无量纲最小二乘有限元法GPU实现及其在变压器绕组流场仿真中的应用研究

为了提高变压器流体场的计算效率,利用统一计算设备架构(compute unified device architecture,CUDA)实现流场的并行计算。首先基于C语言实现无量纲最小二乘有限元法的串行计算方法。然后在Visual Studio 2019+CUDA 10.2的环境下实现并行运算,对于串行程序中最耗时的线性方程组求解部分调用了CUDA自带的函数库进行优化;在大规模模型的数值计算中使用了十字链表格式存储整体刚度阵形成时的非零元素,以解决满阵存储时的内存不足问题。为验证所提方法的有效性,针对方腔模型,分析了不同剖分网格数量下的加速比,分析结果表明,数据规模越大并行效果越好,验证了无量纲最小二乘有限元并行程序的准确性和高效性。最后将该方法应用到大型变压器绕组的流体场分析中,取得了18.3倍的加速效果,为产品级变压器的流体场仿真奠定了基础。

二维模型风振特性强迫振动实验研究

从颤振的角度讨论了空气动力(包括升力和力矩)对振动的影响.该实验模型采用二维截断模型.为了完成模型的纯弯和扭转单自由度强迫振动实验,专门设计了一套强迫振动机构,并用计算机采集和处理数据.然后利用模型的纯弯和扭转单自由度强迫振动实验得出了颤振导数,绘出颤振导数随无量纲风速K变化的曲线图,较好地描述了其随无量纲风速K的变化规律.

巷道风量全自动在线测试装置研制与应用

为了实现巷道风量在线准确测试,以王坡煤矿上寺头北翼回风巷和辅运大巷为研究对象,采用CFD方法模拟了矩形巷道和半圆拱巷道断面风速结构场;对比不同巷道风量条件下巷道断面平均风速分布区域,巷道风量大小对巷道断面内平均风速分布区域无影响;进一步获得巷道断面无因次风速结构场,为巷道断面平均风速分布区域内布置多个风速采集点准确求取巷道平均风速奠定了理论基础;以巷道断面无因次风速结构场为基础,根据巷道断面平均风速分布区域确定巷道平均风速数据采集点位置,构建了巷道断面平均风速九点采集法,准确获得巷道平均风速的同时能够检验风速传感器是否存在数据失真问题;结合巷道断面平均风速九点采集法,设计了分别适用于矩形巷道、拱形巷道的龙门式和折叠式巷道风量全自动在线测试装置,根据巷道平均风速数据采集点位置定制设计测试装置结构尺寸与风速传感器运动轨迹。在王坡煤矿10个测风站位置部署了巷道风量全自动在线测试装置,人工测风数据和装置测风数据之间相对误差小于8%,研究表明巷道风量全自动在线测试装置的测风精度能够满足矿井通风要求,同时能够实现矿井多个巷道风量同步在线测试。

四川地区风能资源时空特征分析

使用四川省1979~2018年逐小时风速观测资料,通过统计分析的方法研究四川省10 m和100 m处平均风速的水平分布特征,季节平均的风速分布特征,并且选取平均风速大值区为代表研究平均风速大值区的小时平均风速的变化趋势,月平均风速的变化趋势以及年平均风速的变化趋势。通过计算风功率密度,分析风功率密度的分布特征,选取风功率密度大值区为代表的研究其月变化特征和年变化特征从而得出适合风能利用的年月以及地区。并研究了风的无量纲幂指函数。结果表明:(1) 年平均风速在四川省表现出西南至东北的空问分布特征,这和四川省季节平均的风速水平分布是一致的。且春天的平均风速高于其他季节。(2) 通过分析风速大值区平均风速可知,最大值均出现在8时左右,最小值出现在10~12时。三地月平均风速最小值均出现在5~6月,月平均风速成最大值出现在10~12月。(3) 四川省年平均风功率密度呈东西型的空间分布特征,四川省年平均风功率密度也呈现出东北–西南型的空间分布特征。(4) 选取丹巴和德昌两个风功率密度大值区研究风功率密度大值区月平均风功率密度和年平均风功率密度的变化,通过分析可知德昌和丹巴两地的月平均风功率密度最大值均出现在10月左右,前半年即1~6月相比于后半年即7~12月的平均风功率密度的值较小。(5) 四川省平均风速的无量纲幂指函数a在低风速下较不平定,表现出很强的随机性,随着风速的增大,幂指数a呈现出明显增大的趋势并趋于平定。