基于多重参考模型的风电场风机尾流模拟

为了研究三维旋转风轮的尾流流动情况,利用多重参考模型（moving reference frame,MRF）数值模拟给定风机的尾流情况,针对风机在不同的入口风速和桨距角的情况下,对其尾流流场的速度和压力分布进行了研究,发现风场的速度、压力分布及尾流、入口风速和桨距角变化对整个流场的影响与实际情况一致。该方法能预测风机运行性能和尾流湍流情况,并达到仿真风力发电机组气动流场的目的,用数值模拟的方法部分取代模型机的实验,既可缩短实验时间、节约实验成本、缩短研发周期,又能为机组运行提供可靠的建议。     

风电场风机尾流及其迭加模型的研究

在风电场场址选定的情况下,风电机组之间的尾流影响风电场风机的优化布置。目前,国内外关于符合风电场风机实际尾流以及迭加模型的研究主要侧重于一维线性模型及其迭加模型的实际应用。为此,推导建立了更加完整合理的一维非线性扩张尾流模型,即尾流影响边界随距离非线性增大;此外,根据风机尾流迭加的实际情况,分别推导建立了完整的风机尾流迭加计算模型来适应现有风电场的不同情形。通过相关工程算例结果与三维数值模拟计算结果的对比分析表明,所建立的风机尾流模型和尾流迭加模型更加合理,可有效提高风电场的发电效益。     

风电场尾流分布计算及场内优化控制方法

对于已建风电场,减少尾流效应,提高风电场整体输出功率,是风电场优化控制的目标之一。文中分析了风电机组状态参数变化与输出功率、尾流分布间的耦合关系,建立了尾流与风轮交汇面积的计算方法,以及多台风电机组尾流的叠加模型。针对不同来流风向及来流风速下风电场尾流分布的不同,提出了一种风电场尾流分布计算方法,用于计算每台风电机组位置处的风速;基于该尾流分布计算方法,以风电场整体输出功率最大为目标函数,轴向诱导因子为优化参数,粒子群算法为优化算法,建立风电场优化控制模型。以丹麦Horns Rev风电场为研究对象,进行计算分析,结果表明:风电场尾流分布计算方法能够准确计算风电场尾流分布,风电场优化控制方法能够提高风电场整体输出功率。     

基于半经验公式的风力机尾流模型研究

以瑞典航空研究院(FFA)、东京大学及荷兰能源研究中心(ECN)的风洞实验为参照,以探究半经验公式类型的风力机尾流模型为目的,验证了Jensen模型和改进Jens-en模型。采用上述两个半经验模型,编写计算程序,然后按照上述每个风洞实验的参数,设定计算条件,计算风力机下游的无量纲风速,再分别与相应的实验值进行比较。结果表明,在各自的适用条件下,上述两个模型都能比较精确地模拟风力机尾流特性。这证明上述两模型可以用于进一步研究风力机尾流效应,以进行风电场微观选址与布局优化。     

计及尾流效应的双馈机组风电场等值建模研究

针对双馈机组风电场内机组间尾流的相互影响,提出一种新的风电场等值建模方法。该方法考虑尾流效应,定义了"尾流影响因子"表征各台风电机组受其他风电机组尾流影响的程度,并以此作为风电场内风电机组的分组依据。将风向作为输入,从而进行风电机组的分组以及合并等值。同时给出了合并后等值模型参数的计算方法,得到风电场的多机等值模型。仿真结果表明,利用该方法建立的等值模型较之传统的等值模型能更准确地体现风电场的功率输出特性。     

隔水管尾流误差补偿技术研究

深水隔水管是深水油气勘探开发不可或缺的重要武器,也是深水油气开发技术上要求最高、最具挑战性的部分。随着海洋石油不断向深水进军,深水隔水管的疲劳监测技术在预防隔水管事故方面起到重要的作用。然而,海洋流速是导致深水隔水管疲劳的重要原因之一,为了监测海洋流速常用的方法是对洋流进行原位监测。但是,该法存在一个缺陷：由于隔水管的动态响应,特别是尾流区的存在,使得海洋流速测量存在一定误差。本文根据隔水管尾流特征、流速测量原理以及作业环境特点,提出通过隔水管监测系统内的MEMS三轴加速度传感器和陀螺仪来补偿流速的新方法。     

考虑尾流效应的风电场可靠性模型研究

考虑风电场的风况条件及风机排布阵列、风机强迫停运率、风电机组之间的尾流效应和风电机组输出功率特性曲线,建立了风电基地发电可靠性模型.据此,对东北地区某一风电场的风速和有功出力进行了仿真研究,结果表明,风电场可靠性评估考虑尾流效应,有利于进一步准确研究风电场可靠性模型的应用以及风电场对电力系统可靠性的影响.     

尾流效应对风电场输出功率的影响

研究了风电机组尾流效应对风电场输出功率的影响,提出了风电机组效率矩阵、风电机组的功率特性矩阵,以及等效输出功率特性等新的概念和相应的算法,从而建立了比较全面的风电场输出功率和风速的关系模型,为研究并网风电场运行和规划方面的有关问题奠定了基础。     

电力设备中FPGA单粒子效应研究

FPGA在电力设备中大规模应用后,其长时间运行的可靠性一直受到单粒子效应的影响。宇宙射线中的高能粒子穿过大气层后,会在FPGA芯片中造成单粒子翻转、单粒子锁存等故障。针对以上现象,分析了单粒子效应的形成机理及影响因素,计算了常用FPGA芯片的单粒子翻转故障概率。以需要长时间稳定运行的电力设备为对象,提出了芯片防护、系统防护、逻辑备份、数据校验、硬件检测等缓解方法。结果表明,这些措施可以有效减少FPGA中因单粒子效应而产生的故障。     

双机组风力机尾流互扰及阵列的数值模拟

为合理布置风力机,尽量减小风力机尾流的影响,提高风电场效率,采用Fluent 6.3软件,结合尾流理论分别对单机、2台串列、并列及错列布置的风力机进行数值模拟。通过比较单机风力机下风向流场分布和尾流模型计算结果,验证数值模拟合理性;比较单机及各种布置方式的输出功率、流场分布,对风力机间相互影响及互扰损失进行分析。结果表明:串列布置时,下风向叶轮对上风向机组发散状尾流有收敛作用,下风向机组受上游尾流影响较大,功率明显降低;并列及错列时被干扰机组受参考机组尾流挤压,但功率受影响较小。     

气固两相圆柱绕流转捩两种模式的三维直接数值模拟

该文对随空间发展模式的三维气固两相圆柱绕流中颗粒与流体的单相耦合作用进行了直接数值模拟。气相流场采用高精度紧致差分方法的数值方法对N-S方程组进行直接求解,计算颗粒场时,选取Stokes数等于0．01、1、10的颗粒,采用Lagarangian方法跟踪其运动。颗粒与壁面采用了弹性碰撞的方法来模拟。重点考察了颗粒相受两种模式下拟序结构的作用,分析了不同Stokes数的颗粒扩散受其相应流场特性的影响。数值结果表明,颗粒扩散受两种模式的影响很大。在相同的Stokes数下,B模式下的颗粒场纵向和横向扩散要高于受A模式影响的颗粒场；而在相同雷诺数下,Stokes数越大,横向扩散越小,纵向扩散越大。     

单个球形木材颗粒热解过程数值模拟

建立一维、非稳态单个球形木材颗粒热解模型,模型包含颗粒内部气相和固相质量、动量和能量守恒方程。颗粒内气体运动采用Darcy理论描述,传热模型包括颗粒内的导热和对流传热以及颗粒表面与外界的对流和辐射传热,热解动力学采用一步反应模型。运用文献中的实验结果对模型进行了验证,模型能够较好地预测颗粒内部不同位置处温度和固体失重率随时间的变化过程。运用模型考察进气温度和颗粒粒径对木材颗粒热解过程的影响。结果表明:进气温度越高,颗粒热解所需要的时间越短。相同无量纲直径处,小粒径的颗粒升温快,整个颗粒的温度趋于一致的时间较短,剩余固体率的变化规律与温度的变化一致。     

喷动流化床颗粒混合特性的三维直接数值模拟

采用离散元方法,对喷动流化床内的颗粒混合特性进行了三维直接数值模拟。气相场采用欧拉方法,固相场采用拉格朗日方法;对每一个颗粒考虑了碰撞力、携带力和重力;颗粒碰撞采用软球模型。模拟喷动流化床上下两层颗粒的运动和混合过程,揭示颗粒的混合机制,同时提出表征颗粒混合质量的重要特征参数,并考察了喷动气速和流化气速对颗粒混合的影响。结果表明：由喷动气射流带动而形成的颗粒内循环是颗粒混合的机制;增加喷动气速度和流化气速度均有助于颗粒混合,使颗粒达到完全混合的时间减少且混合更均匀。     

气固两相流动大规模并行直接数值模拟算法研究进展与展望

对欧拉–拉格朗日下气固两相流动并行直接数值模拟算法的最新研究成果进行了系统的总结。主要涉及到气固两相流大规模并行直接数值模拟空间导数离散格式的选取,流体相和颗粒相并行区域划分的策略,颗粒相并行数据传递的逻辑控制方法,颗粒相碰撞并行的实现方法,三维计算区域二个方向分解并行计算的若干关键问题,以及并行加速比和并行效率的计算结果。指明了解决欧拉–拉格朗日下气固两相流动并行直接数值模拟算法若干关键问题,以及今后需要解决的若干关键问题。     

直接空冷凝汽器单元传热性能的数值研究

直接空冷凝汽器由一个个直接空冷单元组成,对直接空冷凝汽器单元的研究具有重要的意义。依托实际工程项目,建立了某135MW直接空冷凝汽器单元流动和传热的数学模型。利用计算传热学（NHT）软件FLUENT,对夏季汽轮机考核工况（TRL）下,不同环境风速和风向,进行了空冷单元的性能的数值模拟。对直接空冷凝汽器外部空气的速度场、温度场的模拟、分析和研究。     

湍流聚并器流场和颗粒运动轨迹模拟

颗粒物聚并技术是强化对超细颗粒粉尘收集的有效方法。基于FLUENT软件对聚并器内流场和颗粒轨迹进行了数值模拟。对流场模拟的结果表明,聚并器内的涡发生装置可以产生不同尺度的涡,为超细颗粒的碰撞聚并创造了条件。分别在不同流速、不同粒径以及有无荷电的情况下模拟颗粒在聚并器内的运动情况。结果表明,流速越大,颗粒受湍流影响越大,发生碰撞聚并的几率也就越大;大颗粒受湍流影响较小,小颗粒较容易受到湍流的影响,从而大小颗粒之间发生明显的相对运动,增大碰撞聚并几率;荷电可以使粒子间的引力明显增强,使湍流对粒子运动的影响更明显,有效地增加粒子的碰撞几率。     

直接空冷汽轮机排汽装置内部流场的数值模拟

采用k-ε模型并结合壁面函数法,利用SIMPLE算法编程,对某具有内置式低压加热器和减温减压器的直接空冷汽轮机排汽装置的内部流场进行了三维数值模拟,得到了整个排汽装置内部流场的速度分布情况。结果表明,内置式低压加热器和减温减压器使排汽装置接颈出口流场速度分布的不均匀性加大,从而导致蒸汽在排汽装置内流动的汽阻和压损增大,最终影响到机组运行的经济性。     

电机内推力轴承泵送流体循环的数值研究

本文采用ANSYS开展了推力轴承泵送流体在电机内循环流动的流场-多孔介质场的耦合数值研究。其中,湍流流动采用Navier-Stokes控制方程和RNG k-ε湍流模型,多孔介质内流动采用基于Ergun方程的数学模型。研究发现,转子与多孔介质两者间隙流体成螺旋形流动,此间隙流量约为多孔介质区域内流量的0.071%;预测到了推力轴承泵径向流道间的进口处的轴对称漩涡,其旋向与轴转向相同。同时,结果表明推力轴承外流场存在强环流;也很好地预测了两处滑动轴承前后的Taylor涡,以及电机动静转子间隙流入口处的失紊湍流Taylor涡对。预测结果表明,复杂几何结构内的漩涡比较复杂,相应引起的耗散比较大,尤其,推力轴承与滑动轴承间的压力损失很大,可考虑这些相关几何参数和结构的优化。     

煤粉粒度对锅炉燃烧影响的数值模拟

煤粉粒度对煤粉燃烧具有重要影响,采用数值模拟的方法对不同煤粉粒度在炉内的燃烧过程进行了数值计算,比较各个工况下的计算结果,并对产生结果的原因进行了分析。计算的结果对深化认识粒度对于煤粉燃烧过程的影响,从而在锅炉的实际运行中采用合理的煤粉粒度,提高锅炉燃烧的效率,节约能源。结果表明煤粉粒度为60μm,对于电站锅炉燃烧和传热是有利的。