可调节活动导叶的形状解析

贯流式水轮机的活动导叶和转轮叶片都是可调节的,活动导叶开度角γG与转轮叶片角φR的协联关系相当重要,协联关系对水轮机设计及运行能够提供有效的帮助.至目前为止,γG和φR的协联关系即协联工况只能在水轮机设计完成后通过模型试验得到。本文在给定转轮叶片角φR的情况下,通过对活动导叶叶栅流道进行形状解析,进而在设计平台上预测对应协联工况开度角γG.     

基于转轮人口流动的最优导叶开度预测

灯泡贯流式水轮机有可调节开度的活动导叶和转轮叶片,活动导叶安装角α_G与转轮叶片安装角（?）_R的组合有无限多种。本文目的在于:通过CFD（计算流体力学）能够于设计阶段预测α_G和（?）_R的最佳组合（即协联工况角）,以最大程度提高设计的水力性能及特性。论文使用速度矢量、欧拉能量因子、压能因子和总能因子等讨论活动导叶、转轮、尾水管的内部流动状况,阐明协联工况下转轮开度（?）_Rcam对最佳的活动导叶开度α_Gcam的影响,提出基于转轮叶片入口相对流动角预测协联工况下活动导叶最优开度的机理及方法。推导提出的预测式可用于CFD解析结果也可用于设计初期时使用,研究成果可为转轮优化设计提供可靠的技术支持。     

基于B样条与遗传算法的翼型优化实验研究

翼型升阻比和水轮机空化系数是水轮机叶片翼型的重要指标,以NACA63A-614翼型为研究对象,基于B样条曲线对翼型曲线进行参数化构造,得到拟合精度较高的翼型曲线。以升阻比和水轮机空化系数作为优化目标,利用多目标遗传算法和XFOIL软件展开多工况优化设计。对优化后的翼型与原始翼型在多攻角工况范围内进行动力学特性分析,同时将优化前后翼型建模并进行空化实验。分析实验结果表明,优化后的翼型其升阻比和空化性能均得到明显提升,从而验证了该方法的可行性与准确性。     

转轮出流和尾水管入流的动态干涉

为了适应当前水电朝着成本更低、输出更加灵活的趋势发展,混流式水轮机在非设计工况点下运行时各水力部件之间干涉引起的流体动力作用和动态流动现象在水力设计过程中成为非常重要的一环.本文使用CFD技术获取尾水管中压力脉动情况,通过对动态能量分布的比较,陈述了转轮能量高速旋转传播造成的螺旋涡带缩胀变化,对尾水管流动的干涉作用.     

锯齿尾缘降噪翼型优化设计研究

大量研究工作表明旋转风电叶片的主要气动噪声来自叶尖尾缘区域,一直以来都是严重影响居民生活和叶片气动性能发挥的重要因素之一.为此,针对决定叶片重要气动特性单元——二维翼型,采用有别于传统的仿猫头鹰翅膀锯齿尾缘流动控制方法,将锯齿关键尺寸参数融入到风力机翼型设计之中,从而开发仿生锯齿翼型的优化设计方法,获得低噪声与高气动性...     

叶片弯曲变形对其结构稳定性的影响分析

本文针对柔性叶片能量转换装置的结构特点,在对四种弯曲变形叶片翼型气动载荷实验研究的基础上,采用参数化建模技术建立四种弯曲变形叶片实体模型,将实验测得的叶片表面压力加载到结构计算的有限元模型上,并以此为载荷对叶片进行气弹稳定性分析,揭示翼型发生变化后,叶片应力变化规律。研究结果表明:在一定的弯曲变形范围内,较大曲率弯曲变形的叶片结构稳定性较好。     

轴流式水轮机转轮流固耦合计算

在利用轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值计算和利用弹性力学非稳态有限元法计算轴流式水轮机转轮叶片动态的应力和应变的基础上,利用弱耦合算法完成了轴流式水轮机在有粘有旋条件下的流固耦合计算,得到了叶片的动态应力和动态应变,并对结果进行了讨论.     

水泵水轮机空载开度压力脉动特性预测

为了解水泵水轮机非同步导叶启动过程空载开度下的压力脉动特性,优化机组的性能提高并网成功几率,采用RNG k-ε模型对水泵水轮机非同步导叶空载点进行模拟,并对内部流场和压力脉动特性进行了分析。结果表明,转轮与活动导叶之间的压力脉动由叶片通过频率央定,尾水管涡带的周期性旋转导致尾水管进口呈现低频压力脉动,压力脉动幅值最大处位于预开启同步导叶与转轮之间。     

小波能量积累器在信号处理中的应用

 根据小波变换的多尺度分解特性,提出了多尺度小波能量积累器的概念,并给出了相应的多尺度小波能量积累算法,将信号在不同分解尺度上的小波能量进行积累。在此基础上设计出一种适用于各种雷达,尤其是微波雷达弱信号处理的小波能量检测算法,对低信噪比信号检测进行了仿真实验。结果表明,该检测算法对强白噪声及强色噪声背景下的低信噪比信号的检测非常有效。     

云和降水扰动对黄土高原半干旱草地辐射收支及能量分配的影响

地表辐射收支和能量分配对陆-气系统的反馈是气候模式中最重要的物理过程之一. 认识半干旱地区云和降水的扰动对辐射收支和能量分配的影响规律, 是提高数值模式中评估地表辐射收支和能量平衡参数化效果的关键环节. 利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2008年的观测资料, 研究了云和降水的扰动对辐射收支各分量的削弱作用及对地表能量平衡的影响规律. 年平均结果表明, 多云状况可以作为年平均的气候背景; 云和降水对短波辐射削弱最强, 大气向下长波辐射随天空云量的增加而增强, 地表向上长波辐射随着云量的增加而减小, 净辐射占总辐射的比率受云和降水的影响较小. 季节平均结果显示, 短波辐射日积分量在生长季和非生长季均随云量的增加而降低, 生长季云和降水对短波辐射的削弱作用明显强于非生长季. 生长季, 晴天、少云和多云时向上长波辐射差异不大, 阴天时向下和向上长波辐射明显减小. 非生长季, 地表向上长波辐射受云和降水的影响较小, 日积分量变化不大, 向下长波辐射随云量的增多而增强. 地表反照率具有明显的日变化和季节变化, 冬季大, 秋季小; 地表反照率日变化呈不对称的“V”形分布. 生长季, 感热通量和土壤热通量随云量增多而减小; 潜热通量在晴天、少云和多云状况下随云量增多而增大; 阴天时受降水影响, 净辐射的严重削弱导致了潜热通量大大降低. 非生长季, 少云时净辐射日积分量最大, 晴天时的净辐射与多云和阴天状况接近; 感热和潜热通量随云量的增多而减小, 土壤热通量日平均积分值在非生长季为负. 生长季, 多云状况的能量闭合度最好, 能量不平衡差额占净辐射的3.9%; 阴天时最差, 不平衡差额占净辐射的16.8%; 晴天和少云状况不平衡差额约占净辐射量的7%. 非生长季受积雪影响, 能量不闭合差额明显大于生长季. 关键词： 半干旱草地 云和降水的扰动 辐射收支 能量平衡     

风力机非对称钝尾缘翼型优化设计方法研究

为了提高风力机钝尾缘翼型优化设计的精确性,提出设计变量计及尾缘厚度及其在中弧线上侧分配比的非对称钝尾缘翼型优化设计方法。采用风力机翼型型线集成理论和B样条曲线,建立钝尾缘翼型型线控制方程组。以翼型的形状函数系数、B样条控制参数以及钝尾缘厚度和其分配比为设计变量,利用粒子群算法耦合XFOIL软件进行钝尾缘翼型优化设计。针对S812翼型优化得到尾缘厚度2.61%c、厚度分配比0:1的钝尾缘改型,采用计算流体动力学方法研究翼型及其改型的气动性能和流场特性。结果表明:优化得到钝尾缘翼型的升力系数和最大升阻比均显著增大;钝尾缘翼型吸力面的气流在流场中发生下洗,改善了翼型表面压力分布,并引起翼型失速延迟,使得翼型的气动性能明显提高。     

5kW遮蔽-增速升力型垂直轴风力机优化设计

本文详细介绍了5 kW遮蔽-增速垂直轴风力机的结构特点及主要参数。利用正交优化设计方法,采用计算流体力学软件,针对5 kW风力机,在叶片个数和遮蔽板安装位置半径一定的情况下,对翼型弦长、叶片转动扫掠面的半径、风轮旋转速度、遮蔽-增速板个数、遮蔽-增速板与叶片间的气动间隙以及遮蔽-增速板的安装角六个参数进行优化计算,找出一组最佳设计参数,进而设计出5 kW遮蔽-增速升力型垂直轴风力机,并对设计出的有遮蔽板与无遮蔽板两类型风力机的变工况特性进行比较分析。     

轴流泵叶顶间隙空化流可视化实验研究

运用高速数码摄像系统对比转速为700的轴流泵在最优工况流量下不同空化程度时的叶顶间隙内空化流动进行拍摄实验,捕捉到空化发生位置和空泡团形态随空化程度变化的演变过程。实验结果表明:叶顶间隙内空化发生的初始位置位于叶顶翼型头部,空泡团为沿叶片工作面向背面旋转的旋涡空化,旋转轴和圆周方向基本一致;随着泵汽蚀余量的降低,空化发生位置和空泡团与叶顶翼型粘连的区域均呈由叶顶翼型头部向尾部延伸发展的趋势;当泵发生汽蚀时,空化发生位置覆盖整个叶顶翼型,间隙空泡团和叶片背面空泡团相掺混,对叶轮流道内液相主流产生强烈干扰,导致泵能量性能急剧下降。研究结果为轴流泵叶顶间隙内空化发生及发展过程的理论研究提供了有效参考。     

水轮机转轮内固液两相紊流场数值模拟及磨蚀预估

在两流体模型的基础上。利用ｋ-ε-Ａｐ两相湍流模型计算流过混流式水轮机转轮的三维固液两相湍流。然后根据液相和固相三维流速场的计算结果,采用图尔萨（Ｔｕｌｓａ）大学磨蚀研究中心发展的泥沙磨损模型,预估转轮叶片表面的泥沙磨损情况。     

基于神经网络的翼型气动力计算和反设计方法

开展了机器学习在翼型气动力计算和反设计方法中的应用研究,实现了在更大翼型空间范围内,人工神经网络的训练和优化,建立了翼型气动力计算模型,和给定目标压力分布的翼型反设计优化模型.作为机器学习领域兴起的研究热点,人工神经网络的研究工作不断深入,有研究者尝试将其应用于流体力学的学科范畴内.文章实现人工神经网络在翼型计算领域中应用的方法如下:首先通过Parsec参数化方法,围绕基准翼型构造了一定翼型空间范围的翼型库,利用XFOIL进行数值模拟,搭建了和翼型库具有一一映射关系的流场信息库.通过训练和优化神经网络,实现了基于此模型的快速、高可信度的翼型气动力预测,以及新型的翼型优化设计方法.通过自动化编程实现样本库的批量生成,实现了不同翼型空间的样本量下,神经网络的训练和优化过程.实验结果表明,在机器学习领域中,基于神经网络的翼型反设计模型的精确性高度依赖于训练样本量的大小和覆盖范围.      

新型可调节叶片喷嘴的结构及气动设计

本文针对低温余热能量回收透平装置设计了一种新型的可调节叶片喷嘴机构(Rotatable Vaned Nozzle,RVN),该设计具有结构新颖、可靠性高的特点.在调节结构设计的基础上,采用CFD方法对叶片喷嘴内流动特性进行了数值分析,研究了不同转动角度对喷嘴性能的影响.     

水泵水轮机开机过程压力脉动的试验研究

水泵水轮机机组的压力脉动是影响机组稳定性的一个非常重要的因素,而转轮与活动导叶之间的无叶区的压力脉动具有振幅最大、振源复杂的特点。本文通过某抽水蓄能电站的真机的试验数据分析,对机组开机过程中无叶区的压力脉动进行了较为深入的研究,获得了水轮机的开机过程及水泵的开机过程中无叶区的压力脉动的幅值和频谱特性,并对其特点进行了分析。     

Kriging与响应面方法在气动优化设计中的应用

近似模型方法在工程优化设计中开始得到重视。本文分别应用Kriging方法和响应面方法进行了翼型气动优化设计。结果表明,Kriging方法的设计结果,升阻比较参考翼型提高了81%;在初始设计空间,响应面方法的结果很差,通过不断缩减设计空间,设计得到了有效的改善,升阻比提高了70%,但需要的计算量远远高于Kriging模型。     

水平轴风力机专用翼型族设计

本文采用正问题方法设计了适用于我国风况的风力机专用翼型族CAS-W1-XXX系列。包括最大相对厚度为15%～60%的11个不同厚度,适用于叶片根部到叶尖所有部分,设计雷诺数为3000000。设计中选择NUMECA软件中的AUTOBLADE模块进行翼型的几何造型,使用XFOIL进行翼型的气动持性和几何持性分析。通过XFOIL对设计结果进行分析得出CAS-W1-XXX翼型族具有良好的气动持性,前缘粗糙不敏感性以及良好的几何兼容性。     

基于分组模型及仿生蜗舌的多翼离心风机设计

为提高多翼离心风机的流动效率,提出一种适合于该类型风机特点的分组设计模型,并借助于流场计算与试验设计相结合的分析方法,依次对多翼离心风机的叶轮、蜗壳和蜗舌进行分组设计。结果表明:具有更多设计自由度的双圆弧叶片气动性能明显优于单圆弧叶片;在保证蜗壳结构尺寸不变的前提下,采用等边基方法设计的蜗壳性能略优于三段圆弧设计出的蜗壳;基于长耳翼型前缘的仿生蜗舌能够有效减弱分离流动现象;利用本文方法改进后的多翼离心风机设计效率提高了4.33%,变工况性能明显改善。研究工作对深刻认识多翼离心风机内部复杂流动机理及发展优化设计方法具有学术意义和工程应用价值。