射角度的增大而增大,纵荡和垂荡自由度则几乎不受影响。     

车用增程器扭振特性优化与鲁棒性分析

针对某款带有双质量飞轮（dual-mass flywheel,DMF）的混合动力汽车增程器轴系,进行了扭振特性多目标多参数优化与鲁棒性分析。首先在系统仿真软件Amesim中搭建了其扭转动力学模型,通过对比仿真与实测的增程器轴系自由端转速波动验证了模型,发现模型能较好地与试验结果吻合。选取轴系各段转动惯量、扭转刚度及阻尼等14个主要设计参数作为待优化参数,并以轴系强度、刚度与低阶固有特性等要求为约束条件,采用第二代非支配排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA—Ⅱ）对轴系总惯量、典型稳态工况下关键节点角加速度与节点间传递扭矩之和等6个扭振特性指标进行了多目标优化。最后分析了单参数扰动情况下的轴系扭振系统鲁棒性。结果表明：双质量飞轮弹簧疲劳强度及轴系低阶固有特性等达到了约束条件要求,且大部分评价指标有所改善;减振皮带轮与主飞轮角加速度指标鲁棒性较好;在给定扰动条件下,2阶模态阻尼比有一定概率不满足设计约束,部分设计参数的扰动超出许用范围。     

考虑到台风海况浮式风力机半潜式平台风浪流载荷动态响应及系泊性能分析

为研究浮式风力机半潜式平台的动态响应及系泊性能,建立了基于半潜式平台的NREL5 MW浮式风力机模型.结合有限元方法,并利用辐射和衍射理论,在考虑风、浪、流载荷的联合作用下,运用Aqwa软件对极端海况下半潜式平台的动态响应及系泊性能进行数值仿真,得到了幅值响应算子(RAO)、附加质量、辐射阻尼随波浪频率的变化趋势以及极端海况下半潜式平台的动态响应和系泊线的张力响应.结果表明:半潜式平台在高频区域(大于1.6rad/s)具有良好的运动性能,动态响应小;垂荡方向动态响应不受波浪方向变化的影响,且波浪方向为0°时,纵荡和纵摇动态响应最为剧烈;台风海况下半潜式平台的动态响应和系泊线的张力响应均大于无台风海况;随着海况恶劣程度加深,半潜式平台的动态响应和系泊线的张力响应均明显增大.     

环境风影响下换流变压器空冷系统换热性能研究

针对北方地区某高压直流输电换流站,建立了换流变压器空冷系统以及周围建筑物的计算流体动力学仿真模型,研究了不同环境风向和风速影响下空冷系统换热性能的变化规律。研究结果表明：由于周围建筑物的影响,空冷系统的换热性能在不同的环境风向下均有所衰减。当风向为W、风速为6m/s时,环境风流动方向与风机进气方向相反,极1和极2换流变空冷系统的换热能力衰减最为严重,分别下降了38%与40%。在高风速占比最多的NW28°风向下,环境风速逐渐升高时换热器上方的涡旋随着风向移动,迎风侧换热器出口高温气流回流至其他换热器入口;处于迎风侧的变压器2F换热器换热量最低,沿着环境风的运动方向不同位置换热器换热量呈现先升高后降低的趋势。研究结果为深入理解环境风影响下空冷系统换热性能的变化规律提供了理论依据,也为设计适应真实场景的变压器空冷系统提供了技术支撑。     

基于VMD-SSA-LSSVM的短期风电预测

为解决由于风电预测中出现的波动性和随机性造成风电功率预测精确度不高的问题，提出一种基于变分模态分解（variational mode decomposition,VMD）、Tent混沌映射、随机游走的麻雀搜索优化算法（sparrow search algorithm,SSA）和最小二乘支持向量机（least squares support vector machines,LSSVM）的组合模型。首先应用鲸鱼优化算法（whales optimization algorithm,WOA）对VMD的核心参数（K值和惩罚系数α）进行自动寻优。经过WOA-VMD对原始风电功率时间序列分解过后，引入改进的麻雀搜索算法SSA优化最小二乘支持向量机LSSVM中的学习参数，然后对分解得到的各个子序列建立SSALSSVM预测模型；最后叠加各个子序列的预测值并得到最终预测值。经实验仿真对比，该文组合模型较现有单一预测模型和普通组合模型在预测精度上有较大提高。