基于双盘面多流管模型立轴风轮变桨方法研究

叶片旋转一周,攻角随方位角近似呈正弦曲线变化,力矩随之上下波动。传统变桨重在改善最大攻角对应方位角的叶片性能,且改善程度随攻角减小而减弱。提出在小攻角区域采用大桨角,在大攻角区域采用小桨角,重点改善小攻角区域性能的变桨思路。以采用NACA0012,高2 m和旋转直径2 m的两叶片H型风轮为研究对象,基于双盘面多流管模型,分析变桨方案下尖速比分别为4.5和5时,攻角、切向力系数、转矩和风能利用系数的变化规律。研究结果表明新变桨方案下小攻角区域的攻角、切向力系数、转矩,较定桨方案均有明显提高;增大了高性能区域范围,缩小低性能区域;风能利用系数在尖速比5时提高了18.9%。计算结果与试验结果及文献计算结果均吻合良好,证明了计算结果具有一定的精度。     

基于多流管算法Φ型风轮性能改善研究

Φ型风轮的叶片旋转一周,力矩随方位角呈波浪形波动,两个方位角区域的力矩极小,表现为制动力矩,严重影响风轮的整体性能。提出采用干扰气流来改善极低力矩区域叶片周围流场,进而提高Φ型立轴风轮气动性能的新方法。基于多流管模型分析两叶片和三叶片两种风轮,在干扰气流影响下赤道半径R、0.75R和0.55R高度叶片叶素的气动攻角,风能利用系数的分布规律。研究结果证明干扰气流较高地提高了极小力矩区域叶片不同高度叶素的气动攻角,产生了新的攻角极大值;在最佳尖速比下风能利用系数最大提高了10%左右。证明了干扰气流对风轮气动性能改善的有效性,为立轴风轮的优化设计和应用提供一种新思路。多流管模型计算结果与文献试验数据比较,两者吻合良好,证明计算结果具有一定的精度。     

干扰气流对Φ型风力机气动特性影响研究

在升力型立轴风力机的叶片旋转一圈中,两方位角叶片的攻角为零,产生为负值的刹车力矩,需要消耗其他叶片的正功来克服此力矩,进而降低了风力机整体性能。提出采用干扰气流来改善零攻角区域叶片周围流场,进而提高升力型立轴风力机气动性能的新方法。以美国Sandia国家实验室旋转直径2 m的Φ型风力机为研究对象,基于多流管模型,分析干扰气流对位于赤道半径R、0.8R和0.6R叶素的攻角、切向力、法向力的影响规律。计算结果证明,在干扰气流的影响下,两零攻角方位角的攻角、切向力和法向力均有明显提高;在180°旋转角,叶素的攻角、切向力以及法向力增幅,随着旋转半径的减小而增大。以上研究结果证明干扰气流有效地改善了零攻角区域叶片的气动特性。     

非零迎流角半球缺群无阀泵流场及流量特性

理论研究了以半球缺群作为无移动部件阀的无阀压电泵的液体输送和混合搅拌功能,针对半球缺群迎流角的变化对该压电泵的泵送性能及混合搅拌效果的影响进行了仿真分析与试验验证。围绕迎流角θ在0°≤θ≤90°的变化,建立多组有限元模型,模拟了半球缺群迎流角变化引起的速度场、压强差、阻力系数及仿真流量的变化规律,并进行了试验验证。结果表明,0°≤θ≤45°时,仿真流量随θ的增加而增加;45°θ≤90°时,仿真流量随θ的增加而减小;θ≈45°时取得最大流量96.13mL/min。此外,研究显示旋涡的大小及强度具有与仿真流量相同的变化趋势。泵流量试验验证了仿真研究及其结果的正确性:在θ≈45°时,试验流量达到67.90mL/min;0°θ≤360°时,试验流量与仿真流量的变化趋势一致,并且θ在一个周期的变化中泵流量及旋涡强度出现2次正向最大值和2次反向最大值。本研究为优化无阀压电泵的泵送性能和混合功能奠定了基础。     

具有组合式叶片的导流型垂直轴风力机气动性能的数值研究

在分析传统垂直轴风力机低效率原因的基础上阐述导流型垂直轴风力机的结构优势,并提出一种带组合式叶片的导流型垂直轴风力机,同时数值研究该垂直轴风力机的气动特性.这种垂直轴风力机由导风轮与风轮构成,其中导流叶片分别由进口径向段、出口导流段,以及与两者相切的中间圆弧段等三段组合而成,风叶是由进口圆弧段及与之相切的出口直线段组合而成.导流叶片不仅可以有效地降低因来流对风叶吸力面的直接冲击而造成的阻力转矩,而且还有助于增强来流对风叶压力面的有效冲击.这两方面均有助于使该种风力机风轮的旋转转矩得到显著增加.研究结果表明:这种带有组合式叶片导流型垂直轴风力机,具有工作范围宽、最佳尖速比大、风能利用率高等特点,其气动性能在数值上已明显超过常规垂直轴风力机的一般水平.在此基础上,将机翼型叶片引入导流型垂直轴风力机中,并数值论证了即使在这种变攻角、剧烈分离的垂直轴风力机的内部流场中,机翼型叶片对整个风力机性能的提高也能起到一定的作用.这种带有组合式叶片的导流型垂直轴风力机不仅具有较好的气动性能,而且具有简单的二维外形结构便于加工,具有推广使用的潜力.     

基于圆阵声源定位的目标上下界判定方法

通过圆形阵列和波束形成可以实现对声源目标的定位,在近距离的噪声声源定位中,声源的方位角和俯仰角范围分别为0～360°和0～90°,但通过波束形成计算方位角时,只能给出半个空间0～180°内的目标方位角,当目标出现在180～360°时,采用原有的公式和阵列顺序,计算出的功率谱是杂乱的,无法直接给出,需要通过对阵列数据进行旋转并二次计算才能得到方位角,显著增加运算时间.通过研究,提出了互相关测量法,初步判断声源所在方位,再通过波束形成算法计算出方位角,可以减小运算量,约降低1/3的计算时间.     

复合新翼型风力机叶片的气动设计及建模

基于Wilson法,用美国可再生能源实验室开发的S系列新翼型S833、S834、S835和三者的组合翼型来设计叶片,不同翼型连接处采用MATLAB程序语言的样条差值和曲线拟合法进行过渡修正,以满足气动连续性要求。在叶片设计基础上,分别计算了单翼型和复合翼型叶片的气动性能;利用有限元分析软件ANSYS建立了风轮的三维实体模型。结果表明:复合翼型叶片在较宽尖速比范围内比其它几种单翼型叶片的功率系数大,利用ANSYS软件建立的风轮实体三维模型,为风轮的结构动态及载荷等问题的进一步分析提供了技术基础。     

风力机叶片翼型的气动特性研究

选取S818叶片翼型进行二维几何模型,采用适合翼型流动的Spalart-Allmaras湍流模型,对Base翼型和95%弦长处带Microtab的翼型进行数值模拟分析,得到在不同攻角下的升阻比、表面压力和速度矢量图。从流场计算结果看出95%弦长处带microtab的翼型在0°到12°攻角范围内气动性能有明显提高;带microtab的翼型改变了后驻点位置,使其出现在了microtab末端,增加了气动曲面环量,从而增加了翼型升力。     

FSC赛车尾翼攻角对弯道性能影响的研究

以FSC方程式赛车模型为研究对象,利用虚拟风洞实验(VWT)探讨不同尾翼攻角对整车气动性能的影响,得到赛车气动升力特性。考虑了轮胎的非线性,从赛车转弯时轮荷变化入手,研究赛车不同尾翼攻角对应的轮胎侧向力分配及最大侧向加速度。研究结果表明,在一定范围内增大尾翼攻角可获得较大的侧向加速度,且可以降低赛车过弯侧翻的风险。尾翼攻角增加到20°附近后,由于尾翼失速会造成下压力损失,继续增大攻角反而不利于获得较大侧向加速度。最后,研究了赛车在不同尾翼攻角下的稳态转向特性,结果表明,适当增大尾翼攻角可以削弱赛车过多转向特性的趋势。     

影响风力发电机翼型气动性能的因素研究

翼型气动性能的优劣影响着风力发电机的发电效率,研究影响叶片翼型气动性能的因素具有重要意义。本文采用数值方法计算了文献中NACA0012翼型在Re=10^6时的气动性能参数并与试验值比较,验证了数值方法的正确性。通过对相对厚度、相对弯度、雷诺数等影响翼型气动特性的参数进行研究,结果表明:相对厚度小的翼型在小攻角范围可以获得更好的气动性能;当攻角大于失速角12°后,相对厚度大的翼型的气动性能更佳。在0°~20°攻角范围内,相对弯度和雷诺数越大,翼型的气动性能越好。     

风力机动态偏航时对风轮气动性能影响的数值模拟研究

本文是对动态偏航风力机输出功率和风轮表面的压力分布进行了研究。以某S翼型风力机叶片为研究对象,采用有限元方法,模拟叶片在额定工况下以10°/s的旋转速度从正对来流风开始顺时针匀速偏转30°。在动态偏航过程中取10°,20°两个偏航角位置时的风轮表面气动力及5°,10°,15°,20°,25°,30°六个偏航角下风轮的输出功率分别进行气动力及输出功率对比,结果发现:同一偏航角下,风力机动态偏航时,三支叶片间存在不平衡气动力;同一偏航角同一叶片相同径向位置,风轮动态偏航时压力面与吸力面的压强差小于风轮静态偏航时压力面与吸力面的压强差。风力机发生动态偏航时,风力机受气动力变化幅度较大,输出功率会较大波动。     

热浸镀锌烟尘收集装置流场的数值分析

热浸镀锌时,锌浴上方烟尘的控制和后处理是热浸镀锌领域的研究热点,目前尚未找到更有效的控制措施。针对侧吸式烟尘收集装置从设计上进行了改进,并运用FLUENT软件对15°、30°和45°吹风口结构烟尘收集的流场进行了数值模拟与分析。结果表明,射入气流角度对烟尘收集效果影响明显,其中30°入射角,烟尘收集最为理想;15°入射角时,吹风口的帽檐影响工件取出,不能有效地阻挡锌液飞入;45°入射角时,入射气流形成的气幕过窄,从而不能有效地阻挡控制烟尘气体的流向。研究结果对热浸镀锌池上方烟尘收集装置的进一步设计及优化提供了理论依据。     

刀刃角与岩石节理倾角对盘型滚刀破岩效率的影响

为了研究节理倾角与刀刃角对滚刀破岩效率的影响,运用ABAQUS有限元分析软件,采用Druker-Prager弹塑性本构模型模拟岩石材料,使用不同刀刃角的滚刀对不同节理倾角的岩石进行滚切加工,并结合破岩比能理论研究破岩效率,以破岩比能最小为依据确定不同节理倾角下的最优刀刃角。研究结果表明:不论倾角如何,节理层处的岩石破碎效果优于其他地方的破碎效果;在节理倾角为0°和30°时,滚刀的破岩比能呈波动的趋势,而且最优刀刃角为60°;在节理倾角为60°时,最优刀刃角为45°~50°;在节理倾角为90°时,最优刀刃角为40°~45°;随着节理倾角的增加,最优刀刃角呈不断减小趋势。该研究结果可为不同地质条件下盾构施工时的刀具选型提供一定的理论依据。     

Calibration method of tilt and azimuth angles for alignment of TEM tomographic tilt series

This paper describes the calibration method of the tilt and azimuth angles of specimen using a digital protractor and a laser autocollimator for alignment of electron tomography. It also suggests an easy method to check whether the specimen is tilted by 180.0°, and whether the azimuth angle is 0.0°; the method involves the use of two images of a rod-shaped specimen collected before and after a 180.0° tilt. The method is based on the assumption that these images are symmetric about the tilt axis when the azimuth angle is 0.0°. In addition, we used an experiment to demonstrate the effect of the incorrect angles on reconstructed images and simulated the image quality against distance away from tilt axis.     

三叶片直线翼垂直轴风力机非定常流场速度分析

垂直轴风力机在回转过程中,叶片尾流的相互干涉和叶片攻角变化,使垂直轴风力机周围流场异常复杂。为探明直线翼垂直轴风力机在二维流场中速度分布及风力机叶片迎风角度变化关系,在风洞试验中采用激光多普勒测速仪(Laser Doppler velocimetry,LDV)技术,对所设计的三叶片直线翼垂直轴风力机流场风速进行试验研究,获得了该风力机叶片周围流场的速度分布情况。在建立直线翼垂直轴风力机在不同转速下叶片迎风角度变化的数学模型基础上,应用仿真软件对被测风力机流场进行分析计算。通过数学模型得知,来流风速夹角随回转角的变化情况可用正弦函数近似表示, 并且随着叶尖速比的增大逐渐减小。风洞试验和CFD结果表明,风力机在回转过程中,叶片前缘场域有乱流生成,并且该域风速值偏大;而在叶片旋转内部以及下流区域内会形成一个宽大的低速区域,并且伴随叶尖速比的增加,低速区域具有扩大趋势。     

基于MEMS传感器的起重机吊钩运动实时监控系统

针对起重机吊钩运动状态的实时监控问题,设计并实现了一种基于MEMS传感器的吊钩运动监控系统。利用微型加速度计和磁强计实时测量了吊钩的二维倾角和水平方位角;分析了多种不同的磁强计补偿方法,针对强磁环境下水平方位角误差较大的特点,提出了一种基于T-S模糊逻辑的吊钩旋转角误差补偿方法;研制了系统样机,并进行了性能测试。研究结果表明,起重机吊钩倾角测量精度达到0.3°,平面旋转角精度达到0.8°,可满足实际应用要求,具有良好的应用前景。     

割草机刀片不同刀刃角度对刀盘内流体的影响

刀片高速运转时,在刀片后部会形成各种涡,从而影响割草机的工作效果。使用FLUENT软件对刀盘内气流进行模拟,在其余条件相同的情况下,随着刀片角α的增大,刀片后部的涡及刀片运动带起的气流运动上升趋势增大,刀片吸引草叶的能力更大。随着刀片角γ的增大,气流上升运动也加大。然而,当γ=5°的时候,可以发现刀片前段下方的涡有减弱的趋势,当γ=10°的时候,涡的现象又增多,同时增大刀盘流场中湍流的可能性,湍流会降低割草机工作效率。最终确定相对有利的刀片刃角和安装角为α在35°～45°之间,γ=5°左右的组合。     

激光扫描追踪人体目标位姿的算法研究

针对人体目标位姿的追踪问题,对二维激光扫描仪的工作原理进行了归纳,对所测取数据的分析算法进行了研究,设计了一种基于激光图像扫描的新型算法,利用C语言与Matlab混合编程,通过对人体目标肩部截面进行椭圆拟合,实时测取了运动人体目标的距离、角度和方位信息,并通过Matlab GUI显示.二维激光扫描仪通过旋转的光学部件发射光脉冲,形成了二维的扫描面,以实现区域扫描及轮廓测量的功能.研究结果表明,利用激光扫描仪测取的人体目标的位置信息与真实的人体目标的位置信息相比基本吻合,距离范围为0m～4m,距离精度优于0.05 m,角度范围为240°,角度跟踪精度优于2°,方位范围为360°,方位精度最高1 °,该算法可用于需要对人体目标进行实时追踪的工程应用中,例如用于对人体目标实时跟随的移动平台或机器人中.     

斜截半椭圆柱面涡发生器在管道中的传热数值模拟研究

管内设置一种斜截半椭圆柱面涡发生器,利用计算软件F luent进行数值模拟研究,研究以烟气为加热介质,冷空气为冷却介质的换热方式在不同Re数下不同攻角和倾角的传热及阻力特性,并与光管进行了对比。结果表明:斜截半椭圆柱面涡发生器能明显提高换热性能,在所研究的纵向涡发生器中,攻角为60°,倾角为15°时,涡发生器强化传热综合效果最佳。