新疆地区太阳能烟囱复合蒸发冷却通风降温系统

提出了太阳能烟囱复合蒸发冷却系统,对复合系统模型进行了理论分析及计算,得出通风量与烟囱高度、宽度及太阳辐射强度之间的关系。结果表明,太阳能烟囱的自然通风量随太阳能辐射强度及烟囱高度的增加而增加;在计算条件下,当宽度取1m时通风量取得最大值。在此基础上分析得到太阳辐射照度400W/m2、烟囱高度3m、宽度1m时,太阳能烟囱复合蒸发冷却系统应用于乌鲁木齐建筑时烟囱的理论通风量为0.21kg/s,该通风量基本满足乌鲁木齐夏季通风设计工况下,蒸发冷却降温时所需动力(0.23kg/s),且室内通风换气次数达到10次/h以上,是一种节能环保的自然通风降温技术。     

密闭机箱风冷散热结构设计与分析

文中以在严酷环境条件下使用的某型便携式电子设备为研究对象,结合传统机箱结构,设计出一款在高温环境下强迫风冷散热的密闭机箱。通过中空盖板设计,让气流在中空盖板内流动,以提高发热芯片与空气的换热速度,有效地降低整机设备及内部模块的温度,保证设备在湿热、盐雾、淋雨、高温等恶劣环境下能长时间正常工作。为了验证该强迫空冷散热设计的可实施性和量化设计指标,利用ANSYS Fluent软件对其结构装置在不同环境温度和风扇功率下的散热效果进行了三维仿真。仿真结果表明,中空盖板内的最优通风风速为1.5 m/s,该通风风速可使密闭机箱的散热效果与电能消耗达到最优平衡。     

上海65m射电望远镜非均匀温度场及其效应

在最不利气候条件下（7月15日）研究了上海65 m射电望远镜的非均匀温度场及其效应,以掌握其主反射面面型精度在不同风速下受非均匀温度场的影响规律。研究了考虑构件尺寸效应的空气对流、天空辐射以及地面辐射等温度场关键影响因素的计算方法,并建立了温度场分析的有限元模型;对3种典型风速下的非均匀温度场进行分析,并将所得到的非均匀温度场施加到主反射面上,研究了不同风速下反射面精度受非均匀温度场的影响规律,即各节点实际坐标拟合抛物面误差均方根（RMS）随时间的变化规律。结果表明：在年平均风速3.2 m/s条件下,射电望远镜结构的RMS最大值为0.44 mm。当风速由1.0 m/s增大到10.0 m/s时,RMS最大值由0.56 mm减小到0.35 mm,且风速越大非均匀温度场对反射面精度的影响越小。该研究成果可为此类望远镜结构的温度场监测、传感器布设、以及热变形控制措施的选取提供参考信息。     

强风雨环境下高速列车运行安全特性

为确保高速列车在强风雨环境下安全运行,结合EULER-LAGRANGE方法和计算多体动力学方法,系统地研究风雨环境下高速列车的气动特性及运行安全特性。基于非球形雨滴,建立高速列车空气动力学计算模型,并验证计算模型的准确性,进而计算强风雨环境下作用于高速列车的气动载荷。建立高速列车车辆系统动力学模型,计算强风雨载荷作用下的高速列车运行安全特性。研究结果表明,在不同风速下,高速列车的侧力、升力、侧滚力矩及摇头力矩均随降雨强度的增加而增大,且与降雨强度近似成线性关系,对于点头力矩,当风速较小时,点头力矩随降雨强度的增加而增大,而当风速较大时,点头力矩随降雨强度的增加而减小。与单纯的强风环境相比,降雨使得高速列车的运行安全特性进一步恶化,在不同风速下,高速列车脱轨系数、轮重减载率、倾覆系数及轮轴横向力均随降雨强度的增加而增大,特别是当风速接近于临界风速时,降雨对高速列车运行安全特性的影响显著。当降雨强度为500 mm/h时,由不同运行安全指标确定的高速列车安全运行的临界风速降低2.3~4.2 m/s。研究结果可为高速列车在风雨环境下的安全限速提供参考。     

可变形式翼型钝体的风致振压电俘能器

针对现有风致振压电俘能器工作风速范围窄、高风速下振幅过大等问题,提出一种可变形式翼型钝体的风致振压电俘能器,主要由可变形式翼型钝体、悬臂梁以及压电组合梁构成,钝体的弹性翼受风力影响产生形变,从而实现系统振动特性的自我调节,以期提高俘能器的环境适应性。建立了俘能器的COMSOL有限元模型,通过仿真与试验分析了风速对其钝体形状及振动特性的影响,并获得了迎风角和弹性翼厚对俘能器输出性能的影响规律。结果表明：选取迎风角120°和弹性翼厚0.15 mm时俘能器的工作风速范围达到21 m/s,且当风速小于8 m/s时,弹性翼变形较小,系统以驰振为主,输出电压随风速增加而增大;当风速在8～17 m/s时,弹性翼形变量进一步增大,系统由驰振逐渐向涡振转变,输出电压变化较小;当风速在17～25 m/s时,钝体因弹性翼变形过大呈弯弧状,系统以涡振为主,其振幅被有效控制,输出电压随风速增加而减小;存在匹配电阻为250 kΩ时俘能器所产生的最大输出功率为3.78 mW。因此,该风致振压电俘能器在满足结构可靠、起振风速低及风速范围宽条件下同时可输出较大的电能。     

高速列车横风作用下的非定常气动载荷计算模拟

为模拟横风环境下高速列车所受气动载荷,选择Karman修正风速谱为目标谱,采用线性滤波法（AR模型）模拟了随列车移动点的脉动风速时程。基于风速风压关系,分析了气动载荷的计算方法,引入气动导纳函数,计算了高速列车横风作用下的非定常气动载荷,最后通过MATLAB编程实现非定常气动力的模拟。通过对列车运行速度70 m/s、平均风速为25 m/s工况下的脉动风速及非定常气动力的计算模拟,结果表明,风速时程能量主要集中在0~3 Hz频域段,与列车系统固有的一些振动频率相近,存在引起列车系统共振、引发倾覆事件的可能。     

气动载荷作用对大型风力机叶片-塔架净空影响分析

针对DU翼型水平轴风力机,为了探究气动载荷作用对风力机叶片-塔架净空的影响,利用GH Bladed对5 MW风力机进行仿真计算,通过探究风速、桨距角、功率对风力机叶片-塔架净空的影响,分析了叶片-塔架最小净空工况下叶片的结构动态响应,证明了风力机运行的安全性。结果表明,通过理论计算与仿真计算对比发现,最小净空值误差小于3%,验证了计算的准确性;风速增大会导致风力机输出功率增加,为保证风力机安全运行下恒功率输出进行变桨调节,使得桨距角增大,叶片-塔架最小净空随着桨距角的增大而增大;叶片结构变形随风速的变化趋势一致,保持良好的相似性,叶片-塔架最小净空值出现在风速为11.5 m/s的工况。     

蒸发式冷却器热质传递性能研究

喷淋水量和迎面风速等参数对蒸发式冷却器的换热性能有重要影响,对此进行了实验研究。结果表明：在同一喷淋密度下,空气进出口焓差随迎面风速的增加而降低,传热系数K₀和传质系数K_m随迎面风速的增加而增加,但增加的趋势越来越平缓。在实验工况下喷淋密度为0.046～0.1389kg·m^-1·s^-1和迎面风速为0.85～2.29m/s范围内,传热系数K₀和传质系数K_m呈现出随喷淋密度先增大后减小的趋势,随着迎面风速增大到1.87m/s,K₀增长到最大值的喷淋密度逐渐后移到0.0926kg·m^-1·s^-1。     

高速列车转向架区域气动特性及流场规律研究

为研究高速列车转向架区域的气动性能及流场规律,建立列车空气动力学模型,基于SST k-?两方程模型对运行速度分别为250 km/h、300 km/h和350 km/h的高速列车气动性能进行了数值模拟,分析动车及拖车转向架各部件对列车气动性能的影响。计算结果表明:列车运行速度对转向架阻力的影响是显著的,其中对头车转向架影响最大;头车转向架的阻力占总转向架阻力的54.9%,其中构架和轮对分别占35.6%和46.5%,部分部件由于前后压差形成负阻力;拖车转向架的流场结构比动车转向架更加复杂,闸片等部件对转向架区域的流场结构有显著影响;转向架区域外形和设备舱隔墙倾角也会影响其流场结构,斜角入口比直角入口的流场结构更加复杂。     

气动激扰下车体与悬吊设备耦合振动行为研究

基于Simiu风谱的功率谱密度函数,建立自相关模型(AR模型),模拟随高速列车移动的点的随机脉动风速时程,分析得到随机风作用在高速列车车体上的气动激扰。建立考虑车体弹性振动和多个车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析不同环境风速下气动激扰对车体和悬吊设备振动行为的影响。研究表明,气动激扰对车体和悬吊设备的横向和垂向振动特性明显,随着风速的增大,车体和设备振动加剧,但是对于车体横向振动来说,车辆运行速度低于150 km/h,各风速下的差异不明显;合理选取车下悬吊系统的悬挂参数可以有效地降低车体和设备的振动,当环境平均风速5 m/s时,车体横向采用8 Hz的悬挂频率比1 Hz的降低约26.5%的振动;考虑气动激扰的车下悬吊系统振动行为研究可以更加真实地反映车体和悬吊设备的耦合振动关系,为设计更优异性能的车下悬吊系统提供参考价值。     

光纤持气率测井仪响应规律的实验研究

为考察现有光纤持气率计在油气水三相流中的响应特性,采用多相流标定装置对其进行测定,系统研究光纤持气率计在油量固定不变含水量不同条件下的持气率响应规律。实验结果表明,当油量为5m3/d、气量小于10m3/d时,持气率随含气量的增大而增大,二者线性变化程度较低;而气量在10～35m3/d之间变化时,持气率随含气量的增大而线性增大。     

光纤持气率测井仪响应规律的实验研究

为考察现有光纤持气率计在油气水三相流中的响应特性,采用多相流标定装置对其进行测定,系统研究光纤持气率计在油量固定不变含水量不同条件下的持气率响应规律。实验结果表明,当油量为5m3/d、气量小于10m3/d时,持气率随含气量的增大而增大,二者线性变化程度较低;而气量在10～35m3/d之间变化时,持气率随含气量的增大而线性增大。     

喷雾冷却塔气水比和截面风速对冷却效率的影响

根据雾化冷却原理,建立了80t/h试验用逆流式无填料喷雾冷却塔,并通过4个工况的试验分析了气水比和截面风速对喷雾冷却塔冷却效率的影响,试验结果表明:冷却效率随气水比、截面风速的增加而增大,当截面风速从1.93m/s增加到3.21m/s时,气水比从1.04增加到1.31,冷却效率随之从39.0%增加到54.5%;当气水比在1.16～1.20之间保持不变或变化较小时,可以通过增大塔内截面风速来提高冷却塔的冷却效率.     

车轮多边形对高速列车车轴疲劳强度影响研究

车轮多边形是铁道车辆一种常见的非圆化病害,对轮对振动和车辆运行安全有明显的影响。在建立刚柔耦合拖车和动车车辆系统动力学模型基础上,将车轮多边形简化为简谐波并将其考虑为车轮轮径的变化,研究20阶车轮多边形对拖车和动车车轴疲劳强度的影响。结果表明,等效应力幅比值与速度呈非线性关系,且拖车和动车峰值出现位置有所不同,拖车峰值位置出现在速度为225 km/h,对应多边形激励频率432.7 Hz;动车不同截面分别在300 km/h、375 km/h时存在峰值,对应多边形激励频率分别为576.5Hz、721.2Hz。在各峰值位置处,多边形幅值的变化对拖车和动车部分截面的等效应力幅比值均有显著影响。拖车和动车车轴等效应力最大值均位于C截面,并且随着车轮多边形幅值的增加,其等效应力显著增大,超过车轴疲劳强度限值,降低车轴使用寿命。研究结果有助于改善20阶车轮多边形对高速列车车轴疲劳强度及弹性振动的影响。     

随机风作用下高速列车的非定常气动载荷

为研究随机风作用下高速列车的非定常气动载荷,基于COOPER理论和谐波叠加法计算随高速列车移动的点的脉动风,分析车速和平均风速对量纲一功率谱密度的影响。采用计算流体动力学方法数值计算气动载荷系数随侧偏角的变化规律,研究随机风作用下高速列车非定常气动载荷的计算方法,并推导出非定常气动载荷的概率分布特性。通过仿真分析车速为200～400 km/h,平均风速为10～35 m/s时的脉动风和非定常气动载荷发现,量纲一功率谱密度随车速的增加往高频部分移动,平均风速的变化对其影响较小;平均风速对脉动风速的影响大于车速对脉动风速的影响;当考虑侧偏角的变化时,计算得到的非定常气动载荷的波动增大;采用准定常法和改进准定常法计算得到的非定常气动载荷具有随机过程的遍历性,而采用权重函数法及改进权重函数法计算得到的非定常气动载荷不具有随机过程的遍历性。     

基于Fluent与LS-DYNA风沙粒子冲击高压输电线路的数值模拟

为揭示西北地区架空高压输电线路在沙尘环境下导线表面状态恶化的原因,基于Fluent两相流模型分析风沙流绕流导线的速度大小以及沙粒与导线碰撞的方向,同时运用LS-DYNA分析了导线垂直撞击导线过程。模拟结果表明:在15m/s风速下,导线处最大风速可达20.9m/s;在最大风速作用下,0.75mm的沙粒冲击导线产生最大位移为10×10-3mm,最大冲击应力为16MPa。     

不同风速下风力机动态特性研究

风力机在复杂大气环境中使用会经受超出设计值的动态载荷,产生动态失速问题,导致风力机性能及使用寿命下降。为了研究风力机翼型动态失速特性,选取不同风速条件下的6种工况(风速范围为15m/s-40m/s),选用CFD方法,利用S-A湍流模型,对绕翼型1/4弦长点作正弦振荡中的翼型进行模拟计算。获取不同风速下的升力系数迟滞闭环规律,给出了一个完整振荡周期中不同时刻的流场分布,描述脱落涡从翼型表面发生、扩散、破碎的运动过程。通过研究动态失速升力系数迟滞闭环规律,发现其升力系数与风速呈线性增长关系,迟滞闭环的面积在风速小于35m/s下也随之增大。所研究的结果对风力机设计制造和维护具有指导意义。     

塔式光热发电技术在新疆典型地区的风速适应性分析

近年来,以塔式、槽式、线性菲涅尔式技术路线为主流的光热发电技术得到了广泛关注。该研究以新疆哈密、吐鲁番等典型地区拟建的光热电站为研究对象,参考站址附近气象站、风电站实测风速及卫星数据提供的风速数据,综合判断站址处的实际风速,并重点分析高环境风速的气候情况对塔式光热电站发电量变化情况的影响。研究结果表明,新疆哈密、吐鲁番等典型地区光热站址的年平均风速分别约为5.31 m/s及5.55 m/s。为了适应新疆地区的高环境风速气候环境,在当地设计和建设塔式光热电站时,需要采用性能比较合适的聚光集热系统设备来保障电站的发电量数据,例如选用合适设计工作风速和精度要求的定日镜设备,以及热损失较低的吸热器设备等。研究结果对新疆地区塔式光热电站的设计和设备选型提供了参考依据。     

绊线对H型风轮启动特性的影响

为了提高H型风轮的启动性能,在叶片上安装绊线对风轮进行流动控制,通过对某三叶片H型风轮进行风洞试验,得到风轮在不同相位位置的静扭矩分布以及启动过程中转速随时间变化曲线。分析绊线在不同风速下对H型风轮启动特性的影响效果,并确定绊线作为流动控制手段的适用风速范围。结果表明：绊线使得风轮在大部分相位位置处的静扭矩得到提高,但是在个别相位位置的静扭矩减小;从启动曲线角度来看,在风速10~12 m/s,绊线能够缩短风轮的启动时间,增大风轮的最大空载转速;在风速13~14 m/s,绊线略微缩短风轮启动时间,有/无绊线风轮几乎对应相同的最大空载转速;在风速15~18 m/s,有/无绊线风轮在线性加速段的转速曲线几乎重合,绊线使得风轮的启动时间延长,最大空载转速得到提高。因此,在低雷诺数工作条件下,绊线对于提高H型风轮的启动性能和功率输出是有效的流动控制手段。     

小孔斜度对车厢气膜减阻效果的模拟实验研究

针对厢式运输车的减阻问题,采用厢体表面气膜减阻的方法,并通过模拟风阻测试试验探讨小孔斜度对厢体气膜减阻效果的影响。在主流速度25 m/s、渗流速度3 m/s条件下,分别对厢体表面具有15°、30°、45°、60°和90°五种不同小孔斜度的厢体模型在可变风速测阻装置中进行风阻模拟测试。结果表明,厢体的气膜减阻率随着小孔斜度的增大而逐渐增大,当小孔斜度为90°时,可以取得5.324%的最大减阻率。