不同偏航工况下受迫运动风力机动力学特性

针对不同偏航工况下受迫运动风力机的动力学特性,文章建立了弹性基础的风力机模型。在湍流来流的条件下,实现模型风力机无规律、多自由度旋转的受迫运动状态,研究风力机的尾流场分布特性及能量特性。结果表明:在偏航角为0°时,由于受迫运动风力机存在多自由度旋转运动,受迫运动风力机的尾流明显小于固定式风力机,而湍流动能大于固定式风力机尾流中的湍流动能;随着偏航角的增大,风力机的尾流和湍流动能分布均出现径向偏移现象,偏移方向与偏航角旋转方向相反,且尾流和湍流动能均随着偏航角的增大而减小;随着偏航角的增大,受迫运动风力机和固定式风力机的平均输出功率均减小,受迫运动风力机的平均输出功率均小于固定式风力机的平均输出功率。

基于多自由度运动条件下风力机动力学特性研究

该文提出耦合无规则、多自由度旋转运动的风力机试验方案,通过物理模型试验,研究风电场阵列布置、不同风力机轴向间距工况下,各排风力机来流速度、功率及其波动特性。结合功率时间尺度积分的概念,探究其与风力机平均输出功率的关系,并建立预测功率波动特征的数学模型。研究结果表明:风力机的来流速度有大尺度、低频率和小尺度、高频率的信号特征,从功率时间尺度积分的趋势可看出,处于下游的风力机,功率波动逐渐增加。由功率能谱特性曲线可知功率波动的能量随着频率的增大而衰减,在低频率段衰减曲线近似f-2的变化规律;在高频率段,能谱特性曲线近似f-5/3-2的变化规律。

一种新型波浪能发电转换装置试验研究

针对目前已有的越浪式发电装置和振荡浮子式波浪能发电装置,设计研发一种新型浮筒式波浪能发电装置,并进行物理模型试验研究。浮筒随波浪上下运动,将波浪能转化为水势能,利用水轮机发电技术,产生稳定电能。基于波浪能发电装置中浮筒因素,研究不同浮筒形状及吃水深度对输水管道中流量、蓄水池中上水量及装置能量俘获效率的影响特征。结果表明:浮筒锥度和浮筒高度对输水管道中流量、蓄水池中上水量及能量俘获效率都有影响,其中浮筒高度的影响更为显著;随着浮筒吃水深度的增大,输水管道中流量有增大趋势;3号浮筒表现的性能更优于前2种浮筒,且在在波高为190mm,周期为3.33s,吃水深度为41mm时,能量俘获效率达到最大,此时效率为73.55%。

新型浮筒式波浪能发电装置试验研究

设计研发一种新型浮筒式波浪能发电装置,并对其进行试验研究。采用1∶16的缩尺比制作模型,通过不同输水管径及不同波浪条件的模型试验分别研究输水管径、波浪高度、波浪周期这3个因素的变化对新型波浪能发电装置输水流量、上水量、一二级能量俘获效率的影响特征规律,为实际建设波浪能发电装置提供可靠的设计依据。试验结果表明:随着输水管径的增大,流量、上水量、能量俘获效率呈一致增大的趋势;随着波高的增大,流量、上水量均有所增加,但能量俘获效率反而减小,而波浪周期的变化对三者的影响幅度较为稳定。该模型试验中,所设计新型浮筒式波浪能发电装置的俘获效率最高可达37%,证明新型浮筒式波浪能发电装置是一种具有竞争力的方案。

漂浮式海上风电关键技术与发展趋势

漂浮式海上风电是深远海风电开发的关键技术,是实现碳达峰、碳中和的重要途径之一。漂浮式风机系统设计涉及气动力学、结构动力学、伺服控制系统、水动力学和系泊动力学等多个学科的复杂交叉,其动力全耦合仿真面临巨大挑战。针对漂浮式海上风电的风电机组、浮式基础、系泊系统、动态海缆、运输施工及一体化仿真等关键技术,对未来漂浮式海上风电发展趋势进行了展望,为推动深远海海上风电大规模商业应用,提出安全适用、竞争力强的工程解决方案奠定了基础。

浮筒式波浪能发电装置中轴流式水轮机能量特性研究

当今世界,全球资源严重匮乏,环境日益恶化,波浪能作为一种清洁、可再生海洋能源,有利于贯彻我国可持续发展战略。文中针对南海某海域,根据国家海洋局提供的波浪周期和波高数据,通过计算流体力学(CFD)数值模拟,研究不同时期波浪周期和波高的变化对轴流式水轮机效率的影响。计算结果表明,因波浪参数变化,浮筒式波浪能发电装置水头变化范围为11~17 m,优选设计水头为13 m。通过改变水轮机叶片安装角度,优化水轮机效率,并对水轮机转轮及出水流道流动特性进行研究。最终得出:在优选设计水头为13 m时,水轮机在叶片相对安放角为-4°,最高效率达85.67%,水轮机转轮及出水流道流态平直,水轮机工作性能稳定,满足浮筒式波能发电装置工作要求。文中研究工作,为优化浮筒式波能发电平台及提高平台投资回报率奠定理论基础。

便携式液压打桩机动力学理论研究

汛期的堤防加固以及公路建设与维护的打桩作业,由机械设备代替人力进行打桩作业是技术上的一次长足进步。针对打桩设备作业效率低、自重大及劳动强度大等缺陷,研发便携式液压打桩机用于防汛抢险、高速公路及铁路护栏建设等领域的打桩作业将促进行业发展。在简化条件下,通过建立便携式液压打桩机打桩过程的动力学模型,分析了动力学模型系统的加速度以及打桩过程中桩身周面摩擦力与桩端土壤阻力对沉桩的影响。得到基频与加速度的关系,土壤阻力对打桩机的影响,为研发便携式液压打桩机产品样机奠定良好的理论基础。

便携式液压打桩机现状分析

防洪抢险过程中,传统捆抛柳石枕、桩柴护岸、柳石楼厢等抢险技术发挥着巨大无比的作用,在这些应急抢险方法中,需要大量木桩以便固定柳枕和厢埽。在公路建设工程中,两边护栏的建设维护也需要大量钢管桩。由此可见,打桩是各种抢护方法中不可缺少的一道工序。而在抗洪抢险,汛期前后的堤防加固,维护江、湖、河、塘等堤岸以及公路建设维护的打桩作业中,由机械劳动代替人力打桩作业是一次技术性革命。本文通过对国内各类便携式打桩机现状、原理进行研究总结,明确国内便携式液压打桩机技术水平及存在的缺陷,为设计研发新型便携式液压打桩机奠定理论基础。

风电场湍流积分长度演变实验研究

实验研究5×3对齐式排布的风电场湍流积分长度(Λ)的演变规律,主流向和展向机组间距分别为10倍和2.5倍风力机直径(dT)。采用一维热线测速仪获得风电场不同位置的高分辨率流场数据。分析结果表明,Λ在水平面上呈近似对称分布,而在竖直方向上由于受边界层影响呈非对称分布。受旋转风力机的影响,Λ在风力机后方发生剧烈的衰减,而随着外部流场大尺度湍流微团的不断渗入,Λ随下游距离的增加逐步恢复。特别地,从第3排风力机尾流开始,风电场流场基本呈现稳定平衡状态,下游风力机前端位置的Λ约为整个风电场来流湍流积分长度的60%。在风电场上方约0.5 dT以上高度的流场结构受风电场影响较小。

一种新型便携式液压打桩机的动力学计算

对于汛期的堤防加固以及公路建设与维护的打桩作业,由机械设备代替人力进行打桩作业是技术上的一次长足进步。针对目前打桩设备作业效率低、自重大及劳动强度大等缺陷,研发便携式液压打桩机用于防汛抢险、高速公路及铁路护栏建设等领域的打桩作业具有重要的意义。在简化条件下,通过建立便携式液压打桩机打桩过程的动力学模型,分析了动力学模型系统的加速度以及打桩过程中土壤阻力对沉桩的影响,得到基频与加速度的关系,土壤阻力对打桩机的影响,为研发便携式液压打桩机产品样机奠定良好的理论基础。

贯流式水轮机压力脉动及流场特性数值模拟

鉴于目前国内关于竖井贯流式水轮机压力脉动方面的研究工作较少,以某水电站模型水轮机为对象,运用计算流体动力学(CFD)数值模拟,通过改变水轮机导叶和叶片安装角度,揭示导叶角度与叶片角度的变化对竖井贯流式水轮机能量特性的影响规律。通过采用"Second Order Backward Euler"法对水轮机进行非定常模拟,研究在额定工况、小流量及大流量工况下,竖井贯流式水轮机压力脉动变化特征。计算结果表明:随着导叶角度的增大,水轮机效率先减小后增大,但效率变化范围很小;叶片角度的改变对水轮机效率影响较大,在某一角度下,水轮机达到高效率点,并基本保持稳定。额定工况下,压力脉动从进水流道到转轮区,脉动频率基本稳定,出水流道的脉动频率会有所增加,且由尾水管部分产生的压力脉动由尾水管到转轮区、导叶区向前部传递。本文的研究工作为预测竖井贯流式水轮机能量及压力脉动特性提供参考。