水平轴风力机的几个关键气动问题探讨

水平轴风力机是最有效的风能转换装置之一 ,在世界各地得到了广泛的应用。本文讨论了在风力机的研究和开发过程中所遇到的几个关键气动问题 ,在分析这些问题产生原因的基础上 ,介绍了目前的研究现状和研究水平。本文并结合问题所涉及的基本理论 ,以及学科发展的趋势 ,提出了解决问题的基本方法 ,以及发展方向和近期可望达到的目标等     

管道空腔流动被动控制方法的实验研究

采用高频响粒子图像测速技术,对长深比为5的管道空腔流场进行实验研究。同时在空腔前缘安置三种不同形状和具有相同扰动速度（34 m/s）的扰流体（圆柱形、锯齿形和矩形）对空腔流动进行被动控制。实验结果表明,圆柱扰流体能够增大剪切层厚度,并且可减小剪切层速度脉动和涡量值。矩形和锯齿形扰流体明显地将剪切层向主流区抬起,导致剪切层与空腔后缘未发生正面碰撞。     

汽轮机低压排汽缸内辅助板块对其性能影响的数值研究

采用数值计算的方法,求解得到汽轮机低压排汽缸内部的流场,通过比较静压恢复系数和流动不均匀系数分析了有无加强肋和涡壳挡板对流场和性能的影响。计算表明挡板通过破坏通道涡,改善了排汽系统的静压恢复能力,而背弧上的肋板则削弱了通流能力,导致排汽缸静压恢复能力下降。     

基于叶片弯掠技术的优化设计

在三维粘性流场的数值计算程序平台上,利用BP神经网络和遗传算法,通过叶片弯掠技术对一轴流风机的转子叶片的周向弯曲角度进行寻优,以使风扇的气动性能进一步提高。通过对比优化前、后的叶轮发现,优化之后的叶片呈现明显的周向前弯曲特征。测试结果显示,其全压和气动效率分别提高了3.56%和1.27%,失速裕度大幅度拓宽36%以上,上、下端部的损失进一步降低。     

垂直轴风力机尾迹的时空特性

基于非定常流场计算结果,对三叶片垂直轴风力机尾迹流场进行数值模拟,并在叶尖速比为2.65工况下对风力机尾迹流场进行频谱分析,然后采用动力模态分解(DMD)方法对垂直轴风力机尾迹流场进行模态分析。结果表明：近尾迹、过渡区尾迹和远场尾迹区具有不同的频率特征;而DMD分解结果提取了对应上述不同特征频率的流动模态,成功捕捉到了下游尾迹流场中不同尺度的流动结构,前5阶主要模态直观显示了尾迹流场中3个不同区域的流动特征结构。     

小流量下周向弯曲叶片内流特性研究

以不同周向方向弯曲叶片的低压轴流通风机为研究对象,采用数值模拟方法,研究小流量下周向弯曲对叶片内流动特性的影响,并得出了结论。     

基于稀疏分解理论的航空发动机轴承故障诊断

航空发动机轴承在高温、高压、高转速等恶劣条件下运行,机动工况较多,因而故障模式复杂,背景噪声强烈,难以及时有效地诊断。针对上述问题,提出基于稀疏分解的逐级匹配形态分析(Stagewise matching morphological component analysis,SMMCA)方法。稀疏分解是一种在超完备字典上对信号进行分解,并通过优化重构算法求解信号最稀疏表达的信号处理方法。逐级匹配形态分析基于稀疏分解理论,根据信号组成成分的差异,分别构造相应成分的稀疏字典,然后通过交替投影理论和逐级正交匹配追踪算法(Stagewise orthogonal matching pursuit,St OMP)对各组成成分进行优化重构,从而实现各成分的降噪和分离,准确快速地捕获信号中的特征信息。将提出的基于稀疏分解的逐级匹配形态分析方法应用于航空发动机轴承故障诊断,仿真和试验对比分析验证了该算法的有效性。     

直流电弧炉钢棒式底电极传热与流动数学模型

 为了深入了解直流电弧炉水冷钢棒式底电极的传热过程，根据底电极的炉底结构结合相应的边界条件，建立了基于流动的二维轴对称固液相变传热数学模型。推导了考虑水冷铜套和电极之间空气隙影响的等效对流换热系数以及通电时的径向和轴向电磁力方程。模型中考虑了底电极从固态300 K到液态2 000 K过程中钢的物性的连续变化。利用所建模型，可以数值模拟直流电弧炉单炉冶炼、双炉冶炼的非稳态传热过程以及考察计算参数和结构改变影响的稳态传热过程，为改善电弧炉的安全性、提高工作效率提供理论依据。     

透平静叶表面多排孔气膜冷却特性试验研究

为研究燃气轮机透平静叶表面的气膜冷却特性,搭建了平面叶栅气膜冷却试验台,采用红外成像技术测量了带有多排扇形气膜孔的透平静叶表面气膜冷却有效度和传热系数,分析了不同吹风比下静叶压力面和吸力面不同孔排下游气膜冷却有效度和传热系数的分布规律.结果 表明:随着吹风比的增大,静叶压力面各排孔后气膜冷却有效度增大,静叶吸力面孔排1下游气膜冷却有效度减小,吸力面孔排2和吸力面孔排3下游气膜冷却有效度先增大后减小,吸力面孔排4下游气膜冷却有效度增大;大吹风比时,气膜出流使得静叶表面大部分区域展向平均传热系数相比无气膜时小幅增大.     

水平轴风力机尾迹的测量与分析

在水平轴风力机模型不同尖速比条件下，利用旋转单斜丝热线在风轮下游进行尾迹流场速度测量。采用周期性采样和锁相平均热线测量技术，获得了风轮下游尾迹三维流场的定量信息。实验结果表明：风轮下游尾迹区内气流存在明显的三维性。尾迹在向风轮下游的发展传播过程中，尾迹中心形成的运动轨迹是与风轮叶片旋转方向相反的螺旋线。尾迹区内在气流向下游流动的过程中尾迹速度亏损逐渐衰减，尾迹区的宽度不断扩大，并逐渐与主流掺混融合。在叶片的尾迹区内，流动的紊流强度大大高于周围的非尾迹区，其中径向、切向紊流强度分量较大，而轴向分量紊流强度最小，尾迹区内的紊流具有高度不均匀性。最后，利用CFD软件Fluent6．0对实验风力机的三维流场进行了数值模拟，实验与数值模拟得到了较为一致的结果。图11参10