平均风效应对悬索桥全过程颤振性能的影响研究

为准确评估大跨悬索桥的颤振性能,建立平均风与气弹效应一体化气动力时域模型,研究平均风效应对悬索桥颤振临界风速与后颤振响应特性的影响。采用阶跃函数法建立悬索桥加劲梁断面的气动自激力时域模型,并通过伪稳态气动力扣除法解决时域分析中直接叠加气动自激力与平均风荷载会导致部分气动力被重复考虑的问题,从而构建平均风与气弹效应一体化气动力时域模型。以某大跨悬索桥为背景,基于该模型分析该桥加劲梁的颤振临界风速和后颤振性能。结果表明:平均风效应对加劲梁颤振临界风速具有一定的影响,考虑平均风效应后,加劲梁颤振临界风速稍有提高;平均风效应对加劲梁后颤振响应特性影响显著,考虑平均风效应后,加劲梁后颤振响应达到稳态极限环振动(LCO)所需的时间比不考虑平均风效应时明显缩短,且最终的LCO幅值也有所增大;后颤振频率随着风速的增加呈现递减趋势,相同风速下,考虑平均风效应时的振动频率比不考虑时有所降低。

长江下游百年一遇的极值风速分布

利用20002006年长江下游沿江8个风速、风向观测点与邻近气象站同步对比观测资料和19712006年长江下游40个气象站风资料，依据具99％置信水平的数理重构方案和极值I型计算方法，详细给出长江下游百年一遇风速分布状况。结果表明：长江下游沿江地区百年一遇极值风速为25～38m／s，较一般方法上限高3m／s，下限低2m／s；长江南京镇江段和南通一崇明段，是长江下游沿江地区的两个大风区，百年一遇极值风速不低于29m／s，其在人海口附近叮达34m／s以上；在长江常州江阴段，江南、江北对称分布两个风速相对低值区，百年一遇极值风速为23-24m／s。该结果充分考虑气象站风速资料和局地风速状况，是沿江相关工程气象应用的重要补充。

风力发电机大风限速保护方法的研究

小型风力发电机面临的最大难题是其可靠性问题,即大风时的限速保护问题。从能量守恒的角度分析了利用风轮与发电机的功率匹配特性实现风力发电机限速保护的可行性。另外,设计了2台风轮与发电机具有不同匹配特性的300 W/26 V风力发电机,为了使其具有可比性,使用了同样型号的发电机。通过实验测试了风轮的机械输出特性、发电机在输出电压不同时的功率特性和整机的功率输出,实验结果表明,风速12 m/s以下时2台风力机输出功率基本相同,风速12 m/s以上时其中1台随着风速的增加功率不断增加,而另外1台随着风速的增加输出功率不再上升,甚至有点下降,与大风机功率特性相似。

基于风力机功率特性的风资源评估δ指标体系

基于风力机功率特性提出风电场风资源评估的δ指标体系,该指标体系包含风力机限值风速、风力机限值风功率密度和δ指标。风力机限值风速和风力机限值风功率密度反映风力经风力机转换为电能的风资源效能;δ指标为有功风功率密度与风力机限值风功率密度的差值,反映风力经风力机转换为电能后的再发电能力。算例分析表明,δ指标体系可准确地描述风资源与风电场发电量的相关关系。

窄条翼导弹模型摇滚特性试验研究

开展了钝头体-窄条翼-尾舵布局导弹模型自由摇滚试验研究,马赫数范围0.4～0.8,迎角10°～35°,给出了试验结果。试验结果表明窄条翼导弹模型具有α=20°和α=35°两个摇滚区间,迎角范围很小;随着马赫数增大,摇滚的振幅减小,频率增大。分析表明,摇滚运动减弱了流动非对称性;摇滚运动与窄条翼和尾舵间的非定常涡作用密切相关。

翼身组合体摇滚特性高速试验研究

简要介绍了翼身组合体高速风洞自由摇滚实验技术的实验装置、实验方法、数据采集等。开展了翼身组合体大迎角下的摇滚特性研究,给出了典型的结果,研究结果表明随着模型迎角的增加,翼身组合体呈现不同的滚转运动形态,包括静态稳定、准极限环摇滚等。所研究的参数范围内后掠角对摇滚有较大影响,随着模型迎角的增加摇滚振幅呈现抛物线,马赫数的增加对最大摇滚振幅起抑制作用。

方形截面导弹动态摇滚特性研究

介绍了高速风洞自由摇滚实验技术的实验装置、实验方法、数据采集等。开展了方型截面导弹大迎角下的摇滚特性研究,给出了典型的结果,研究结果表明随着模型迎角的增加,方形截面导弹呈现不同的滚转运动形态,包括静态稳定、准极限环摇滚、双周期震荡和等速滚转。最后对摇滚的机理进行了探讨与分析。

计及风速波动特性的风电穿透功率极限计算

随着风电接入电网的容量日益增加,系统本身的调峰能力、电网输送空间和安全裕度成为制约电网消纳风电的因素;风速及风电系统的随机波动特性给系统的运行带来冲击和影响,并且风电的接入增加了系统节点电压、频率和支路潮流的随机波动性。基于风电场穿透功率极限的概念,从随机过程的角度分析出风速随机波动特性,提出了风速随机波动特性修正的风电场穿透功率极限优化算法。采用IEEE 30节点系统算例进行了对比验证。研究结果表明,该方法实现了对风电出力随机性的客观描绘,提高了风电并网容量规划方案的灵活性和可靠性。

曲板脱水装置气液两相流数值模拟及实验研究

对曲板脱水装置内气液两相流场的复杂问题进行了研究。通过模拟液滴在流场中的力学行为以及脱水装置中的气液两相流场,在改变脱水装置的结构参数和运行条件下,探讨了各因素对极限风速和脱水效果的影响。结果表明:当曲板间距为15 mm,雾滴粒径为160μm,喷水量为0.89 m3/h时,曲板脱水装置可以得到最高的脱水效率和最小的阻力损失,此时的极限风速为3.7 m/s。数值模拟和实验结果吻合较好,为曲板脱水装置的工业设计提供了指导。

高速公路山风过境路段雨天可变限速控制方法

降雨对山区高速公路山风过境路段行车安全及通行效率具有较大负面影响.为保证山区高速公路山风过境路段雨天行车安全,提高路段通行效率,减少风雨综合作用的不利影响,文中设计了山区高速公路山风过境路段雨天可变限速控制系统的总体方案,构建了风雨综合作用下的基于防侧滑和安全停车视距的安全车速计算模型,并以控制监控时段内车辆平均行程时间最小为目标,建立了山区高速公路山风过境路段雨天可变限速控制评价模型.结合实际道路、气象数据,利用Matlab软件进行数值仿真计算,结果表明,与固定限速方式相比,文中建立的可变限速控制方法在保障雨天环境下山区高速公路山风过境路段行车安全的同时,提高了车辆的运行效率.

定常横风作用下高速列车的安全性分析

基于空气动力学理论,建立高速列车空气动力学模型,计算不同运行速度下高速列车在明线运行和明线横风场景下的气动力荷载。同时采用多体系统动力学理论,建立车辆多体动力学仿真模型。将气动荷载导入车辆仿真模型,计算在无横风和有横风条件下,列车以不同速度行驶时的车辆动力学响应及其安全性指标。获得在无横风和有横风条件下高速列车运行安全性随速度的变化规律。研究结果表明,横风作用将对列车的安全运行构成极大的威胁。参照有关高速列车运行安全性评定标准,给出15 m/s横风风速下高速列车安全运行的速度限值。

重力回位型风力机限速机理的分析

该文揭示了重力回位型风力机侧偏过程中的风轮侧偏、尾翼气动力及重力回位的产生机理,推导出其力矩的精确计算公式,并给出一种风力机调速机构的设计方法;在力矩动态平衡的条件下,对300 W风电机组的限速控制机构进行设计计算,结果表明该设计符合重力回位调速的要求,对今后重力回位调速型风力机的设计和优化具有较重要的实用价值。

风力机侧偏限速机构的机理分析及倾角优化

针对具有限速机构的小型风力机侧偏过程中理论力矩公式推导,分析风轮叶片及尾翼的气动性能,揭示了限速机构的风轮侧偏、尾翼偏转及重力回位力矩的产生机理并推导出其各力矩的精确表达公式,指出侧偏限速机构的研究重点在于侧偏时力矩之间动态平衡的过程;在此基础上,对侧偏限速机构重要参数的选取原则提出了具体说明,并在8种不同尾翼斜铰轴后倾角β'及侧倾角β″组合下,采用Matlab仿真软件对其编程绘制出尾翼回位力矩Mb及电动机输出功率P的变化曲线图.结果表明:具有β'>β″结构的侧偏限速型风力机在调速过程中能较好满足力矩之间动态平衡要求;采用Matlab软件在β'>β″倾角组合中找到了1组后倾角β'=8°、侧倾角β″=3°的最佳倾角组合,可以保证大风时电动机输出功率较为恒定及整机侧偏性能稳定,这将为小型风力机侧偏机构的进一步优化分析提供一定的技术基础.

微小型风力机重力调速机构侧倾角优化分析

在借鉴前人成果的基础上,分析调速机构的工作原理,推导出重力调速过程中各力矩的表达公式,并设计制造出300 W风力机的重力调速机构;通过建立风力机调速数学模型,用Matlab编程软件对斜铰轴机构的侧倾角β″进行优化处理,并对其进行车载实验验证。结果表明:采用Matlab优化设计结果与实验测试值基本吻合,达到侧偏调速的要求。

安全锚泊的极限风速研究

本文首先建立锚泊船的运动方程，通过对运动方程求取数值解，得到在风力作用下船舶运动参数及锚链受力的时间历程，并与锚和链所能提供的极限抓力进行比较，从而得到安全锚泊的极限风速。

大风工况动车组运行速度限值研究

对于高速动车组,在风区会设置挡风墙以保证大风环境下的列车运行安全、提高列车运行速度。通过对高速动车组气动特性以及轨道动力学特性的综合分析可以得出列车安全运行极限速度。本文主要针对兰新客运专线采用的CRH2C型动车组展开研究,采用模拟仿真的方法,分析车辆运行速度、不同线路条件、不同风载荷情况下列车安全性能。分析发现:当风速大于30m/s,动车组最高运行速度为160km/h;当风速小于20m/s,动车组最高运行速度250km/h。通过仿真分析,得到了兰新客运专线CRH2C型动车组大风风速与列车最高安全运行速度之间的关系,为兰新客运专线高速动车组运行大风工况运行限速提供理论依据。

前体涡诱导机翼摇滚扰动控制高速风洞试验研究

通过在临界雷诺数范围内的翼身组合体自由摇滚试验,开展了前体涡扰动对机翼摇滚的流动控制研究。实验结果表明,通过对前体涡的控制可以有效消除翼身组合体摇滚的发生,添加头尖扰动的位置对控制效果具有明显影响,扰动在正侧向控制效果最佳,这种摇滚控制方式在较宽的迎角范围及马赫数范围内均有效。对前体涡诱导机翼摇滚的扰动控制机理做了简要分析。

定子绕组暂态过程对电力系统大扰动特性的影响

为了研究发电机3种机电暂态模型定子电压方程中定子绕组暂态(p)和转速变化(ω)对大扰动特性的影响,通过单机变压器双回线无穷大系统对3种模型在定子绕组暂态和转速单独作用以及共同作用等情况下的大扰动特性进行计算,得出定子绕组暂态对发电机大扰动的影响较大;在此基础上,将上述条件下3种模型的大扰动特性和暂态稳定极限与经过试验验证的时步有限元模型进行了对比。结果表明,计及定子绕组暂态和转速变化的3种机电暂态模型的大扰动特性和暂态稳定极限均与时步有限元结果更接近,并且在一定程度上提高了电网的最大传输功率计算值,为电力系统仿真中发电机的建模提供了重要的理论基础。

横风作用下高速列车安全运行速度限值的研究

横风作用下的列车安全运行速度限值应通过列车气动特性和车辆轨道动力学特性的分析得到。以我国CRH3型高速列车实车为原型,考虑真实受电弓、转向架等列车的细部特征,假定列车在平地上行驶,对列车速度分别为200、250、300、350和380km/h,横风速度分别为10、15、20、25和30m/s,风向角为90°的25个工况进行气动特性的数值模拟,并采用国内实测轨道谱和德国轨道谱分别对这25个工况的车辆轨道动力学性能进行仿真计算和对比分析。结合国家标准和技术规范,给出CRH3型列车在平地上运行时,横风风速与列车最大安全运行速度之间的对应关系,为横风作用下的列车运行安全控制提供参考。

基于贝叶斯理论的随机风荷载作用下斜拉桥颤振可靠性分析

在现有的结构可靠性理论的基础上,提出基于贝叶斯理论进行极值风速预测方法,并建立大跨度斜拉桥颤振可靠性分析模型。颤振可靠性分析模型极限状态方程中以颤振临界风速、转换因子、阵风因子和桥址处极值风速为随机变量,采用基于一次二阶矩理论的JC法计算大跨度斜拉桥颤振稳定性可靠度指标。计算结果表明,基于贝叶斯理论的随机风荷载作用下的大跨度斜拉桥颤振概率性评价和可靠性分析方法比传统的方法更加精确、科学,采用本文提出的方法具有很好的工程实用价值。