基于CST参数化方法的风电叶片翼型建模及软件实现

在风电叶片翼型的气动设计优化研究过程中,CST参数化方法能够通过较少的几何设计变量来表现出翼型的几何形状。为提高该参数化方法的拟合精度,分别针对CST参数化方法中形函数在选择不同次数时的拟合精度进行计算和讨论,并通过计算机编程语言完整地实现CST参数化。以叶片NACA4412为例,将利用CST参数化方法处理后的翼型导入CFD软件进行气动仿真,将其结果和原始翼型气动仿真结果进行比较,结果表明,两种翼型呈现近似的气动性能,验证了形函数最优次数的准确性及CST参数化方法的编程可行性。

MW级风力发电机轮毂强度分析

轮毂是风力发电机中连接主轴和叶片的关键部件,承担抵抗风载、传递转矩的作用,对轮毂进行精确的强度分析尤为重要.采用联合分析的方法,利用BLADE风机分析软件和ANSYS有限元分析软件对SUT-1000型风机轮毂进行了强度计算,依据IEC风况标准得到了轮毂极限载荷,采用了MPC多点约束单元技术对结构作了等效简化处理,对连接螺栓进行了强度校核.分析结果表明:该轮毂及螺栓满足设计要求,经样机运行验证,该方法能够准确地反映轮毂受力情况,与理论估算相比具有计算精确、轮毂结构布局合理、重量轻等优点.

机匣-双转子高维系统建模与实验验证

以机匣-双转子实验台为研究对象,基于ANSYS建立了可表征复杂结构的高精度实体有限元模型,应用Craig-Bampton模态综合方法实现了子模型维度缩减与整机动力学模型的组装。通过对比临界转速和振型验证了缩减模型的有效性,借助三维频谱图和轴心轨迹,分析了系统稳态响应特征,进行了实验验证。结果表明,发展的机匣-双转子系统建模及模型缩减方法精确、高效,为实际航空发动机机匣-双转子系统的动力学研究提供了参考。

一种改进的聚合物驱孔隙网络模型

基于幂律流体在圆管中的流动模型,建立了幂律流体剪切率与流速之间的关系式。对关系式进行校正并代入Carreau模型中,得到了改进的Carreau流体有效黏度模型。新模型中有效黏度是流速的函数,将原来的非线性问题简化为线性问题。应用新建立的有效黏度模型,综合考虑聚合物渗流机理建立聚合物驱微观模拟模型。进行了聚合物驱微观模拟,统计分析了聚合物驱后剩余油的微观分布规律。计算结果表明,聚合物驱后剩余油更趋分散:网络状剩余油体积比例明显减少,但油水混合状、孤粒/孤滴状、斑块状剩余油体积比例都有所提高。

辽河油田双底鱼骨井设计与实施

与常规直井和水平井相比,鱼骨井因其泄油面积大、相同液量下压差小、能更加经济有效地开发复杂结构油气藏而在辽河油田获得成功应用。基于数值模拟技术和鱼骨井产能评价模型,对双底鱼骨井进行了井身结构设计,确定第一分支主井眼裸眼段长963 m,鱼刺分支共6个;第二分支主井眼裸眼段长735 m,鱼刺分支共5个。从施工难点、钻完井工艺技术、钻井液技术等3个方面介绍了该井现场实施的过程。该井油层钻遇率达到100%,初期日产油62 t,是同一区块水平井产量的3倍、直井产量的10倍,取得了显著的开发效果。该井的成功设计与实施为我国复杂结构井技术的发展积累了宝贵经验。

烷基糖苷与重烷基苯磺酸盐复配体系性能研究

用质量比为1∶1的非离子表面活性剂烷基糖苷和阴离子表面活性剂重烷基苯磺酸盐的复配物,与部分水解聚丙烯酰胺组成了一种新型的二元复合驱油体系。室内实验研究结果表明:复配后的二元体系与大庆原油之间的界面张力值在45～80℃之间可达到超低,并且具有较好的抗盐和抗二价离子的性能;此二元复合体系在水驱后能进一步提高采收率,在聚驱后能进一步启动和驱替残余油。

基于有限元的风力发电机底盘故障分析及改善方案

为研究风力发电机组底盘、轴承座、偏航轴承齿轮等主要承力部件的故障特性,分析机组在使用中暴露出的问题,如底盘局部危险区域附近的刚度变化过大,在极端载荷或者循环载荷作用下导致了极限破坏、疲劳破坏或者组合的形式的破坏,发现了机组主要承力部件可能存在的安全隐患。

断块油藏水平井产能研究及断层封堵影响分析

断层封堵增加了断块油藏水平井产能评价的难度。基于镜像反映原理与微元线汇理论,建立了考虑断层封堵影响的水平井井筒与油藏耦合条件下稳态产能评价半解析模型,并定量分析了断层对水平井近井地带流线的封堵作用及其对水平井产能的影响。现场实例应用表明:耦合模型产能计算结果与实际产能相对误差均在工程要求范围之内(<±15%),是断块油藏水平井产能评价的一种有效手段。水平井产能随其与断层距离的增大呈对数式上升,断块油藏水平井与断层的合理间距应为150 m。

含裂纹故障的航空发动机转子系统动力学特性分析

针对某含有呼吸裂纹故障的航空发动机高压转子系统,研究了系统的动力学特性。考虑裂纹转子的时变特性,推导了裂纹转子的刚度矩阵,考虑重力及不平衡激励,采用转子动力学有限元法建立了系统的动力学方程。采用谐波平衡法对方程进行近似求解,给出了不同裂纹深度下的三维幅频图,表明在临界转速和1/n(n=2,3,4)倍临界转速处均有峰值出现;分析了裂纹深度、裂纹位置对系统振动响应的影响,表明位于跨中的深裂纹影响最大;计算了系统在升速过程中的三维频谱图,结果表明二倍频、三倍频、四倍频成分明显。用Newmark-β数值方法验证了计算结果的正确性。提出的空心轴呼吸裂纹的建模方法为航空发动机转子系统裂纹故障的非线性动力学分析提供了理论指导。

风电机组塔筒结构有限元分析自动化方法研究

为提高风电机组塔筒设计与分析效率,本文研究了塔筒结构有限元分析自动化方法。基于参数化建模方法,采用点坐标编号方式实现塔筒参数化FEM建模;以截面分组与设定边线网格种子方法划分塔筒参数化网格。利用PCL开发MSC. Patran,建立风电机组塔筒有限元分析智能前处理系统。以某型风电机组塔筒模态分析为例,验证该系统的有效性。

工科类大学生指导平台的构建

工科是一个国家发展的基础,工科的创新对一个国家发展至关重要,而工科类学生参加大创活动对于锻炼自己的能力起到了不可小觑的作用。针对工科学生面对大创过程的种种问题,构建工科类大学生大创指导平台,在网页端宣传大创活动并解决在项目申报时所遇到的问题,利用SWOT分析方法引导工科类学生的创新思维,帮助工科学生完成大创活动。

自流注水开发可行性与技术政策界限研究

自流注水技术操作简单、经济有效,可以被作为常规注水的一种补充方式或替代方式.自流注水在我国尚处于起步阶段,没有形成成熟的方法和认识.利用油藏数值模拟方法,从自流注水时机、生产井距、油层渗透率、油层厚度、水源层能量五个方面开展了可行性对比研究,得到了自流注水开发的部分技术政策界限.开发因素方面：建议自流注水与衰竭开发同步实施,最迟不要晚于弹性开采稳产期结束;建议合理生产井距为（800 ～ 1200）m.地质因素方面：建议油层厚度较小,水层油层厚度比不小于1;建议油层渗透率为中高渗,有利于延长稳产期;有多套水层满足自流注水条件且不需要同时开发时,首先优选上部水层自流注水.

火山岩油藏地层渗透率评价研究

火山岩油藏裂缝普遍发育,对地层渗透率的贡献具有决定性作用。通过对石炭系火山岩11口探井及评价井测井、试井、试油试采等资料的综合分析评价,认为测井方法得到的渗透率往往与生产动态不符,不能直接用于油藏开发评价。基于不稳定渗流原理,通过试油试采等动态方法反算,得到了井段平均渗透率;进一步结合地层有效厚度等数据,计算了储层渗透率。结果表明:测井渗透率与孔隙度具有较好的相关性,主要反映了基质的特征;动态方法得到的储层渗透率是测井渗透率的几十倍,且能够反映裂缝控制下的地层实际渗流能力。据此将火山岩储层分为双重介质型、裂缝型、孔隙型三种基本类型。结合具体油藏分析认为,双重介质型是火山岩油藏最主要的储层类型。

风力机叶片翼型钝尾缘改型新方法及气动性能分析研究

为了研究翼型尾缘不同改型方式对其气动性能的影响,文章采用尾缘对称加厚法和一种新方法对翼型尾缘进行改型,利用二维RANS方程计算两种翼型的气动性能。在其他条件不变的情况下,尾缘对称加厚厚度在1%~7%内变化,采用尾缘弧形加厚的翼型修改位置在弦向90%~98%内变化。选用具有实验数据的DU93-W-210翼型做气动性能验证。计算结果表明:尾缘对称加厚对升力系数有一定的影响,但对阻力的影响更大;采用翼型尾缘弧形加厚法改型的翼型的升力系数有较大的提升,阻力也略大于原始翼型,该方法改型的翼型的气动性能要优于对称加厚的翼型。

极限载荷下的风力机叶片复合材料损伤过程研究

材料损伤问题研究是风力机叶片材料、结构和形貌优化的先决条件和重要基础。本文基于连续介质损伤力学提出一种风力机叶片面内复合材料渐进损伤分析和预测的新方法。在材料模型上首先构建材料的本构关系,然后基于连续介质损伤力学对HASHIN准则进行修正并定义材料的损伤演化规律,建立叶片复合材料本构关系与结构渐进损伤模型。通过编写用户自定义材料子程序(UMAT),实现了失效准则与材料退化准则在仿真软件中的应用。本文建立了复合材料风力机叶片分析模型;其次利用BEM理论计算叶片的风载荷,在时间历程下对分析模型施加渐进风载荷,用HASHIN准则模型判定复合材料的纤维和基体损伤模式;模拟了复合材料叶片面内损伤起始、演化直至失效的全过程;分析得出复合材料叶片在面内纤维与基体的损伤机理,及渐进损伤演化历程。算例分析表明:根据本方法得出的叶片损伤机理和演化历程,与工程实际情况相符;对极限载荷作用下风力机叶片强度和损伤预测有效。

双馈风力发电机温度场与环境温度相关性研究

大功率双馈风力发电机异常发热问题是导致风力发电机组失效的主要原因之一,本文基于某大功率双馈发电机单循环冷却结构,分析其内部流场的速度场、压力场分布及冷却介质流通状态,获得了温度场分析所需参数及发电机内部不同位置的冷却状态。研究和计算发电机内部发热元件发热率、导热系数及对流换热系数等发电机温度场参数,结合流场分析结果,对发电机温度场进行计算仿真分析。获得了与工程实际监测数据较为一致的发电机温度场参数,验证了温度场仿真方法的正确性。最后通过对机舱环境温度与电机内部发热元件温度相关性的研究,得出了两者对应的线性函数关系。

考虑联轴器不对中的双转子动力响应分析

对含联轴器不对中的双转子系统进行动力学分析,首先运用三维软件对双转子进行建模,利用有限元软件对其进行分析,然后采用固定模态综合法对其进行降维,根据联轴器存在的平行不对中的运动特征,建立了转子不对中力学模型,推导了双转子系统联轴器不对中动力学方程。结果表明:当联轴器发生不对中时,低压转子不对中会对高压转子产生影响。含有联轴器不对中故障的转子会出现二倍频,二倍频随联轴器不对中的加大而加大。

拓展卓越人才培养方法的探究

为加快建设高水平本科教育,全面提高智能制造人才培养能力,构建多学科交叉融合的“新工科”人才知识结构,从人才培养模式和课程体系改革两方面入手开展新一轮的教学改革。建设机械类学科智能制造课程平台,并将实训教学升级为数字化实训平台,为社会输送更多的卓越工程师人才。

风力机叶片气动性能的量子遗传优化设计

为了获得气动性能更优的风力机叶片,提出一种基于量子遗传的叶片气动性能优化方法。用Bézier曲线控制点作为设计变量表示叶片连续的弦长和扭角分布,建立以功率最大为目标的叶片形貌优化模型,用量子遗传算法在不同约束条件下优化叶片的弦长和扭角。将量子遗传优化结果与经典遗传算法的优化结果进行比较和分析。结果表明:相同参数和边界条件下,提出的基于量子遗传的叶片气动优化方法优于经典遗传优化方法,可获得更优的叶片气动外形和更高的风能捕获效率。

风力机叶片表面损伤搜索路径优化

为了提高风力机叶片表面损伤的无人机搜索效率,提出一种基于模拟退火算法的风力机表面损伤优化搜索算法。该算法采用种子填充法与模拟退火算法对风力机叶片表面损伤进行搜索路径优化。通过无人机拍摄叶片整体图像,通过图像预处理和图像质心算法获得叶片表面损伤位置质心,用模拟退火过程调整温度系数,结合Metropolis准则以一定概率接受非最优解,提高无人机搜索效率。实验表明:该算法实现了风力机叶片表面疑似损伤点的全覆盖,避免了搜索路径陷入局部最优路径;可有效缩短搜索路径长度。