风机叶片覆冰机理与预测分析

高原和寒冷地区风能资源十分丰富,风机在此地区运行时叶片表面极易出现覆冰现象.针对寒区风机叶 片覆冰问题,本文首先明确覆冰机理以及主要的影响参数;基于数值模拟分析在冻雨条件下,环境因素和叶片几何参数对叶片覆冰的影响.结果表明,当温度不变,风速从2 m/s增加到4 m/s时,叶片表面的最大覆冰厚度增幅高达117％;当风速从...     

等温淬火球墨铸铁渣浆泵叶片磨损试验的正交分析

采用正交试验分析了在实验室条件下影响奥贝球铁叶片磨损的因素,探讨了决定叶片材料特性的成分和热处理工艺以及叶、磨料种类等水力学条件对叶片磨损的综合影响,研究结果表明,渣浆泵叶片的磨损失效受到材料特性和水力条件的综合影响;叶片材料成分和热处理工艺交互作用是影响叶磨损的主要因素,其次是磨料种类及叶型症 交试验是研究 渣浆泵磨损规律的有效方法 。     

叶片径向变形的动态概率分析方法

为了有效地进行高压涡轮叶片设计和优化,提高叶尖径向运行间隙设计和控制的合理性,本文考虑了材料属性和边界条件的非线性、载荷的动态性、变量的随机性,在确定性分析的基础上对叶片径向变形进行了动态概率分析.首先,介绍了高效率动态概率分析的极值响应面法(Extremum Response Surface Method,ERSM)及其数学模型;其次,将该方法应用到叶片径向变形的动态概率分析中,得出了各输入输出随机变量的分布特征及影响叶片径向动态变形的主要因素,即燃气温度和转子转速;最后,通过对三种方法进行比较.结果表明:ERSM的计算精度与Monte Carlo法基本保持一致,比传统响应面法稍高;其计算时间为Monte Carlo法的1/66、为传统响应面法的1/3.以此验证了该方法在叶片径向变形动态概率分析方面的可行性和有效性,为叶片径向变形的优化设计和叶尖径向运行间隙设计提供了参考.     

S弯进气道流动控制技术的试验研究

在低速风洞中采用微型叶片作为涡流发生器对某S弯进气道进行流动控制,通过风洞试验研究了微型叶片的不同参数(包括叶片高度、轴向位置、安装组数)对进气道气动特性的影响。试验测量了来流风速V=60m/s、模型攻角α=8°的条件下有/无微型导流叶片时进气道出口截面的总压和静压分布,并由此计算得到进气道出口截面的总压恢复系数和畸变指数。试验结果表明:微型叶片的不同参数(包括叶片高度、轴向位置、安装组数)对进气道流动有明显影响;通过在进气道第一弯道处安装合适高度和组数的微型叶片涡发生器,可以明显改善进气道出口流动;在现有的试验条件下,叶片高度h/Ri=0.02、轴向位置Xvg/Ri=1、组数Nvg=8是相对较优的流动控制方案,主要表现为:与未安装微型叶片相比,进气道流量系数φ=0.8时出口畸变指数降低了0.051,总压恢复系数提高了0.007。     

“风车制作”中的力学问题简析

分析了``风车制作'中输出、动力和传动3个部分所包含的主要力学问题,建立了相应的物理模型,由此针对题目设置分别给出了策略建议。考虑到有效输出功率、风机叶片的运行效率、传动的比例搭配等因素,指出最优策略是应当选择更大的杯子质量、更多的叶片数量、宽型的叶片形状、稍大于45$^\circ$的叶片安装角、更大比例系数的齿轮组合。     

轴流压气机叶片堵塞颤振的数值预测

在多级轴流压气机的实际运行中,中间级和后面级叶片所发生的低负攻角堵塞颤振主要是弯曲振型。但现有文献只研究了扭转振型的叶片堵塞颤振。本文采用前一阶段发展的有限差分方法,预测到在高亚音进口Mach数、低负攻角条件下,跨音振荡叶栅弯曲振型堵塞颤振的发作。此外,还研究了一些几何参数及气动参数对于跨音叶栅弯曲振荡稳定性的影响。初步数值结果表明,激波的存在对跨音叶栅气动弹性稳定性的影响是显著的。     

基于CFD技术的垂直轴风力机动态尾流特性研究

利用CFD软件对麦克马斯特大学垂直轴风力机进行不同叶尖速比下的数值模拟,计算结果与风洞试验数据吻合良好。近场尾流中,与单叶片的风力机模拟结果比较,上游叶片产生并向下游延伸的旋涡影响下游运行轨道上叶片的升阻力特性,不仅使叶片扭矩输出峰值降低,而且峰值产生的时间延迟。对垂直轴风力机叶片叶梢进行修改,模拟结果显示,叶片扭矩输出峰值不变,但是谷值有所降低,修改后风力机沿风向推力幅值降低明显;远场尾流中,采用风速轮廓线原理,以瑞典的法尔肯贝里市200kW垂直轴风力机为原型,按照真实的空间排布进行数值模拟。模拟结果显示,上游风力机上下两端处产生较为集中的远场尾流,影响下游风力机叶片下半段的气动性能,下游风力机功率输出降低明显。     

某轴流送风机叶片断裂事故计算分析

本文是理论计算与工程实际相结合的典型例子．某电厂锅炉送风机，多次发生叶片断裂事故，严重影响了电厂生产的正常运行，受电厂委托，我所就风机动叶片断裂事故，采用有限元方法对转子、支承结构、壳体和动叶片均进行了一系列的计算分析，找出了故障原因，并提出了改进措施．     

离心式渣浆泵叶轮磨损规律研究

在实验室条件下对离心式渣浆泵叶轮的磨损规律进行了研究，并对泵轮叶片间流道的颗粒运动轨迹进行数值模拟。探讨了磨粒浓度、泵转速、叶片几何参数、运行时间及磨粒粒径对泵轮磨损的影响。研究表明：叶片的磨损强度与泵轮转速呈５次方关系，叶片进口角对磨损强度影响明显，出口角对磨损强度影响不大，研究结果对渣浆泵的设计具有重要的参考价值。     

叶轮机中振动叶片非定常气动力的研究

采用“单一叶片振动方法”代替传统的“全部叶片振动方法”，用线性化的方法推导出计算振动叶片非定常气动力（引起叶片弯曲振动）及力矩（引起叶片扭转振动）方程。通过输入叶型及气流参数，它可以方便有效地估计出作用在振动叶片上的非定常气动力和力矩，以及振动叶片不稳定工况发生的条件和范围。并在氟里昂超音速风洞上进行了实验测量，结果表明，理论计算结果与实验测试结果符合较好。     

浮式海上风力机叶片气动性能的流固耦合分析

随着深水浮式海上风电场在世界范围内的兴起,浮式平台运动性能对风力机稳定运行及叶片气动载荷影响的研究具有重要意义。基于三维粘性不可压缩Navier-Stokes方程和适用于旋转流场分析的重整化群k-ε（RNG）湍流模型,数值模拟美国可再生能源实验室（NREL）5MW海上风力机的气动性能,并将数值模拟结果与NREL的设计参考数据进行对比分析,较好地验证了该数值模拟方法的有效性。进一步利用滑移网格技术模拟风力机叶片随浮式平台的典型周期性运动,实现浮式风力机叶片与周围流场的复杂非线性流固耦合分析,分别研究浮式平台不同运动幅值和运动周期对风力机叶片气动性能的影响规律,并从物理机理角度进行阐明分析。本文的主要研究成果,将对未来大型深水浮式海上风力机的气动性能分析及浮式平台系统的运动性能设计起到积极的指导作用。     

智能风力机叶片振动主动控制研究综述

风力机叶片是一个细长柔性体,承受多种交变力的作用,其可靠性受到越来越多的关注,现有风力机叶片的被动式控制很难适应风力机叶片大型化发展的要求,针对智能结构的风力机叶片主动控制的研究越来越受到重视。本文对智能风力机叶片的振动主动控制问题进行了综述,包括结构设计、不同智能材料选用及各类控制算法(如直接速度控制、状态空间控制、神经网络控制、前馈控制、自适应控制等不同的控制策略)的运用等。现有的研究存在不同程度的不足:1叶片智能结构设计不足;2智能风力机叶片的理论建模不足;3针对风力机叶片的振动主动控制技术有待完善。今后应加强以上方面的研究力度。     

叶片振动影响下双盘转子-轴承系统的稳定性与分岔

研究叶片与转子-轴承系统的耦合非线性振动,建立了一个带叶片的双盘转子-轴承系统的非线性动力学模型,其中包含一个弹性转轴、两个滑动轴承、两个刚性圆盘和两组弹性叶片.为了分析叶片的惯性影响,将其简化为单摆模型.采用4阶Runge-Kutta法进行了数值模拟,并利用分岔图、三维谱图、轴心轨迹和Poincaré映射图等方法分析了系统的非线性动力学特性.研究发现,随着转速的变化,系统响应演化出了倍周期运动、概周期运动、混沌运动和倍周期分岔等典型的非线性动力学行为.在与忽略了叶片振动的转子系统对比后发现,叶片振动使转子发生混沌运动的转速区域增大.在某些参数条件下,采用不同的叶片刚度,叶片振动可能引起转子系统产生混沌运动.     

外物撞击TC4钛合金叶片Cowper-Symonds模型参数反演

利用Cowper-Symonds塑性随动硬化模型模拟外物撞击TC4钛合金叶片之前,需要确定9个材料性能参数及1个计算参数。本文以钢珠、玻璃球撞击钛合金平板叶片进气边及叶片表面的试验结果为基准,利用ANSYS/LS-DYNA软件仿真了撞击过程及撞击结果,反演了仿真计算所需要的全部材料性能参数与计算参数,研究了失效塑性应变、应变率参数及接触刚度因子对模拟结果的影响。研究发现:在其它参数相同的条件下,接触刚度因子增大,意味着目标体变软了或者说接触体变硬了;应变率参数和失效塑性应变反映了材料的"软硬度",其值越大,材料越软;模拟钢珠(砂石)-钛合金撞击时,三种材料均属于随动硬化,但无须考虑应变率效应;接触形式宜采用点-面接触,且接触刚度因子值取0.7。     

零质量射流技术控制垂直轴风力机流动分离的数值研究

设计了一种斜出口零质量射流激励器并将其应用于垂直轴风力机。对施加零质量射流激励器的直线翼垂直轴风力机进行了数值研究。为适应垂直轴风力机运行工况,提出了一种冲程长度随方位角变化的激励器控制策略,验证其减小激励能耗及改善流场结构的特点;分析了射流孔数量及冲程长度对控制叶片流动分离及提升风力机气动性能的影响规律,并在最佳控制参数下对风力机流场结构进行了分析。结果表明:当激励器布置于叶片后部,最大射流吹气系数为0.0506时,采用该种激励器控制策略下的双射流孔风力机,风能利用系数相比未施加流动控制、定常吹气、定冲程长度最大分别提升21.31%、3.98%、0.06%,且射流孔数越多,提升效果越差。该种流动控制技术可抑制大涡的形成及发展,改善叶片周围流场结构。     

压缩机叶片动频率无线电遥测和有限元计算

本文叙述了在诊断西德DEMAG压缩机转子叶片断裂事故中采用的现代无线电遥测技术和先进的有限元计算方法.自行设计研制的现代遥测系统具备了计算机处理和实时处理功能.采用快速富里哀变换进行频谱分析,叶片动频率计算考虑了转动叶片的离心力,严格地作为几何非线性问题处理.计算中使用的是八节点四十自由度超参数壳体单元.计算结果和试验结果获得了令人满意的一致.按本文分析改进叶片已安全运行17400小时.     

基于仿生设计的风力发电机叶片力学性能的实验研究

根据风力机的基本理论和相似理论设计了一个翼型为SG6050,半径为1m的小型风力机叶片。运用结构仿生学原理,对所设计的风力机叶片进行了仿生物中轴铺层设计。通过模态实验与应变实验,比较了传统设计与仿生设计两种不同风力机叶片的力学性能。模态实验结果表明,基于仿生设计的叶片的前六阶固有频率比传统叶片的前六阶固有频率减少约8％;两种叶片的固有频率均满足设计要求;仿生设计的叶片几乎不会改变叶片的动态特性。而应变实验表明,仿生设计的叶片在各种工况下的应变均大于传统的叶片约10％～20％。新设计的叶片具有较好的柔性,有效减小了叶片的应力,提高了叶片的疲劳寿命。     

涡轮冷却叶片气动与传热设计优化

提出了航空发动机涡轮冷却叶片叶栅气动与传热自动优化方法,利用函数解析成型方法实现了冷却叶片几何模型的参数化与自动生成,可以建立任意冷却内腔数量的叶片模型;基于N-S方程实现叶片流体域与固体域的流-热耦合分析;采用KS函数方法将多目标优化问题转化为单目标函数进行优化,以总压损失、叶片最高温度和平均温度最小为优化目标进行了自动优化,改善了叶片性能。     

航空发动机复合材料叶片振动疲劳特性研究

针对发动机复合材料叶片开展了振动疲劳特性研究。首先通过模态测试获得叶片结构的振型图,确定叶片在振动中应力最大部位疲劳薄弱部位;其次采用振动台施加窄带随机激励载荷,并监测其疲劳薄弱部位的应变水平,获得了复合材料叶片的振动响应及疲劳特性。试验结果显示,叶片在350με应变水平下的振动疲劳寿命为5.46×106;复合材料叶片的固有频率随试验时间的增加而降低。上述结果可为复合材料叶片在发动机中的应用提供部分依据。     

基于子集模拟法的风机叶片可靠度分析

风机叶片是风机机组中最重要的组件之一,其可靠性对整个发电系统的健康运行十分关键。传统的蒙特卡罗法可靠度计算效率较低,本文将子集模拟法应用到风机叶片的可靠度计算中,通过合理选取中间失效事件临界值和建议概率密度函数,采用Metropolis算法模拟产生一系列的样本,极大地提高了抽样效率。结果表明,子集模拟法在风机叶片可靠度计算中精度较高,且结构的失效概率越小,相比于传统蒙特卡罗法效率更高,可以极大地减轻计算压力。