尾缘襟翼振荡水翼的水动力特性

为了提高振荡水翼的能量提取效率,提出一种带尾缘襟翼的振荡水翼结构,在传统水翼的后端加装尾缘襟翼,利用尾缘襟翼的摆动达到提高功率的目的。建立襟翼摆动的运动方程并对等效攻角方程进行推导。利用CFD软件中的动态和移动网格技术对模型进行数值模拟。仿真结果显示,尾缘襟翼结构增加水翼翼型的拱度,使水翼的攻角增加,进而增加振荡水翼的升力系数和时均功率系数。推导的等效攻角公式与模拟结果一致,等效攻角公式能够较好的预示模拟结果。尾缘襟翼的摆动负功在整个振荡水翼采集功率中占的比例很小。     

摆式振荡翼塔筒尾涡潮流能捕获系统的水动力性能分析

为实现对海上风电场中潮流能有效利用,提出一种将振荡水翼潮流能捕获装置与海上风力机水下塔筒结合的摆式振荡翼塔筒尾涡潮流能捕获系统。联合格子玻尔兹曼和大涡模拟方法,对NACA0015翼型在有无塔筒尾流效应时,不同运动参数对其水动力特性及能量收集效率的影响进行数值分析,并从水翼运动过程中的旋涡结构分析了俯仰振幅、升沉振幅及振荡翼弦长对系统捕能效率的影响。结果表明,塔筒尾涡显著提升振荡翼的能量收集效率,同时振荡翼的加入能减慢塔筒涡脱,降低由钝体绕流引起的疲劳载荷。摆式振荡翼在塔筒尾涡区域内的捕能效率最高可达30.72%,与传统振荡翼潮流能捕获装置相比具有明显优势,为提高海上风场整体能源利用率提供了一种有效的方式。     

重叠网格技术下振荡水翼的水动力特性

为研究运动参数对于振荡水翼在潮流中获能效率的影响,给出水翼高获能效率时的运动参数分布规律,提高振荡翼式潮流能发电装置的获能效率。基于重叠网格技术建立了振荡水翼的数值计算模型,并对网格的有效性进行了验证,通过改变水翼的折算频率f*、摆角幅值θ₀、升沉振幅h₀等运动参数,对二维振荡水翼的水动力特性及相应的获能效率进行了研究,分析了涡脱落对水翼运动过程中获能效率的影响;同时研究了双翼之间形成翼地效应时的压力分布,分析了该情况时水翼的水动力特性以及翼地效应对获能效率的影响。结果表明:合理规划振荡水翼的折算频率、摆角幅值、升沉振幅、转轴位置等参数均可以提高水翼的能量捕获效率;水翼在振荡运动过程中,涡脱落的产生将会影响到水翼的获能效率;平行对称双水翼之间的翼地效应会使双翼之间的流域形成高压区,提高水翼升力;增加的升阻比有利于提高水翼的能量捕获效率,在双翼最小间距缩小时,水翼的获能效率会因地面效应作用的增强而提高。     

抑制风力发电机叶片高频振动的尾缘襟翼主动控制方法

针对叶片的高频振动,阐述了抑制风力发电机叶片高频振动的尾缘襟翼主动控制方法.结构模型是基于周向反对称刚度(CAS)铺层设计的复合材料叶片梁模型,基于弹性挥舞/扭转位移的分析,纳入了由步进电机驱动的尾缘襟翼的角度控制.气弹系统的气动力是基于一种新颖的适合于尾缘襟翼的准稳态模型,其偏微分气弹方程组的求解是基于Galerki...     

振荡水柱式防波堤的水动力特性

提出一种带水平底板的振荡水柱式新型防波堤. 借助二维物理波浪水槽,研究结构系统在3种不同水平底板宽度、12种不同波浪周期下的水动力特性. 通过实验探究波高对防波堤模型相关水动力参数的影响. 结果表明：合理布置水平底板能有效提升振荡水柱式防波堤的阻波性能;当水平底板宽度等于模型板间宽度时,入射波周期小于1.6 s的波浪的透射系数小于0.5;当水平底板宽度增大到2倍模型板间宽度时,入射波周期小于2.2 s的波浪的透射量小于50%. 水平底板的存在增加了系统的能量耗散,提高了系统对长波区间波浪的阻挡性能;波高的变化对相关水动力参数影响不大.     

Π型竖轴双转子水轮机纵荡水动力特性研究

为提高潮流能装置发电功率及可靠性,加快潮流能开发利用,本文提出了一种Π型竖轴双转子水轮机的设计,并对Π型竖轴双转子水轮机的纵荡运动特性进行了研究。基于CFD方法,通过将水轮机旋转运动与振荡运动相结合的方法模拟水轮机的纵荡运动,对竖轴双转子水轮机在不同振荡频率、振荡幅值及叶尖速比下的纵荡运动进行模拟计算,同时与均匀流无振荡工况下的水轮机作对比,分别对振荡运动下双转子水轮机受力、获能效率及流场的变化特征进行分析。研究结果表明:双转子并列布置可提高水轮机获能效率、纵荡幅值及频率对平均获能效率影响较小。纵荡下双转子水轮机所受推力及侧向力的波动较大,且推力及侧向力波动幅值与振幅及振荡频率成正比。振荡频率影响泄涡频率,振荡幅值影响尾涡区长度。     

翼缘框架柱框架结构的动力特性

对具有不同截面长度翼缘构件的翼缘框架柱框架结构进行了弹性动力特性分析,给出了该类构件按框架柱设计和按剪力墙设计的区分原则,并以工程实例及其结构振动台试验对翼缘框架柱框架结构体系的安全性能进行了验证。结果表明：等效截面长宽比为3～6的异形截面竖向构件在以梁、柱等杆件单元为主体的框架结构中按框架柱设计是可行的,翼缘框架柱框架结构体系具有足够的安全性能,可以在抗震设防区的多、高层建筑中应用。     

应用Realizable k-ε湍流模型的振荡水翼绕流数值模拟研究

采用计算流体力学软件Fluent提供的Realizable k-ε湍流模型计算了振荡水翼的绕流问题,利用有限体积法求解雷诺平均N-S方程,空间离散应用二阶迎风格式,速度—压力耦合格式为SIMPLEC格式;为了验证该数值格式及湍流模型,计算了文献中的算例并做了对比;考察了不同参数对振荡水翼周围流场及受力特征的影响,研究表明在一定水翼攻角条件下,水翼振幅及振荡频率均对振荡水翼的涡结构产生发展及其受力特征具有明显的影响.     

尾缘射流式垂直轴风力机气动特性数值分析

为抑制翼型表面流动分离并提高风力机叶片气动性能,将可靠性较高的吹气射流技术应用于垂直轴风力机叶片尾缘。采用数值模拟方法分析不同尾缘射流角度对垂直轴风力机风能利用系数、力矩系数及单叶压力与整机涡量的影响。模拟结果表明:在最佳尖速比(2.63)时,10°射流可以有效降低翼型尾缘脱落涡频率,有效控制叶片尾迹效应,整机效率及运行稳定性均优于0°尾缘射流式垂直轴风力机;在较低尖速比时,风力机单叶力矩峰值均集中在120°相位角,尾缘10°射流对整机力矩系数有显著提升效果;在较高尖速比时,单叶翼型压力面存在较大正压区,风能利用系数最大可提高11%左右,气动性能明显优于无射流垂直轴风力机。尾缘射流降低了风力机叶片所需承受的轴向载荷,提高了风力机输出功率。不同角度尾缘射流均能有效降低叶片表面流动损失进而延缓流动分离,数值结果为尾缘射流式垂直轴风力机的工程应用提供了部分参考价值。     

二维垂直轴水轮机强迫振荡水动力性能分析

潮流能水轮机水动力主要和叶片的相对运动速度有关,为了探讨实际海况条件下,漂浮式立轴水轮机水动力特性与波浪及水轮机的波浪运动响应之间的关系,采用水轮机旋转运动与强迫振荡运动的组合模拟立轴水轮机的纵荡和横荡运动,并用CFX软件对均匀来流中二维水轮机强迫振荡时的流场和水动力特性进行了分析,阐明了不同振荡圆频率、幅值、速比等参数对水轮机水动力的影响规律。研究表明:与水轮机在均匀来流环境中仅做旋转运动相比,横荡使水轮机产生类似卡门涡街的尾迹,纵荡使尾涡间距发生疏密变化;同时水轮机载荷瞬时值的峰值产生较大波动,峰值包络线的波动频率为水轮机振荡频率,在小振幅情况下,包络线波动幅值和水轮机振荡速度的振幅成线性关系。     

振荡翼改进运动模型的能量捕获性能分析

为了提高振荡水翼的水动力性能和能量捕获效率,基于传统简谐运动模型提出改进运动模型,通过引入俯仰运动系数k,推导改进后俯仰运动规律的一般形式,利用Fluent软件建立水翼的二维模型,综合分析半主动振荡模型下不同俯仰运动系数、折算频率和俯仰振幅等运动参数对水翼能量捕获性能的影响。结果表明:与传统简谐运动模型相比,改进运动模型能够使水翼升力系数在较长时间段内维持较大数值,提高水翼的升力系数和捕能效率;在相同的折算频率和俯仰振幅下,减小俯仰运动系数会增大俯仰角转动的角速度,进而增大俯仰运动所消耗的能量;不同俯仰振幅下对应不同的最优折算频率,折算频率越低水翼的捕能性能越不稳定,俯仰振幅越大,转动俯仰角所消耗的能量越多。在给定参数条件下,水翼的能量转化效率可超过40%。     

振荡翼改进运动模型的能量捕获性能分析

为了提高振荡水翼的水动力性能和能量捕获效率,基于传统简谐运动模型提出改进运动模型,通过引入俯仰运动系数k,推导改进后俯仰运动规律的一般形式,利用Fluent软件建立水翼的二维模型,综合分析半主动振荡模型下不同俯仰运动系数、折算频率和俯仰振幅等运动参数对水翼能量捕获性能的影响。结果表明:与传统简谐运动模型相比,改进运动模型能够使水翼升力系数在较长时间段内维持较大数值,提高水翼的升力系数和捕能效率;在相同的折算频率和俯仰振幅下,减小俯仰运动系数会增大俯仰角转动的角速度,进而增大俯仰运动所消耗的能量;不同俯仰振幅下对应不同的最优折算频率,折算频率越低水翼的捕能性能越不稳定,俯仰振幅越大,转动俯仰角所消耗的能量越多。在给定参数条件下,水翼的能量转化效率可超过40%。     

淹没深度对三自由度波能浮子获能的影响

为明确浮子淹没深度对三自由度浮子装置获能的影响,提出漂浮式与淹没式两种浮子模型,计算并比较在不同淹没深度和波浪条件下浮子的获能特性。浮子模型具有纵荡、垂荡与纵摇3个运动自由度。浮子选用直立圆柱体浮子。淹没深度分别设置为其高度的0.5、1.0、1.5与2.0倍,质量相同。漂浮式浮子模型作为对照,基于线性势流理论与边界元方法,建立浮子水动力学模型,计算浮子水动力学参数及运动响应,并采用线性能量转换(power take-off, PTO)系统阻尼,计算并对比浮子在最优PTO阻尼下的平均输出功率,分析淹没深度对浮子获能的影响。研究结果表明,增大淹没深度可以减小浮子的波浪激励力和平均输出功率。对于三自由度浮子,漂浮浮子在低频波浪下获能特性较好,而具有较小淹没深度的浮子在高频波浪下性能更优。     

淹没深度对三自由度波能浮子获能的影响

为明确浮子淹没深度对三自由度浮子装置获能的影响,提出漂浮式与淹没式两种浮子模型,计算并比较在不同淹没深度和波浪条件下浮子的获能特性。浮子模型具有纵荡、垂荡与纵摇3个运动自由度。浮子选用直立圆柱体浮子。淹没深度分别设置为其高度的0.5、1.0、1.5与2.0倍,质量相同。漂浮式浮子模型作为对照,基于线性势流理论与边界元方法,建立浮子水动力学模型,计算浮子水动力学参数及运动响应,并采用线性能量转换(power take-off, PTO)系统阻尼,计算并对比浮子在最优PTO阻尼下的平均输出功率,分析淹没深度对浮子获能的影响。研究结果表明,增大淹没深度可以减小浮子的波浪激励力和平均输出功率。对于三自由度浮子,漂浮浮子在低频波浪下获能特性较好,而具有较小淹没深度的浮子在高频波浪下性能更优。     

离岸式振荡水柱波能装置的理论及数值研究

基于势流理论, 利用匹配特征函数展开法,求解微幅波与离岸式振荡水柱（OWC）波能转换装置相互作用的边界值问题. 借助FLUENT软件及其用户自定义函数（UDF）,建立二维完全非线性波-OWC装置数值模型. 从理论和数值上分析OWC装置吃水深度、气室宽度以及墙体厚度对波能转换效率的影响,解析解和数值结果吻合较好.依靠数值模型,模拟波高变化对OWC装置工作效率的影响. 研究表明：OWC装置吃水深度的增加会导致高效频率带宽变窄,峰值向低频区移动;墙体厚度的增加会导致高频区波能转换效率下降,但对低频区影响较小;气室宽度的增大会导致高效频率带宽变宽,峰值向低频区移动;波高的增大会导致波能转换效率下降,在共振频率附近尤为明显.     

潮流能水平轴叶轮纵摇运动水动力分析

漂浮式潮流能装置载体的波浪运动响应使水平轴叶轮的水动力特性发生变化。采用滑移网格及动网格技术对无界均匀来流中旋转叶轮强迫纵摇时的三维水动力特性进行分析,研究不同纵摇频率、纵摇幅值、速比等参数对叶轮水动力的影响规律,以及根据叶轮纵摇运动时的水动力时历曲线,拟合得到叶轮的纵摇阻尼系数。研究表明:叶轮轴向载荷和能量利用率瞬时值产生波动,波动幅值随纵摇频率、纵摇幅值及速比的增大而增大;叶片表面压力分布时刻发生变化,纵摇频率、纵摇幅值及速比越大,变化越明显;纵摇阻尼系数与纵荡频率、振幅无关,而与叶轮旋转速度相关,旋转速度越大,阻尼系数越大。     

圆锥动静压轴承的稳态性能研究

本文首次提出了一种新型轴承——阶梯圆锥动静压轴承,用有限元素法分析了这种轴承的性能,并经试验证实了分析计算的正确性,证明这种轴承性能优越,具有广阔的使用前景。