风力发电机叶片气动性能数值模拟

利用FLUENT软件对750 kW风机叶片在额定风速和12个非额定风速工况下进行气动性能的数值模拟计算,计算叶轮的受力、扭转力矩、输出轴功率和风能利用效率等性能参数;绘制功率曲线图,并和风机叶片实测功率曲线进行比较,验证了风力机气动性能数值模拟的可靠性以及叶片建模的合理性.观察叶轮表面的压强分布、流速分布、湍流强度、流速矢量等流态图,对风力发电机叶片的数值模拟计算结果进行分析,可进一步验证所设计的风力发电机叶片气动性能的优劣,为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供技术参数和指导.     

基于CFD的垂直轴式风力机关键技术研究

在垂直轴风力机结构设计的基础之上,采用CFD技术对其流场及气动性能作了深入分析。根据分析结果来研究叶尖速比、叶片翼型、叶片安装角度等因素对风力机气动性能的影响,得出了翼型在叶尖速比λ=2、风速约为12 m/s时,风力机风能利用率最大,从而为风机叶轮优化设计提供了参考。     

基于田口方法与CFD相结合的垂直轴风力机优化研究

为了进一步提升垂直轴风力机在低风速复杂城市风场中的捕能效率,采用CFD数值计算和田口试验相结合的方法,研究实度(σ)、桨距角(β)、阻尼(Cd)和密度比(ρ*)对五叶片垂直轴风力机(VAWT)气动性能的影响。将风力机的转动控制方程与流场控制方程联合求解,在数值计算中考虑风力机与流体的相互作用。研究结果表明：实度、桨距角、阻尼和密度比的变化对垂直轴风力机的气动性能有重要影响,在最优的参数组合下,五叶片VAWT的捕能效率可以达到13.537%。此外,通过对田口试验结果的分析,得到所研究的4个特征参数对五叶片VAWT气动性能的影响程度依次为：σ＞Cd＞β＞ρ*。     

风力机叶片内侧翼型综合改型对翼型气动性能影响

针对风力机叶片内侧翼型,研究其改型前后的气动性能,揭示在叶片内侧相对厚度、相对弯度、尾缘厚度综合改进翼型的规律。通过Profili和Matlab软件对翼型相对厚度、相对弯度和尾缘厚度参数化处理,用Profili和Fluent软件数值模拟,对比原始翼型和改进翼型升阻力系数、升阻比及翼型表面压强和速度分布。结果表明:综合改进翼型不能单纯将相对厚度、相对弯度、尾缘厚度按各自最佳综合改进,需进一步研究综合改进翼型方法;在叶片内侧保证结构强度的前提下,按相对弯度在最佳的基础上增大1%弦长左右,尾缘厚度在最佳的基础上减小2%弦长左右,改进后的翼型气动性能较好。研究结论可供风力机叶片翼型设计和改型量化参考。     

垂直轴风轮叶片翼型的性能对比分析

提出基于Profili软件与Fluent软件的风力机翼型性能快速准确对比方法。基于正问题设计给出一种新的叶片翼型,对比新翼型和初始翼型的几何形状、气动系数和流场分布情况。研究发现:新翼型上下表面的压差明显增大,其综合特性优于初始翼型。采用数值模拟和试验研究相结合的方法,对采用上述两种翼型的垂直轴风力机的气动性能进行分析。结果表明:推动新风轮的合力矩要高于初始风轮受到的合力矩,新风力机的启动特性有了明显改善,单位时间的发电量至少增加了10%。     

出口角对离心泵内固液两相流动影响

采用欧拉多相流模型、标准k-ε湍流模型与SIMPLEC算法,应用计算流体力学软件Fluent,对3台不同叶片出口安放角的离心泵内的固液两相湍流进行了数值模拟,分析了叶片出口安放角对泵内部固液两相流场的影响.计算结果表明:在叶轮流道内,固体颗粒的相对运动方向比液相更偏向叶片压力面,大叶片出口角叶轮内两相速度的夹角较大.通过对比不同叶轮内压力分布及固体颗粒体积浓度分布,得出以下结论:大出口安放角的叶轮压力面附近聚集了更多的颗粒,导致大量颗粒与叶片尾部的压力面相撞;叶片出口安放角增大使得叶轮出口压力增大.     

转速对风机叶片位移和应力的影响

以NREL 5MW风力机为研究对象,基于ANSYS Workbench平台建立风力机叶片流固耦合数值模型,研究风力机叶片位移、应力随转速的变化规律,并利用Fourier函数拟合不同转速下叶片最大位移和应力数据。结果表明：叶片的位移、应力响应均随转速增加,峰值左移,在相同时间内完成周期增多,峰值增大但增幅减小;随转速增加,位移呈现出从叶根向叶尖递增的分布,而叶片最大应力集中在中部和根部;叶片最大应力、位移随转速变化的曲线呈现S型,Fourier拟合曲线较好地反映了叶片响应规律。该研究结果为风力机安全运行提供了参考。     

某微型涡喷发动机离心压气机设计

单级离心压气机在微型航空发动机中有着十分广泛的应用,为了探索高速的离心压气机设计技术,利用参数造型方法完成了一台压比为3.2的离心压气机设计,总结了离心压气机的关键设计方法。主要的设计过程为:经过一维方案设计完成初始参数选择,再以二维流通计算为基础,通过调整叶片环量分布来完成叶轮三维造型,最后使用数值模拟软件来分析气动设计的性能结果。结果表明:离心压气机在设计工作点的内部流动参数分布合理,各项性能参数都能够满足设计要求。     

基于大涡模拟的离心风机流固耦合分析

以某型号离心风机为研究对象,针对风机叶轮在旋转时的耦合振动问题,采用大涡模拟的方法,对风机的内部流场规律进行数值分析,并与采用RNG κ-ε模型的分析结果对比。利用大涡模拟的数值分析结果对风机叶轮进行单向流固耦合分析。结果表明:大涡模拟得到的分析结果更加精确,更能表现出风机内部的真实流动情况;在流场方面,叶片表面的压力会随时间的变化呈现不规律的波动;在静力学方面,等效应力主要集中在叶片中间位置以及与前、后盖板接触部位,叶轮叶片的中间区域变形量较大。     

风力机叶片结构设计与数值模拟

采用CFD技术对NACA0018型、NACA63A010型、NACA4412型、NACA23012型4种代表性翼型进行仿真分析,得出其单叶片翼型的压力场、速度场、升力系数和阻力系数变化情况,并对仿真过程中得到的曲线进行分析,得到4种翼型在不同风速工况下的气动特性因数。采用4种翼型中气动性能最优的NACA0018翼型,作为风力机叶片的截面翼型,借助MATLAB和SolidWorks软件完成风力机叶片结构建模。     

前缘磨蚀对风力机叶片材料特性影响的数值研究

为探究风沙环境下前缘受损风力发电机叶片的载荷变化,基于有限元法对受损叶片进行数值模拟,研究不同载荷、不同冲蚀程度以及不同材料对叶片的应力、位移、固有频率的影响.结果表明:当冲蚀程度在0 mm×0 mm至1 mm×1 mm之间,冲蚀的深度和厚度对叶片应力的影响较小;叶片材料密度增大,风轮的转速增高,对叶片的应力影响较大;提高风速虽然使叶片气动载荷增大,叶片整体应力增大,但是应力趋势变化不明显;冲蚀程度增大对叶片位移影响较小;提高风速或者提高风轮转速会使叶尖最大位移增大,同时材料密度大的叶片位移更大;在叶片的前3阶模态分析中,冲蚀程度对叶片影响极小,在第8阶模态中,随着冲蚀程度增大,叶片的固有频率逐渐减小.     

数字图像相关在立轴式风力发电机中的应用

本文对数字图像相关在立轴风力发电机叶轮设计中的应用的进行了探索,得到了导叶间气流位移场的分布,为改进风机叶轮设计提供了重要依据。     

GCr15钢平面磨削力仿真分析与实验研究

目的 对不同磨削工艺参数下的平面磨削力进行预测,对磨削机理进行研究,进而控制磨削加工质量。方法 考虑CBN砂轮表面磨粒形状的多样性、姿态的多样性和空间分布的随机性,建立CBN砂轮模型,对GCr15材料模型进行有限元砂轮磨削仿真。同时使用CBN砂轮,采用不同的工件进给速度对GCr15进行单因素平面磨削实验,使用三坐标测力仪测量不同磨削参数下的磨削力。结果 建立的仿真砂轮模型的表面形貌与真实砂轮接近,仿真砂轮上的磨粒出刃高度均服从正态分布,与实际砂轮一致。对比随机多面体磨粒模型和真实CBN磨粒照片,两者形貌相似。磨削力实验和仿真结果表明,工件进给速度由3 m/min增大到18 m/min时,磨削力逐渐增大,仿真所得法向磨削力最大误差远小于切向磨削力。结论 实验结果与仿真结果具有一致性,证明了砂轮磨削有限元仿真模型可用于磨削力预测。因为仿真中无法考虑实际砂轮尺寸和砂轮表面结合剂对磨削的影响,结果具有一定误差,仿真的准确性有待进一步提高。研究结果为使用有限元方法研究磨削机理和控制磨削加工质量提供了思路。     

1.5MW风力发电设备用轮毂铸造工艺优化设计

铸造凝固模拟软件作为一种有效的铸造工艺设计和优化工具,在铸造行业中得到了广泛的应用.采用Pro/E维造型软件造型,应用铸造CAE软件完成了对1.5MW风力轮毂铸造过程的计算机数值模拟,基于模拟结果,优化了铸造工艺,指导铸件的实际生产.     

空气冷凝器单排管束冲洗实验换热特性研究

通过对空气冷凝器600 mm×600 mm的管束进行冲洗,用FLUENT软件对单个翅片作计算机仿真,在不同风速和不同迎风面单位面积空气质量流量进行测试,分别进行加垢前和加垢后再经过清洗的热工性能测试,并且对比两种情况下换热性能,得出结论。对于存在污垢的管束,经过认真清洗后,管束的风阻可降低,换热性能也得到提升,其数值可以基本恢复到或略高于污垢前的值,该仿真结果与实验大致相符,模型可用。     

1.5MW风力发电机组轮毂球墨铸铁件的浇注系统设计

为了解决1.5 MW风力发电机组轮毂球墨铸铁件在铸造过程中容易产生缩松缩孔缺陷的问题,采用计算机数值模拟技术对轮毂的浇注系统进行优化设计分析。研究了轮毂球墨铸铁件的凝固特点,明确了铸件产生缺陷的原因,利用三维造型软件和铸造模拟软件对风力发电机轮毂铸件凝固过程的温度场进行模拟,得出了铸造风机轮毂的优化工艺方案。模拟结果显示,优化工艺可以明显地改善风机轮毂在铸造过程中产生的缩孔缺陷。     

Modelling of fluid flow and free surface characteristics of the melt puddle in planar flow casting

Concurrent analyses of heat and fluid flow within the melt puddle in planar flow casting (PFC) were carried out in order to investigate the effects of process variables on fluid dynamics and puddle formation. The free surface of the melt puddle was determined by the Volume of Fluid (VOF) method. A comparison between the puddle shape in documented experimentation and numerical simulation was performed in order to validate the present modelling. The sequences of the puddle formation were assumed to be at a steady state during ribbon formation. The effects of the process parameters, such as wheel speed, gap size, melt flow rate, and superheat of the melt on the fluid flow pattern and temperature distribution in the melt puddle were investigated. The resultant solidified ribbon thickness was predicted by the simulation, and compared to the experimentation.     

轮辋挤压成形数值模拟研究

采用MARC/superform软件对轮辋挤压成形进行了数值模拟,得到了变形过程的金属流动规律。在保证零件成形及能耗最小的前提下,获得了毛坯及模具锥角的最佳值。