基于混沌映射和动态协同机制的风力机翼型气动性能综合优化

为在不提高目标函数维度的前提下,满足实际运行中风力机翼型对于范围攻角综合性能气动性能和设计工况点气动性能兼优的设计需求,提出一种耦合混沌映射及动态协同机制的翼型优化方法。通过Bezier曲线构建翼型几何参数化模型,引入改进的Logistic-Tent混沌映射提高设计空间全局搜索能力,以提升翼型升阻比为设计目标,将动态协同函数嵌入自适应多目标算法,可实现翼型在攻角范围内的气动性能、设计工况点气动性能的优化。经CFD数值验证,优化后翼型在范围攻角内的升力系数平均提升4.6%、7.0%,升阻比平均提升4.2%、7.4%;设计点升阻比提升7.53%、9.19%,证明了方法的可行性。

基于实验数据的风力机噪声控制方法研究

风力发电在完成碳达峰、碳中和过程占重要地位,风力机噪声水平是环境友好关键指标,环境友好及风力机叶片精细化设计对研发人员提出更高要求。为控制风力机气动噪声,优化风力机叶片设计,本文结合已发表的声场和流场实验数据,定位风力机叶片主要绕流噪声位置,揭示风力机叶片主要绕流噪声产生机理,进而提出降低风力机气动噪声的策略。

基于等效刚度法优化的风力机叶片刚度计算

风力机叶片刚度由于非线性且截面变化程度大的特点,针对叶片建模初期刚度的评估问题通常采用刚度展项分布图体现叶片刚度,存在评估叶片刚度的参考参数不够直接、宏观的问题。基于变刚度梁挠度计算的等效刚度法,将叶片等效成变截面悬臂梁,根据叶片特征合理选取边界条件,以叶片建模的截面数据特点为基础,优化原始等效刚度法的计算方式,使该方法更加贴合叶片模型,从而适用于叶片,达到方法优化的目的。利用ANSYS有限元软件进行叶片的预应力模拟实验,得出叶片的挠度模拟数值,以该模拟计算的挠度值为参考,验证优化后方法的有效性。结果表明:优化后的等效刚度法得到的刚度值,在低均布载荷值22.5 Pa下理论计算的挠度值与试验挠度值的误差达到9.68%,减小原始方法计算的误差贴近叶片模型,可用于叶片刚度估算,为叶片的刚度计算提供新方法。

风电产业发展现状及制约瓶颈

文章综述了2017年世界陆上风电、海上风电产业发展的新态势和新特征;介绍了中国风电新增装机量及其年同比增速;概括了中国六大地区新增装机速率、新增装机机型特征、现服役装机机型特征和5年来中国海上风电新增装机区域分布特征。文章还阐述了中国风电机组制造商装机量现状及其在陆上、海上风电发展方面已具备的优势。最后,文章从限电问题、生产成本、自主创新能力、制造和配套能力、标准体系建设、政策措施、并网、社会对风电的认同度和行业竞争等9个方面,汇总了当今风电产业发展的主要制约瓶颈。

风轮典型振型动态频率的间接测试和识别方法

基于多种混合振动信号传递中各组成信号的频率保持特性,建立了风轮典型振型动态频率的间接测试和识别方法,并利用试验测试与数值仿真相结合的方法佐证了该方法的可靠性。具体方法是在电机前端部靠近风轮处布置加速度传感器捕获沿风轮轴向的加速度时域信号,通过快速傅里叶变换(fast fourier transformation,FFT)获得被测信号的频域特征,进而结合风轮模态振型及频谱特征识别其典型振型动态频率值。经与数值仿真结果比较,测试相对误差控制在5%以内,精度较好。同时,由于该方法无需在叶片表面大量布装传感器,故具有在不破坏叶片表面原有形态,完整保留风轮流场和结构场特征的前提下简捷获取风轮典型振型动频值的测试优势,有效解决了现今风轮典型振型在运行工况时动态频率值监测难、识别难的技术困境,同时可为风轮健康监测提供参考。

翼型凹变对风轮旋转噪声影响特性分析

针对某分布式小型风力机叶片,为了探究翼型凹变后对风轮旋转噪声的影响效果,利用60通道声阵列系统对凹变叶片和原叶片风轮进行旋转噪声采集,并通过探究翼型凹变对风轮结构动态响应的影响,解析了翼型凹变造成风轮旋转噪声降低的原因。结果表明,翼型凹变可以有效地提高叶片的固有频率和阻尼比,提升了叶片的刚度,有效地减弱了叶片对周围流体的涨缩作用,从而降低了风轮的旋转噪声;另外发现,翼型凹变对旋转噪声不同倍频谐波声压级影响的敏感性不同,即随着倍频次数的增加而逐渐增强。相关研究成果为降低风轮旋转噪声提供了新的思路及解决方案。

风轮固有频率随材质参数变化的规律研究

风轮的固有频率是风电叶片结构安全性设计中的关键参数。然而由于叶片典型的非线性结构特征,导致材质参数对风轮固有频率影响规律的诠释至今仍不够完备。基于这一背景,该文以小型水平轴风电叶片为研究对象,采用数值计算为主、实验测试为佐证的研究方法,深入探究叶片的固有振动频率随密度、弹性模量和泊松比变化的响应规律。研究发现:风轮1、3阶振型和2阶对称振型的固有频率值随着密度的变化呈现十分明显的二次方曲线规律,2阶反对称振型则呈比较理想的线性规律;风轮1阶、2阶振型固有频率值随弹性模量的变化亦呈十分明显的二次方曲线规律,3阶振型固有频率变化则表现出十分明显的线性特征。相关研究成果对于叶片结构性能的设计与优化具有较有益的参与价值。

高职院校构建科技创新与技术技能积累体制机制提升社会服务能力——以内蒙古机电职业技术学院为例

结合《现代职业教育体系建设规划(2014-2020年)》文件精神,论述了科技创新与社会服务体制机制建设的路径及预期效果,指出构建科技创新与技术技能积累体制机制是我国职业教育发展的重要方向和当务之急。

一种回流式实验教学用风洞的设计

利用风洞设计原理,设计了一种低湍流回流式实验教学用风洞,获得了风洞的整体构造形式及各部件关键结构参数,并对该型风洞的湍流度进行数值估算,结果符合小于5‰的设计要求。该型风洞的成功设计,论证了我院自主研发该型风洞的能力,同时为风洞的设计提供了关键基础技术数据,对我院相关专业实验教学的建设和完善起到了促进作用。相关研究成果,对实验教学用风洞的设计具有一定的参考价值。

创设技术技能积累与社会服务平台 提升社会服务能力在高职院校实践的研究——以内蒙古机电职业技术学院为例

结合《高等职业教育创新发展行动计划(2015年~2018年)》,搭建适应域区经济发展的产教研合作服务平台,创设技术技能积累和技术服务平台,以此提升高职院校在社会的服务能力,从而提高职业教育人才培养质量,提升服务“中国制造2025”的能力和服务经济社会发展的水平。

叶尖涡随工况变化的响应特征分析

风力机叶片处于偏航工况时,涡量值随工况因素变化显著,叶尖涡涡量值难以识别,相关的实验研究成果也比较少。针对该现状,文章提出了新的涡量值提取方法,并采用高频PIV设备,以直径为1.4 m的分布式水平轴风电叶片为实验模型,开展了相关叶尖涡特征测试;揭示了来流风速、叶片转速、偏航角度变化对叶尖涡涡量值影响的敏感性和影响规律。新方法的提出,对基于实验手段开展的偏航条件下叶尖涡涡量值特征分析,具有一定的借鉴意义;相关结论的获得,可对此前一些研究人员所获得的彼此相悖性结论作出验证;相关实验数据的获得,可为风力机开发中亟待解决的流固耦合主控方程有效解耦合方法的探索,提供可靠的实验数据。

基于高频PIV的风力机叶尖涡初始涡量值演变规律研究

基于风向变化对于叶尖涡初始涡量值影响的敏感性至今仍不清楚,及偏航工况下其随来流风速和叶片转速变化的演变规律仍未被掌握的研究背景,以直径为1.4 m的小型水平轴风力机叶片为研究对象,利用高频PIV针对性地监测不同工况条件下叶尖涡的初始涡量值,细致分析叶尖涡初始涡量值随风向、风速和叶片转速变化的演变规律。研究发现:当偏航角为0°和20°时,叶尖涡初始涡量值随叶尖速比的增大近似呈线性规律,而当偏航角介于上述区间时,变化趋势会呈明显下凹的二次曲线形式。相关理论成果的揭示对于叶片气动载荷变化机理的深入诠释以及其气动性能优化方案的掌握具有较有益的参考价值。

风力发电深入研究与分析

随着社会与科技的发展进步,新能源的开发和利用已经成为各国改善能源问题的重要途径。我国也在积极展开新能源的开发利用,尤其是在风力发电方面,我国更是对此加以高度重视,以风力发电解决日益突出的电力问题。文章简单介绍风力发电和我国风力发电的发展现状,并就其在电力系统中的实际应用进行探讨。

叶片应变随侧风角度变化的特征分析

利用TST5925装置和PULSE19装置构建了叶片表面应变与发电机、塔架、基座振动加速度的同步监测系统,针对直径1.4 m的小型水平轴风力机侧风工况下叶片气动中心线及叶根附近位置的应变进行测试与分析。证实了最恶劣侧风角的存在,处于该侧风角度时叶片承受的侧风激振力最强,离心力是导致叶片最恶劣侧风角发生迁移的主要诱因。揭示了来流风速及叶片转速一定的情况下,叶片不同位置所对应的最恶劣侧风角不尽相同,低转速时叶根附近所对应的最恶劣侧风角往往小于叶尖和叶中部,但其随离心力变化的响应速度却较其它位置敏感。远离最恶劣侧风角时,应变值随转速的变化近似成线性;逐渐靠近该侧风角时,侧风激振力对叶片应变的影响显著增强,并导致其产生强烈脉动。

基于高频PIV的偏航对风力机叶片尾迹膨胀和叶尖涡耗散影响

为了揭示叶片尾迹结构随偏航角变化的响应特征,该文以直径为1.4m的水平轴风力机为模型,利用高频PIV开展了尾迹流场特征的试验测试,探究了尾迹膨胀、叶尖涡耗散与来流风速、接入负载(即叶片转速)、偏航角度间的关联性和关联规律。研究结果揭示:不偏航时,随着发电机接入负载的增加,尾迹流动向风轮外侧膨胀的趋势变大,外流场与尾迹流场间的掺混效应加剧,从而导致叶尖涡耗散速率加快;偏航时,偏航行为会使尾迹流场向风轮内侧收缩,且收缩速率会随着偏航角的增加而变大,此时外侧流场与尾迹流场间的掺混效应减弱,从而导致叶尖涡扩散速率减小。测试结果同时揭示:在叶尖涡脱落的初始阶段,涡量值存在先增大后减小的规律性变化。同时,偏航状态下,叶片转速的增加会促使最大涡量值点提前出现,且提前出现的趋势会随偏航角的增大而加剧。该文以试验测试的方法揭示了叶片的尾迹膨胀和叶尖涡耗散特征,相关成果对于叶片尾迹结构组成和输运规律的深入探究具有较重要的参考价值。

动态入流对叶片气动性能和叶面压力分布影响的数值分析

基于稳定风、渐变风、阵风等入流方式,建立了不同变风阶段叶片气动载荷非稳态计算模型,研究了不同风速变化速率对叶片气动性能以及叶面压力分布的影响规律。研究结果表明,在相同风速下,不同风速变化率会对风轮输出转矩产生影响,且风的加速度越大,其影响越显著。同风速下的压力面渐变风压力小于稳定入流压力,且两种入流方式的压力差随展向位置逐渐增大,而吸力面上的压力分布差异较小,但压力变化梯度随展向位置却有明显不同。阵风入流中,在相同风速的阵风加速与阵风减速时刻,压力面、吸力面的压力分布差异较大,但其压差随叶片展向位置波动较小;在叶根到叶片展向位置0.7R处,阵风加速出力大于阵风减速;在0.7R处到叶尖位置,阵风减速出力效果相对更好。

高职教改的路径选择

当今社会下,高职教育发生了暴风式的改革。但是,这种教育的改革却屡次受到外界的质疑,不仅是因为高职教育缺乏基础,没有经历过沉淀,还给人带来一种急功近利的错觉。高职的教改具有很多种的路径选择,但是在高职教改中最好的方式其实是稳中求进,在实践中找寻真理。文章主要针对于高职教改中所存在的问题和改革的路径,进行了简要的分析,以供参考。

风轮固有频率精度模拟方法研究

针对某风力机风轮固有频率模拟计算,利用SolidWorks软件中"样条曲线"对多数据点同步拟合功能生成了光滑的叶片各翼型面曲线,同时利用SolidWorks软件中"放样"对多数据曲线同步拟合功能实现了叶片整体光滑建模,从而有效解决了模态计算中网络划分时因计算模型非流线性而产生死点或网格畸变的常发性错误,实现了网格的理想划分。利用ANSYS13.0软件模态分析计算模块,配合模型部件材质、部件间接触条件、风轮整体约束条件近实体化设置,使风轮前三阶固有频率计算值与试验值相对误差在5%以内,实现了风轮固有频率的精度模拟。分析产生数据差异的原因主要为实际叶片材质并非各项同性。精度模态计算方法的实现,对风轮结构优化设计及模态计算方面的研究具有较重要的应用价值。

叶尖形变与叶尖涡涡量间的关联性研究

基于非稳态流固耦合算法,针对某直径1.4 m的分布式水平轴风力机建立了侧风工况下的动态数值仿真模型,获得了不同风速下、不同方位角时,叶尖形变与叶尖涡涡量值随侧风角度的变化规律。研究结果表明,叶尖形变与叶尖涡涡量值随工况而变化的趋势相同;来流风载是叶尖形变与叶尖涡涡量值发生相同变化的内在关联性诱因。研究显示,来流风载并非叶尖涡涡量值发生变化的单一诱因,叶片形变所诱发的叶片吸力面和压力面之间的压力差变化,也会造成叶尖涡涡量值的改变;叶尖形变与叶尖涡涡量值间的变化规律呈非线性特征。

基于Deform的螺旋伞齿轮轴楔横轧工艺的数值模拟

闭式模锻成形复杂的螺旋伞齿轮轴,其材料利用率低,成形件需后续加工,导致金属流线,破坏而降低产品质量。针对上述弊端,本文提出了采用楔横轧成形螺旋伞齿轮轴的工艺。以某型螺旋伞齿轮轴的楔横轧为对象,模拟分析了成形过程中的应力、应变分布和材料折叠缺陷分布。同时,基于材料折叠缺陷分布规律,提出了改进方案。结果表明,圆角结构改善了齿顶圆端面与轴的交汇处的应力集中、应变过大、损伤值过大的缺陷。