新型恒流量钻井泵活塞运动规律研究

针对以曲柄连杆机构作为动力端的钻井泵,吸入与排出管路存在较大的流量和压力波动,从而导致一系列不利影响,提出采用凸轮传动机构作为恒流量钻井泵的动力端,并选择摆线运动规律与等速运动规律组合(即摆线加速—等速—摆线减速)作为凸轮机构恒流量钻井泵活塞拟定运动规律。既发挥摆线运动规律的位移、速度、加速度连续的优点,又发挥等速运动规律中加速度幅值为零的优点,可实现流量恒定、压力无波动的输出特性。根据活塞运动规律表达式进行综合评价分析,结果表明：既无刚性冲击也无柔性冲击,最大无量纲跃动度幅值JM、最大无量纲扭矩TM均减小,有利于提高恒流量钻井泵工作稳定性和可靠性,显著改善钻井泵的运动与动力性能。     

叶片参数对潮流能自由变偏角水轮机性能影响规律研究

采用基于粘性CFD理论的多体耦合方法对不同叶片参数下潮流能垂直轴自由变偏角水轮机的运动和动力特性进行数值模拟研究。研究表明:叶片偏角变化规律是决定该水轮机性能的重要因素,主要由水动力和惯性力所产生的俯仰力矩决定。通过分析叶片质量以及叶片自转轴与叶片质心距离对叶片摆动过程中俯仰力矩的影响规律,给出叶片参数对水轮机运动和动力特性的控制规律。     

水泵水轮机启动过程转轮叶片受力分析

为了研究水泵水轮机水轮机工况启动过程转轮区域流态对叶片载荷的影响,以某水泵水轮机模型为研究对象,采用Realizable k-ε湍流模型开展水泵水轮机全流道三维数值计算,运用UDF技术和动网格方式,控制启动过渡过程活动导叶的开启过程,分析机组启动过程中转轮的转速变化,并与试验结果进行对比。结果表明：数值计算与试验结果吻合度较高,该文数值计算准确可行;启动过程中,在0~5 s区间,转轮叶道中间分布明显沿周向规律分布的叶道涡,叶道涡随开度的增加及转轮叶片来流条件的优化逐渐变小然后消失;启动过程来流与转轮叶片工作面发生冲击并在此区域形成高压区,导致叶片工作面进口位置压力载荷集中、相同半径处叶片工作面背面压力差较大。启动过程中转轮叶片来流与叶片工作面发生冲击是叶片压力载荷集中以及叶道涡的主要诱因。     

大功率汽轮机再热第一级固粒冲蚀的数值研究

以某600MW汽轮机再热第一级叶栅为研究对象,采用欧拉-拉格朗日法,数值模拟了其叶栅通道内固体颗粒的运动特性,研究了固体颗粒的运动规律,分析了固体颗粒对静叶片、动叶片的冲蚀特点。     

竖轴潮流能水轮机叶片安装位置研究

将竖轴潮流能水轮机简化为二维形式,以二维机翼非定常运动数值分析方法为基础,构建多机翼非定常运动的边界元法模型,并在此基础上开发竖轴潮流能水轮机结构受力数值预报方法。利用该方法研究竖轴潮流能水轮机叶片安装位置对水轮机叶片、水轮机转子受力的影响规律。研究表明:安装位置靠近叶片翼型可提升水轮机的获能效率,安装位置靠近翼型中部可使叶片、转子的受力减小。     

H型垂直轴风力机启动性能分析

以H型垂直轴风力机为研究对象,从最基本的启动特性入手,采用三维CFD技术,结合剪切应力输运SST κ-ω湍流模型,模拟分析了全尺寸垂直轴风力机的安装半径、叶片弦长、安装角度和叶片数目四个参数对其自启动性能的影响。结果表明,上游叶片和塔筒的尾流对下游叶片气动特性具有影响,当叶片处于上游尾流区内时,牵引力急剧减小,当气流从两叶片之间穿过时,风力机启动力矩可达到最大值;风轮的静态启动力矩随叶片安装半径的增加而增加,即叶片安装半径越大,自启动性能越好;当叶片弦长从0.1 m增至0.4 m时,启动力矩增长较快,当叶片弦长大于0.4 m时,力矩随叶片弦长增加的幅度明显减小;不同的叶片安装角度对垂直轴风力机启动性能的影响较小,当安装角从1°增至8°时启动力矩也随之缓慢增加,当安装角达到9°时启动力矩迅速减小;叶片数目越多,风轮的最大启动力矩越大,自启动性能越好。     

风电叶片表面喷砂打磨工艺研究

针对风电叶片手工砂轮打磨费时费力且精度低的问题,提出以喷砂打磨工艺代替传统砂轮打磨,运用数值计算与实验相结合的方法研究流体与颗粒的运动规律及喷砂工艺参数对叶片表面形貌的影响。基于流体力学理论与牛顿第二定律建立喷射过程的数值模拟,研究喷射流体与颗粒的运动规律;利用扫描电子显微镜分析不同喷砂工艺参数下叶片微观形貌的形成机制。喷管内颗粒运动模型表明,使喷口空气与颗粒流速均匀的最优喷砂工艺参数为喷射压强0.7 MPa、喷管长度0.5 m。喷砂实验表明,喷漆表面满足最低吸力8 MPa要求,打磨后喷漆面附着力的大小主要受喷射压强影响,打磨的均匀程度主要受颗粒直径影响。     

水平轴潮流能发电机扭曲叶片和平直叶片的对比实验研究

通过对比实验研究平直叶片和扭曲叶片的启动能力和效率,实验研究平直叶片安装角和实度与叶片性能的关系。结果表明:2种叶片的启动能力和效率在一定范围内相当,某些特定条件下平直叶片的效率更高,但在其他条件下平直叶片的性能不如扭曲叶片,扭曲叶片能够适应大部分潮流工况。在一定范围内,平直叶片的启动能力和叶片的桨距角正相关。综上2种叶片各有优缺点均适用于水平轴潮流能发电机透平。     

搅拌式风热装置启动扭矩的影响因素分析

为研究搅拌式风热装置启动扭矩的影响因素,设计了搅拌式风力致热实验台,以三种自制致热器为研究对象,利用实验分析搅拌转速、角加速度、致热器叶片半径与致热装置启动扭矩的关系。实验结果表明,启动扭矩与搅拌转速、角加速度、致热器叶片半径均有关。相关条件一定时,扭矩随转速的增加而增大,角加速度越大启动扭矩越大,致热器叶片半径越小,启动扭矩越小。     

风力机叶片电磁脉冲式疲劳加载系统及试验研究

分析疲劳试验过程中叶片加载的运动规律,利用能量法对能量耗散进行计算及动力参数匹配,设计一套叶片电磁脉冲式疲劳加载系统。采用短时能量补充加载,瞬时最小势能原理导出叶片在时变载荷作用下的多自由度运动方程,建立仿真模型并对脉冲激励叶片响应数值进行仿真。利用激光测距传感器获取加载点振幅为控制参数,控制器基于SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation)脉冲控制方式,搜索跟踪共振频率,实现叶片等幅稳定振动。现场试验表明,叶片脉冲加载载荷均匀,控制过程稳定可靠,共振时叶片加载点振幅误差保持在±5%之内,试验效率及系统寿命得到提高,可为风力机叶片疲劳实验提供一种新的加载方式。     

水平轴潮流能发电机叶片的桨距角和实度对叶轮启动性能和效率的影响

基于Glauert理论,设计水平轴潮流能发电机的无扭角叶片,计算桨距角和实度与叶片性能的关系。实验研究不同实度、不同桨距角对叶轮启动能力和效率的影响。理论和实验结果均表明:叶轮实度越大,其启动性能越好,叶轮的捕能效率越低。叶片桨距角小于45°时,叶轮启动能力和叶片桨距角的大小正相关,但桨距角超过45°以后叶轮的启动能力会随桨距角的增大而下降。     

后掠叶片在水平轴潮流能发电机中的应用研究

提出一种后掠的平直叶片(无扭角),叶片只依靠水动力实现双向小范围自变距,不使用滑环适应潮流的2个方向,与该叶片配套使用的轮毂是对称轮毂。在理论上研究叶片变桨的原理,在实验上研究叶片桨距角、后掠角和后掠位置对透平启动性能、透平效率、叶尖速比的影响。结果表明:后掠角越大,透平的启动能力越低,效率和叶尖速比越低;后掠位置越靠近叶尖,叶片的启动能力越高,效率和叶尖速比越高。     

水斗式水轮机启动过程CFD模拟分析

水斗式水轮机启动过程中转轮所受冲击力较大,研究其流态和受力规律对优化启动步骤、保证机组安全与稳定有重要意义。采用三维CFD方法模拟分析了给定开度变化规律条件下的水斗式水轮机转速逐渐增大的过程,分析了力矩、流态、水斗叶片上压力值的变化规律。结果表明,启动初期,转轮节圆处所受冲击力最大,随着转速逐渐增大,脉冲压力幅值减小但频率增高。研究成果为进一步研究转轮结构动力特性奠定了基础。     

摆线转子泵的设计计算

从摆线泵啮合和摆线的定义出发对摆线啮合的参数和计算公式进行了介绍,对较为复杂的摆线内转子的型线方程进行了推导和说明,给出了摆线泵流量的精确计算公式,并对设计中需注意的问题进行了说明。最后用一个摆线转子泵计算的实例对计算公式进行验证并绘出了摆线转子的图形。     

汽轮机调节级固体颗粒冲蚀的数值模拟

对于不同机组,汽轮机调节级内部结构不尽相同,其中的固体颗粒冲蚀规律也会有区别.以某600MW汽轮机调节级叶栅为研究对象,采用欧拉-拉格朗日法,数值模拟了调节级静、动叶栅通道内固体颗粒的运动特性,研究了固体颗粒的运动规律,分析了固体颗粒对喷嘴叶片、动叶片的冲蚀.研究发现不同粒径的固体颗粒对叶片的冲蚀有着不同的影响,大粒径粒子造成的冲蚀占主要比例,小粒子甚至未对叶面发生碰撞;喷嘴内的冲蚀区集中在压力面的中后部;动叶内的冲蚀区位于压力面中后部以及柱形前缘,压力面中后部靠近叶尖部位的地方冲蚀最为严重.     

风力机叶片摆锤共振疲劳加载系统及控制研究

分析疲劳加载过程中摆锤受叶片振动影响的运动规律,利用能量法进行系统动力参数匹配计算,设计一套摆锤共振型大型风力机叶片疲劳加载系统。利用激光测距传感器获取加载点振幅为控制参数,以振幅偏差为偏差变化率输入,加载频率为输出建立模糊控制系统,控制器对振幅变化数据进行采集、存储与分析,并搜索跟踪共振频率,驱动变频电机实现叶片等幅稳定振动。现场试验结果表明,叶片加载载荷更均匀,控制过程稳定可靠,共振时叶片加载点振幅误差保持在±5%之内,为风力机叶片疲劳加载提供了理论基础与试验依据。     

风力机旋转叶片动力学方程的Neumann级数解法

运用现代柔性多体动力学方法,研究了水平轴风力机柔性叶片空间旋转运动与其弹性变形间的相互耦合关系及其所导致的动力学效应;导出了旋转叶片的有限元动力学方程及其数值求解方法;对大型风力机叶片在机械和气动载荷作用下的弯曲变形进行了动态模拟。由于该有限元动力学方程为时变方程,文中应用Neumann级数和Newmark直接积分方法求解动力方程,编制了相应的计算机程序;以1.5MW风力机叶片为例,计算了风力机在启动、刹车和正常运转时的叶片弯曲挠度响应,并与常规有限元数值分析结果进行了比较。结果表明,该方法能有效地求解该类时变方程并准确地反映旋转叶片的动力学特性和动力学响应,本文工作为进一步进行叶片强度和气动弹性稳定性分析打下了基础。     

遗传算法在水平轴洋流机叶片优化设计中的应用

水平轴洋流机是捕获洋流能的主要设备,其叶片外形直接影响捕能效率。通过Bezier参数化曲线描述定速定桨距洋流机的叶片弦长和扭角分布规律,采用叶素-动量理论计算其水动特性。以额定流速下能量利用系数系数最大为目标,基于遗传算法建立了叶片外形优化模型。同时,为了避免因汽蚀导致功率输出不稳定的现象,在优化过程中以汽蚀作为约束条件,与经典设计方法Wilson理论设计叶片进行了比较。结果表明:优化叶片在叶根处的扭角更小,具有更佳的抗扭性能;叶根和叶尖处弦长均更小,节省了材料;在设计流速范围内,优化叶片在低流速下效率更高,平均提高了4.6%,具有更好的启动性能。     

基于部分结构参数的螺旋形Savonius风轮性能优化

90°扭角螺旋形Savonius风轮模拟结果与试验结果的对比,证明κ-ε模型具有较高精度。采用该模型对螺旋形Savonius风轮进行数值计算,深析螺旋角度θ、隔板数N、螺距P3个结构参数对风能利用系数的影响规律,并与传统直叶片Savonius风轮进行静力矩对比。结果表明:θ=180°,N=6和P=6.0的风轮在叶尖速比为0.75时达0.21;螺旋形Savonius风轮静力矩系数均大于0,比传统直叶片风轮具有更良好的启动性能。     

液压自由活塞柴油机控制参数影响特性试验

在研制的单活塞式液压自由活塞柴油机上开展了控制参数影响特性、启动特性及运行特性等规律性试验.结果表明:改变压缩压力可以实现压缩比的控制,随着压缩压力的增大压缩比将增大;循环喷油量、喷油正时和排气门正时等参数对自由活塞发动机的膨胀行程、压缩比和下止点位置等具有决定作用;频率控制阀信号脉宽影响发动机的启动过程,脉宽较小时会导致活塞运动速度减慢甚至启动困难.对其特性的研究结果表明:活塞运动规律呈明显的非对称性,膨胀行程用时较压缩行程短;缸内燃烧过程呈近等容燃烧;液压输出能量受单向阀响应性影响会损失掉一部分高压能.