基于优化LSTM模型的风力机叶片剩余使用寿命预测

针对传统寿命预测方法计算复杂、耗时且不具普适性等问题,提出一种基于优化长短期记忆网络(LSTM)的风力机叶片剩余使用寿命(RUL)预测模型。首先,将多维传感器监测数据可视化,以观察数据特征并进行初次特征筛选。然后,对筛选后的数据进行归一化处理,并使用主成分分析法(PCA)进行数据融合,以去除冗余信息和降低特征维度。其次,使用自适应矩估计(AME)算法为不同网络参数提供独立的自适应性学习率;使用平滑平均绝对误差(SMAE)损失函数来综合两种传统回归损失函数的特点。最后,经过多次试验选定合适的LSTM层数及神经元数,并以复杂系统的多尺度时序监测数据为算例对模型进行试验验证。试验结果表明,在一种故障模式下,优化LSTM预测模型相较于其他传统机器学习模型在评价指标及预测误差分布情况上占优,表明该文所提模型具有更高的准确性及稳定性。

黑麋峰抽水蓄能电站水泵水轮机改造前后性能对比

黑麋峰抽水蓄能电站4号机组为引进国外技术、国内生产制造的典型水泵水轮发电机组。在运行过程中,始终存在水轮机工况并网难、甩负荷过程中机组存在强烈压力脉动等问题。经过多轮水力优化,4号机组转轮由原来的9叶片结构改为6+6长短叶片结构,为我国自主研发且国内外首次应用的全新转轮。本文通过对改造前后机组各方面性能的对比,对黑麋峰全新4号机组运行稳定性能进行总结,以期为今后我国抽水蓄能电站机组的改造工作提供参考和借鉴。

基于CFD-PBM偏置短叶片式叶轮对浮选机性能的影响

浮选机的吸气量和对气泡的破碎能力是评价其性能的关键指标,大量微细气泡可提高煤泥的选择性,提升精煤回收率。针对这一目的,提出并设计了一种偏置短叶片式叶轮,应用于煤泥浮选的自吸式机械搅拌浮选机中。采用基于CFD-PBM数值模拟的方法,与常规叶轮的浮选机进行对比。研究发现相较常规叶轮,偏置短叶片式叶轮可有效消减叶片吸力面回流涡产生的阻塞,叶轮的有效流道增加了8.3个百分点;短叶片可提高对气泡的切割能力,中、细粒级气泡数量显著增加,大粒级气泡仍维持在较低数量级;偏置短叶片式叶轮的吸气量提高了26.79%,浮选机槽体内含气率与气体分散特性明显提升,其可在原工况下替换常规叶轮,实现高效浮选。

长短叶片离心泵汽蚀性能数值模拟分析及实验研究

为提高离心泵的汽蚀性能,利用CFD数值模拟分析与实验研究相结合的方法对长短叶片离心泵在不同汽蚀余量时叶轮内部气液两相的分布规律进行分析研究,分析了3种不同短叶片进口直径在不同汽蚀工况时气泡分布情况对叶轮内部流动和性能的影响。分析结果表明:选择合理短叶片的进口直径可以有效提高离心泵的抗汽蚀性能,避免叶轮进口堵塞和流道内发生漩涡汽蚀。当汽蚀余量减小到一定程度,离心泵短叶片进口直径为0.65D2(D2为叶轮外径)时,在长叶片和短叶片的背面都会出现漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.75D2时,在长叶片背面与短叶片工作面间的流道内会出现两个漩涡汽蚀区;当离心泵短叶片进口直径为0.85D2时,离心泵的抗汽蚀性能最佳。

超低比转速高速离心泵复合叶轮短叶片的几何造型方法

离心泵叶片三维造型常用的平面翼型修型法计算工作量大,操作复杂.为此针对超低比转速高速离心泵复合叶轮短叶片的三维造型,提出一种基于Pro/E软件采用空间圆柱坐标系进行叶片三维实体造型,综合考虑短叶片进口位置、周向偏置度、偏转角等影响短叶片翼型设计的主要因素,在长叶片翼型基础上,进行适当修型,从而得到短叶片翼型.该方法操作简单,造型准确,便于叶片修型;生成的短叶片平顺光滑,可更准确地实现设计意图,为提高离心泵复合叶轮内部流动CFD数值模拟精度及其性能预测奠定可靠的基础.

长中短叶片复合叶轮离心泵流动数值模拟

基于雷诺时均N-S方程和S-A湍流模型对具有长中短叶片的复合叶轮离心泵内部的流动进行了三维紊流数值计算和分析,获得了过流部件内部的速度场、压力场的分布规律。由于蜗壳和叶轮的联合作用,叶轮通道内流动都是不对称的,除了靠近喉部叶轮通道外,其他两个通道内液流流动的规律和单通道内比较相似,易产生回流的位置也是在长叶片吸力边进口处,靠近长叶片压力边的中部,及靠近吸力边出口处的短叶片通道内;蜗壳对于靠近喉部流道内的流动影响比较大,靠近蜗壳喉部叶轮出口处的相对速度较大,同时在靠近蜗壳喉部的叶轮出口处的通道内较易形成回流区域;叶轮中的静压和总压从进口到出口逐渐增加;从叶轮出口流出的液流在进入蜗壳中时,在蜗壳靠近壁面处有形成旋涡的趋势,蜗壳中的液流螺旋形地向前运动。

加装短叶片离心叶轮的参数优化及实验研究

利用NUMECA软件对G4-73No.8D型离心风机进行了叶轮内部流场的三维数值模拟和流动分析,发现在叶轮出口处存在着明显的射流-尾流结构。为削弱这一结构对风机性能的不良影响,对风机叶轮进行了加装短叶片的数值模拟,依据叶轮流场的改善情况,确定了短叶片的优化参数,并在此基础上,进行了风机性能的对比性实验。结果表明,改进后的风机全压明显提升,其额定工况下的效率有所提高,高效区有小幅加宽。

长短叶片混流式水轮机转轮的三维几何建模

针对混流式水轮机叶片形状复杂、实体造型困难,以混流式转轮叶片二维木模图为基础,基于UG软件的三维建模功能,采用由点到线、线到面、面再到体的方法对混流式水轮机叶片进行三维造型。针对水轮机一次造型不光滑,采用类流线的方法在尽量保持原有型值点不变的前提下优化模型,最终建立了光滑精准的三维模型,为后期的流动性能预测、刚强度计算分析等提供了条件。

长短叶片复合型刚柔桨强化搅拌槽内流体混沌混合行为

搅拌反应器中混合隔离区的存在是强化流体混合的主要障碍。打破搅拌槽中的对称性流场结构,破坏混合隔离区,可以提高流体混合效率。采用Matlab软件编程计算最大Lyapunov指数(LLE)和多尺度熵(MSE),比较了不同桨叶类型、柔性片长度、柔性片数量和桨叶离底高度以及转速对流体混合的影响。结果表明,长短叶片复合型刚柔桨(RF-LSB)桨叶通过刚柔耦合错位连接,柔性片的形变与随机振动对流体的非稳态扰动,使流场结构不稳定性和不对称性增强,强化了流体混合效果。当柔性片数量为3,搅拌转速为90r/min时,RF-LSB体系比刚性桨和刚柔桨体系的LLE值分别提高了20.22%和7.98%;三种体系[RF-LSB(柔性片数量为3)、刚性桨和刚柔桨体系]的混合时间(θm)与单位体积功耗(Pv)呈指数型关系,当Pv相同时,RF-LSB(柔性片数量为3)的θm最小,表明RF-LSB(柔性片数量为3)更有利于流体混沌混合。

梯形和矩形通道内短扰流柱排流动与换热计算

为了得到逐渐收缩的梯形通道内扰流柱排的流动换热的规律,对梯形通道内扰流柱排的端壁换热和压力损失进行了数值计算,并与矩形通道进行比较。计算结果表明:(1)梯形通道与矩形通道的端壁总平均换热系数相差不大,但是梯形通道内每排扰流柱的Nu数相差较大。(2)相同来流Re数条件下,梯形通道的压力损失系数远大于矩形通道。所以,在实际计算逐渐收缩的梯形通道内扰流柱排的平均换热时,可近似采用矩形通道内扰流柱的实验关联式,并且将每排扰流柱分别计算。在计算压力损失时,不能将梯形通道近似成矩形通道。

复合式离心泵叶轮短叶片偏置设计分析

建立了一个衡量离心泵叶轮短叶片偏置设计的准则:短叶片的布置位置应使叶轮流道内可能出现的回流区域为最小的原则.依此原则,文中以滑移理论为工具,实例分析计算了短叶片在不同偏置位置时叶轮内部的回流情况,进而得到了离心泵叶轮短叶片应偏置的最佳位置.该例的计算结果和从中所得结论与实测数据和结果完全吻合.

水轮机长短叶片转轮三维数值模拟

基于Standard k-ε双方程湍流模型和三维时均N-S方程,进行了混流式水轮机HLA351长短叶片转轮流场的三维湍流数值模拟研究,获得了流道的流速和压强分布。计算结果表明:和常规转轮相比,长短叶片结合的转轮流态较好,流速和压强分布合理,水轮机的全流道CFD分析能够较为准确地预测出水轮机过流部件内的性能参数及内部流场结构。

长短叶片混流式水轮机空化特性的数值模拟

鉴于目前削弱水轮机空化和空蚀存在的问题,以某适用于300m水头的混流式水轮机为例,采用CFD技术计算其运行范围内若干工况的内部流动情况,重点分析其空化和空蚀性能,并比较了采用长短叶片转轮和仅采用长叶片转轮的流场分布及其空化特性。结果表明,采用长短叶片结构的水轮机的转轮内部流态较好,流场分布更加合理,空化性能明显优于仅采用长叶片的水轮机。

变叶片数和长短叶片结构对离心叶轮内三维粘性流场的影响

采用数值计算方法来研究离心叶轮内的二次流和射流 -尾迹结构。通过改变叶片数和采用长短叶片结构等方法分析其对离心叶轮内流场的影响 。

长短叶片尾缘形状对离心泵性能与动静干涉的影响

为探究带分流叶片离心泵内长短叶片尾缘形状对其性能与动静干涉的影响,对长短叶片尾缘压力面与吸力面分别进行不同厚度切削,采用SST-SAS湍流模型对各方案进行非定常数值模拟,结合外特性与PIV试验结果验证其计算准确性,并基于压力脉动、涡量分布分析泵内动静干涉变化。研究结果表明:离心泵长短叶片尾缘压力面切削PSF可有效提高离心泵额定流量点效率,且切削厚度越大,效果越显著,长短叶片尾缘压力面切削PSF还可有效改善额定流量下的离心泵动静干涉效应,减小压力脉动能量损耗,提高离心泵性能,并延长叶片使用寿命,而吸力面切削SSF则会大幅加剧离心泵动静干涉效应。压力脉动与涡量频域分布说明,离心泵叶轮流道内动静干涉主要频率成分为轴频及其倍频,蜗壳流道内动静干涉的主频与次主频分别为fB与0.5fB。对比各方案长短叶片尾缘附近主频涡量得出,短叶片尾缘切削效应较长叶片更为显著。短叶片经过隔舌时涡结构演化程度较长叶片更为剧烈,这一现象导致了长短叶片尾缘附近动静干涉的差异性,由此产生次主频0.5fB。

长短交错叶片对离心泵空蚀特性的影响

为了改善离心泵的抗空蚀性能,本文建立3种不同叶片进口形状的叶轮模型。利用数值模拟方法对不同工况下的3种叶轮叶片形状下的离心泵在不同空化余量时内部流动规律进行了研究,分析不同工况下离心泵内部流场特性及空化特性、以及不同空化余量下3种叶片叶轮内的空蚀特性。结果表明:长叶片离心泵最容易发生空化产生空蚀损伤;短叶片和长短交错叶片离心泵较宽的叶轮进口喉部面积改善了泵在叶轮进口处的吸入性能,具有最佳的抗空蚀性能,空蚀损伤区域面积和空蚀强度有显著的减小。由于叶型的不同,短叶片叶轮的扬程与效率有明显的下降,往往达不到设计所需求的扬程和效率。综合比较下,长短交错叶片在不影响离心泵扬程和效率的前提下具有最佳的抗空化效果,有效地改善了离心泵的空蚀性能。

混流式水轮机内部空化流动数值模拟

为探究不同比例的长短叶片对混流式水轮机内部流场空化特性的影响,基于欧拉-欧拉方法中均匀多相流假设的混合两相流体无滑移模型,采用RNG k~ε湍流模型以及三维时均N-S方程,对各混流式水轮机进行全流道三维定常空化湍流计算,获得了3种不同比例长短叶片对应的混流式水轮机在各空化系数下空泡相的流动特征以及各水轮机对应的σ~η曲线图。计算结果表明,当长短叶片比例为0.47时,水轮机临界空化系数最小,为0.060 8,相比长短叶片比例为0.6时降低了8.82%;当3种水轮机处于同一空化系数下时,该型水轮机效率最高;随着水轮机转轮短叶片的增多,水轮机的空化性能及能量性能得到了明显的提升。研究结果对长短叶片混流式水轮机的设计、优化和改型等具有一定的指导意义。

低比速水轮机转轮副叶片对水力性能的影响

基于Numeca的数值模拟功能,以N-S方程为控制方程,采用Sparlart-Allmaras湍流模型和结构化网格,分别对混流式水轮机有无副叶片情况下长短叶片、活动导叶、固定导叶等过流部件的流场进行三维数值模拟,并利用Numeca自带的后处理模块CFView对比分析了两次模拟结果的速度矢量分布、压力矢量分布和流场状况。结果表明,副叶片可使流场的速度矢量、压力矢量分布更加均衡、过流能力更好、水力效率更高。

MIG短路过渡立焊技术研究及应用

针对大型水轮机长期运行中马氏体不锈钢叶片局部磨蚀的自动修复问题,提出采用MIG短路过渡向下立焊的工艺方法。通过调整焊接工艺参数实现了稳定的MIG短路过渡。实验表明,该工艺适应立焊位置作业,其熔深适度,熔敷效率高,补焊焊缝成形良好。研究成果为实际工业应用提供了基础。

短周期风洞上动叶表面压力和换热测量

采用短周期冷态传热风洞研究了某型放大动叶表面静压及换热系数分布,实验中雷诺数和叶栅压比范围涵盖了叶片的典型工作状态。结果表明:压比是影响表面压力系数的主要因素,雷诺数的影响可以忽略;雷诺数和压比都会影响表面换热系数和绝热壁温,随着雷诺数的增大,叶片表面换热系数增加,吸力面转捩点前移,大雷诺数的换热系数分布趋势有别于小雷诺数;保持主流总温不变,随着叶栅压比的增大或雷诺数的减小,绝热壁温降低,小雷诺数下绝热壁温实验值低于平板的理论计算值。