尾缘非定常射流襟翼对垂直轴风力机气动特性影响研究

为提升垂直轴风力机气动性能并改善其动态失速特性,将射流襟翼布置于翼型尾缘压力面,并提出5种射流控制策略,采用计算流体力学方法研究不同策略对垂直轴风力机气动性能影响,从而确定最佳控制策略。结果表明：在180°~360°相位角范围内施加射流控制可使风力机风能利用系数在最佳尖速比下提升31.31%,并有效抑制吸力面尾缘涡形成与发展,增大翼面两侧压差;射流越靠近尾缘,垂直轴风力机气动性能提升效果越好。     

基于多目标遗传算法的垂直轴风力机专用翼型优化设计

为提升垂直轴风力机翼型综合气动性能,建立针对多运行工况的翼型优化设计方法。采用CST参数化方法表征翼型几何外形,通过优化的拉丁超立方抽样方法进行空间采样,利用CFD方法计算翼型气动力,并建立径向基函数神经网络代理模型,以翼型小攻角下升力和失速攻角下升阻比最优为设计目标,采用多目标遗传算法在代理模型上进行寻优,获得适用于垂直轴风力机的专用翼型以提高其在不同尖速比下的旋转力矩。对风力机常用翼型NACA0018进行优化,结果表明：以翼型失速攻角和最大升阻比攻角为优化目标,不仅提高了单翼型的升力系数与升阻比,而且将优化翼型应用于垂直轴风力机时还可提升使整机力矩系数。     

热风再循环机炉耦合高效发电系统变负荷性能仿真及优化

基于热风再循环回收烟气余热的机炉耦合发电（HAR）系统具有高效节能、受热面投资少、运行安全性高等优点。为解决其在全负荷范围安全又高效运行的问题,本文以某600MW烟煤机组为例,利用Ebsilon软件对HAR系统进行变负荷仿真研究。结果表明：烟气余热回收系统的排烟温度随负荷减小而降低,使锅炉空气预热器在低负荷下面临严重低温腐蚀风险;在低负荷下,现有的HAR系统难以通过调节高压、低压省煤器吸热量控制空气预热器冷端金属温度从而控制低温腐蚀;为在全负荷范围保证HAR系统内受热面安全可靠运行,提出了在余热回收系统中增设热量旁通管的HAR优化系统;在50%~100%热耗率验收工况（THA）负荷范围,应用该系统可使实例机组的标煤煤耗降低1.94~3.32g/(kW·h),在全负荷范围保持显著节能效益。为进一步推进该技术付诸应用,文章提出了HAR优化系统的运行控制方法。     

Y型三维微肋管管外池沸腾传热特性

为了提高换热管的传热效率,选用1根光滑管和2根不同肋间距的Y型三维微肋管进行了R410A的管外池沸腾传热实验。研究发现,受气泡行为的影响,Y型三维微肋管的管外传热系数随热流密度升高而降低,传热强化效果削弱并逐渐趋于光滑管;提高饱和温度和肋间距可以增大管外传热系数,但在高热流密度下,饱和温度对管外传热系数的影响不大;与其他商用强化管相比,2根Y型三维微肋管的传热系数在热流密度在低于25 kW/m²时更具优势,但在热流密度高于45 kW/m²时强化倍率较低。为了预测Y型三维微肋管的管外表面传热系数,拟合了一个传热关联式,该关联式92.62%的计算值与实验值相对误差不超过30%。     

垂直轴风力机新型变桨控制策略参数组合气动分析

低尖速比下垂直轴风力机攻角一般较大,流动分离现象较严重,可通过变桨调整叶片攻角以减少叶片流动分离提高其气动效率。以H型Darrieus垂直轴风力机为研究对象,基于攻角随相位角变化规律,提出一种俯仰角控制策略,此控制方式特点是在不同相位角时攻角成比例地减小,在大攻角时大幅减小攻角,而在小攻角时变化幅度较小,之后通过数值计算验证其效果。结果表明：所提俯仰角控制策略可显著提升功率系数;相较单一参数控制策略,不同参数组合的控制策略方式虽然在0°～180°（迎风区）与180°～360°（背风区）的风能捕获效率会相互影响,但提升效果也更好。此外,不连续的俯仰角速度将导致扭矩波动,通过采用权函数对俯仰曲线进行拟合可消除该波动。     

运动单帧图像法湍流边界层相干结构的实验测量

在研究单帧单曝光图像法（SFSE）流场测量的基础上,提出了测量湍流边界层相干结构的运动单帧长曝光图像法（MSFLE）,该方法是具有拉格朗日性质的测量方法,测量时相机以被拍摄相干结构的迁移速度基本相同的速度移动,同时采用长曝光的方法记录粒子的运动轨迹。应用该方法,得到了充分发展湍流边界层流向-展向平面内相干结构的直观图像,清晰地展示了相干结构随时间与空间的发展演变过程,并对其中的运动特征进行了分析研究。实验结果表明,高低速条带之间的相互作用可以导致发夹涡的位移、合并和耗散,鞍点及附近强剪切层的存在是相干结构发展演化的关键。     

系泊参数对漂浮式风力机平台的影响研究

海上漂浮式风力机的研究已成为风电领域的重点与热点,而系泊对漂浮式风力机平台的安全有极其重要的影响,因此本文选取基于Barge平台的NREL 5MW漂浮式风力机作为研究对象,研究系泊参数对漂浮式风力机动态响应及系泊缆张力的影响。结果表明:系泊直径和系泊长度的变化对漂浮式风力机纵摇及系泊缆顶端张力影响较大,对垂荡和纵摇影响较小;当系泊直径为0.3m时,纵荡位移偏移量达到最大,系泊缆顶端张力达到最小;随着系泊长度的增长,纵荡位移不断增大,系泊缆顶端张力不断减小。     

低剂量超吸水树脂溶液微滴中甲烷水合物生成动力学

高储气密度水合物的快速生成对气体水合物技术应用至关重要。将水与疏水性气相纳米二氧化硅和低剂量［0.1%~1.0%（质量）］的超吸水树脂在搅拌器中高速混合分散,制备出一种超吸水树脂改性的干水。该改性干水实质上是由高分子聚合物支撑且可自由流动的分散微滴堆。在8.0 MPa和274.2 K条件下,研究该改性微滴中甲烷水合物生成动力学特性。结果表明,松散的聚合物微滴极大地改善了液相连续水比表面积,为气体扩散至微滴表面提供了丰富的通道。水合物在聚合物微滴中快速生成,储气速率可达5.15~8.78 cm³·g^-1·min^-1,储气量高达158.0~175.0 cm³·g^-1。质量分数为0.3%的微滴表现出最快储存速率和最高储气量,且其循环水合储气过程中前6次储气量均超过120 cm³·g^-1。研究结果对水合物储运天然气技术规模化应用有一定的参考价值。     

基于偏航的风力机尾迹偏移控制流动机理研究

通过非定常CFD方法模拟在大气边界层环境下2台串列布置的全尺寸5MW风力机组,研究在风场多尺度流动特性下基于偏航的尾迹控制方法导致尾迹偏移的流动机理.结果表明:上游风力机偏航可有效提高风场总功率;速度场分析显示偏航时尾迹发生形变,而涡量场分析表明偏航的尾迹在传播过程中将产生一对逆时针旋转的涡,从而导致尾迹在宏观上表现为偏移;尾迹偏移效果仅在轮毂高度处较为显著,发生形变的尾迹低速区仍会向其余区域扩散.     

基于相变材料的太阳能PV/T系统性能

利用相变材料（phase change material, PCM）的定温储放热特性,将脂肪酸类PCM填充在装有金属肋片的集热器中,对太阳能光伏（photovoltaic, PV）板进行温度调控,实验分析了不同间歇性热量调控策略下PV/T（photovoltaic/thermal）-PCM系统宏观性能。结果表明：PCM能有效缓解光伏电池的温度波动,但系统运行中PCM的温度分层现象较为严重,制约了其实际利用率;合理的热量调控策略对防止PV/T-PCM系统中光伏电池过热及提升系统性能至关重要,数据显示工况二（调控温度设为45℃,调控时长30 min）和工况三（调控温度设为50℃,调控时长30 min）在调控前后,其光电转换效率分别提升3.4%和2.6%;工况二对应的系统总效率为90.8%,工况三为84.45%,均在工况一（无调控）的基础上有显著提升。