Structural design of carbon/epoxy bio‐inspired wind turbine blade using fluid/structure simulation

The purpose of this paper is to present the structural design procedure of a low‐speed, horizontal axis, bio‐inspired wind turbine blade made of carbon/epoxy. The methodology initiates with the mechanical characterization of the carbon fiber composite material. An aerodynamic simulation using Computational Fluid Dynamics (CFD) method is performed in order to obtain the pressure distribution profile of the blade. This result is coupled with a Finite Element Analysis (FEA) to carry out an iterative design process through a Fluid‐Structure Interaction (FSI) simulation. Different stacking sequences of laminates are evaluated to find a configuration which allows balance between aerodynamic and dynamic inertial loads, ensuring an almost undeformed geometry during wind turbine's operation. The final structural design of the blade consists in six regions with different laminates. These are balanced and symmetric with distinct thickness characteristics and stacking sequences, which vary in three different orientations: 0^°, ± 45^° and 90^°, achieving a minimum deflection at the tip close to 3.11 cm, and a total weight of 3.6 kg of a 1.8 m radius blade, even with the restrictions imposed by the non‐conventional geometry. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

Acoustic Resonance in Exhaust Gas Economizer Tube Bundles Prediction and Suppression of Resonance

The tendency for air column resonance generation in structures with a constant volume behind a tube array like that of an exhaust gas economizer has been reported, but many points remain unclear with respect to the mechanism and conditions that generate acoustical resonance. When acoustical resonance is generated, in reality, prevention and suppression measures are implemented by inserting a baffle plate into the ducts through a process of trial and error. The purpose of this study is to clarify the mechanism of generation of acoustical resonance, and to establish an appropriate measure to prevent such resonance. Noise generated in an exhaust gas economizer was correlated with the flow inside the tube array and experimentally analyzed, and the mechanism for resonance generation was considered. In addition, the effectiveness of a baffle plate positioned in order to prevent resonance was investigated. We have successfully employed a single baffle plate to suppress resonance.     

Weighted Self-Adaptive Threshold Wavelets for Interpolation Point Selection Used in Interconnect MOR

超高膨胀比涡轮噪声控制技术研究

赵辛午，黄洪雁

（哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院，哈尔滨 150001）

中文说明：

气动噪声控制是提高鱼雷隐身性能的关键技术之一。本文讨论了局部进气的超高膨胀比涡轮气动噪声产生机理。相邻喷嘴与流道之间形成的三角形非出气区域引起的尾迹、圆周局部进气设计引起的不稳定性、喷嘴和转子之间区域形成的复杂激波系是这类涡轮气动噪声产生的三种主要来源。因此，本文提出了两种气动噪声控制方法，增加转静子之间的轴向间距，喷嘴下俯、双侧修型和尾缘吹气。数值模拟结果表明：在对原涡轮气动性能影响不大的情况下，优化后涡轮的气动噪声下降10 dB以上。

关键词：超高膨胀比涡轮、气动噪声、流动特性、优化

     

气体动压轴承非线性动力学行为和稳定性预测

以球面螺旋槽气体动压轴承为研究对象,建立三维微气膜瞬态流场数学模型,采用流体动力学软件,对轴承三维气膜压力场进行仿真分析,得到使轴承承载能力最大的结构参数和运行参数。研究在最大承载力下,不同转速和偏心率对气体轴承瞬态刚度系数和阻尼的影响规律,探索气浮轴承瞬态非线性动力学行为。模拟出转子受转速影响下的轴心轨迹图,研究轴承-转子系统的稳定性。研究结果表明:槽宽比、槽深比、偏心率对轴承承载特性的影响明显;提高转速和偏心率有助于轴承的稳定,但随着转速的升高,轴承转子系统的稳定性接近临界状态,导致轴承转子系统不稳定,而较大的偏心率,易导致轴承产生碰摩现象,也破坏了轴承的稳定性,因此,在轴承设计过程中应合理选择轴承的设计参数,提高轴承的综合性能。     

核级密闭型隔离风阀运行过程中仿真力矩计算

以配带肘节式增力机构的核级密闭型隔离风阀为例,利用三维流场和运动仿真模拟隔离风阀叶片运行过程中的流态分布,确定由于流态施加到叶片上的气动力矩,并考虑了叶片运行过程中地震载荷的影响,给出了驱动力矩的计算方法,验证电动装置的选择的正确性。     

小型垂直轴风力发电机的气动噪声数值模拟与试验验证

为了降低小型垂直轴风力发电机的气动噪声,对其噪声产生机理进行了分析。首先,在瞬态计算时运用大涡模拟(LES)模型对在一定工况下的三维风轮周围的流场进行分析;其次,在声学计算时运用FW-H方程对风轮产生的气动噪声进行分析并得出频谱;最后,通过实例验证了该方法能有效预测其气动噪声。结果表明:小型垂直轴风力发电机的气动噪声主要是涡流噪声;监测点的噪声值随着离风轮旋转轴半径的增加而减小,且在垂直于叶轮旋转轴的平面上具有指向性。小型垂直轴风力发电机的气动噪声分析为其进一步低噪声优化提供了依据。     

十级高压压气机气动方案设计的优化

对HARIKA程序进行改进,创新性地修正了效率模型并引入Koch失速静压升系数模型,采用E3十级高压压气机气动特性试验数据验证此改进HARIKA程序,结果表明改进HARIKA程序对压气机100%转速失速边界的预估精度达到了99%。采用NSGA-II多目标遗传算法进行气动方案设计优化,优化后的方案与初始方案相比设计点的总效率提高了3.4%,喘振裕度提高了6%;通过调节进口导叶和前五级静子叶片的安装角,使得优化方案在非设计转速下的特性也得到了提高。     

基于可调姿态气动翼板的大跨度#br# 悬索桥颤振主动抑振方法

针对传统被动气动措施难以满足超大跨度悬索桥颤振设防需求的问题,提出一种基于可调姿态气动翼板的颤振主动抑振方法。该方法首先基于Roger颤振自激力时域模型建立主梁 翼板动力系统的状态空间表达,并通过系统重构优化使该表达能更加合理、有效地反应翼板姿态调节机制。此后通过引入基于主梁 翼板系统振幅控制权重的线性二次型指标,建立从桥梁振动状态监测到翼板姿态控制的颤振稳定性实时调节方法。为验证该方法的有效性和鲁棒性,研发针对桥梁节段模型风洞试验的反馈控制系统。研究发现,作用于两侧翼板上的反相气动升力在翼板间距的放大作用下形成的力偶是颤振控制力的主要成分,当迎风侧翼板振动相位滞后于主梁扭转振动约90°、背风侧翼板振动相位超前于主梁扭转振动约90°时有最优抑振效果;调节主梁控制权重至翼板控制权重的2倍时,可以提高颤振临界风速33%。     

基于MSC．Nastran的红外整流罩组件结构分析

基于有限元前后处理软件MSC．Patran及分析软件MSC．Nastran对红外整流罩组件进行了有限元分析,分析了大过载与气动加热情况下的组件应力分布,建立了详细的有限元模型,给出了有限元分析结果,验证了设计方案的可行性,并为改进设计提供了依据。     

高温堆燃料元件气动力提升过程的数值模拟

为研究高温气冷堆中燃料球的气动力提升过程,本文采用三维计算流体力学数值模拟与三自由度动力学仿真解耦的方法对燃料球的运动轨迹进行了模拟。通过计算流体力学方法计算了燃料球在提升管内所受的气动力,运用三自由度动力学仿真给出了燃料球在输送管道内的运动轨迹。将数值模拟的运动轨迹与实验测量的结果进行对比发现,本文数值模拟可准确地预测燃料球的运动轨迹和碰撞次数,与实验结果相符。这表明本文方法可用于模拟高温堆燃料球的气动力提升过程。