Wind Tunnel Test and Numerical Computation on Ice Accretion on Blade Airfoil for Straight-bladed VAWT

To invest the condition of ice accretion on the blade used for straight-bladed vertical axis wind turbine （SB-VAWT）, wind tunnel tests were carried out on a blade with NACA0015 airfoil by using a small simple icing wind tunnel. Tests were carried out at some typical attack angles under different wind speeds and flow discharges of a water spray with wind. The icing shape and area on blade surface were recorded and measured, Then the numerical computation was carded out to calculate the lift and drag coefficients of the blade before and after ice accretion according to the experiment result, the effect of icing on the aerodynamic characteristics of blade were discussed.

A wind tunnel experiment of self-starting capability for straight-bladed vertical axis wind turbine

In this study,wind tunnel experiment was carried out to investigate the self-staring capability for straight-bladed vertical axis wind turbine.The flow visualization also was been performed at the rest of the rotor.The effect of the azimuthal angle of blade position relative to wind direction on the self-starting capability was discussed based on the results of flow visualization.The torque and centripetal force of the rotor when the self-starting behavior starts were roughly calculated with the flow visualization results of the rotor.It is suggested that there exists the condition of wind speed and configuration of the blade position of the rotor at the rest of rotor to the reach to situational rotation number.

基于位移等代法的深部直墙半圆拱形隧洞松动圈厚度预测

【目的】位移等代法是在工程实践中被广泛应用的一种等效圆法。为进一步探索该方法在深部非均匀应力场下预测松动圈厚度的工程效果,并建立具有工程适用性的等效圆半径计算公式,【方法】选取深部隧洞常采用的直墙半圆拱形断面为研究对象,根据位移等代法基本原理,利用FLAC~(3D)数值模拟和理论计算相结合的方式,建立了侧压系数λ为1.1~1.5,跨高比b_0/h为1.3~1.5条件下的等效圆半径函数关系式,并应用到江西曲江某煤矿水仓围岩的松动圈厚度预测。【结果】结果显示:根据等效圆公式计算出的水仓围岩松动圈的纵轴厚度为1.41 m,横轴为1.20 m,呈椭圆形;现场实测的松动圈也呈椭圆形,厚度平均值在1.15~1.45 m,其中最大均值在纵轴1.45 m,最小均值在横轴为1.15 m。理论预测值与实测值相吻合。【结论】结果表明:位移等代法适用于深部软岩松动圈厚度预测;所建等效圆半径公式具有良好的工程适用性,可为评价和预测类似隧洞工程松动圈厚度提供一种简化的、可借鉴的方法和思路。

大型抽水蓄能电站长直型隧洞风尘迁移规律研究

抽水蓄能电站地下洞室群施工存在通风难度大、风尘迁移变化规律无显著特征等难题,采用DPM气固两相流模型,针对地下洞室群中不同坡度的长直型隧洞进行数值试验研究,重点揭示了典型隧洞在不同施工条件下的风尘迁移规律及小粒径沉降粉尘分布特征。研究表明:不同区域粉尘质量浓度随风机风速的增大呈下降趋势,当风速增至21 m/s时开始升高;掌子面附近区域粉尘质量浓度随供风距离的增大呈上升趋势,当供风距离大于25 m时,风机风速不再满足隧洞内通风要求;掌子面附近区域粉尘质量浓度随隧洞坡度的增大呈显著上升趋势,通风管附近出现明显的粉尘空白带;小粒径沉降粉尘分布特征由通风管位置决定,沉降粉尘颗粒最多处位于通风管出口与掌子面之间,粒径分布较广,呈正态分布规律,在通风管出口正后方处急剧下降,并沿隧洞出口方向数量逐渐减少,平均粒径逐渐减小;流出洞外的粉尘颗粒平均粒径偏小。本研究可为抽水蓄能电站地下洞室群整体施工设计提供参考。

平顶直墙隧道CRD法下穿市政箱涵安全控制研究

随着城镇建设的推进,地铁暗挖隧道相关工程也越来越多。CRD法是适用于软弱地层的隧道施工方法,主要应用于城市地下铁道建设中。以呼和浩特市大学西街站1号出入口暗挖隧道下穿市政箱涵工程为背景,对其施工方案进行介绍,并对平顶直墙隧道CRD法施工下穿市政箱涵工程的安全控制进行研究。该工程应用“平直墙+CRD法”进行土体开挖,并采用深孔注浆并加以小导管注浆对土层进行加固。通过对现场实测数据的分析,得出暗挖隧道的拱顶沉降的最大值为7.3 mm,暗挖隧道水平收敛值最大为2.5 mm,满足变形控制要求,说明背后注浆以及支护方案合理。通过定义控制偏离系数,对既有结构的分析、评估,得到箱涵的结构状态为二级。

平面转弯有压输水隧洞对进/出水口水力特性影响研究

受地形、地质等条件的限制,与抽水蓄能电站侧式进/出水口衔接的输水隧洞会存在平面转弯段.当输水隧洞的平面转弯段距进/出水口较近时,转弯角度、转弯半径R以及转弯后直隧洞长度L等参数对出流工况下进/出水口水力特性有着重要影响.平面转弯输水隧洞转弯段若布置不当,出流工况水流进入进/出水口时可能会出现偏流现象,直接影响进/出水口流量分配,然而目前缺乏平面转弯输水隧洞各参数的设计建议值.以抚宁抽水蓄能电站侧式进/出水口为研究对象,通过数值模拟的方法研究了平面转弯有压输水隧洞对进/出水口出流水力特性的影响并进行了偏流成因分析.结果表明:对于设计合理的进/出水口体型,平面转弯有压输水隧洞转弯段若布置不当,水流在进入转弯段后会形成二次流,导致转弯段后隧洞横断面流速分布不均匀,转弯段外侧流速大于内侧,进/出水口会产生偏流现象,直接影响各孔口流量分配;转弯角度的增加会使各孔口流量分配越不均匀;R和L的增加能有效改善进入进/出水口时的水流条件;当R≥30.0D(D为输水隧洞洞径)同时保证L≥10D时,或L≥40D时,水流进入进/出水口时的偏流现象可以得到有效改善.研究成果可为抽水蓄能电站侧式进/出水口连接隧洞的平面转弯布置提供设计依据.

7°尖锥高超声速边界层脉动压力实验研究

针对半锥角7°尖锥模型,在常规高超声速风洞中开展了边界层脉动压力测量实验,进行了线性稳定性分析,研究了单位雷诺数和马赫数对尖锥边界层转捩位置和边界层稳定性的影响规律。模型长度800 mm,头部半径0.05 mm,实验单位雷诺数0.49×10^(7)~2.45×10^(7) m^(-1),马赫数5~8,迎角0°。通过红外热图技术和高频脉动压力测量技术获得了模型表面边界层转捩位置和边界层内扰动波能谱分布,利用线性稳定性理论分析了最不稳定波频率和增长率。实验结果表明:在转捩区间可以测量到明显具有不稳定波频谱特征的脉动压力信号,其频率与稳定性理论分析的二模态不稳定波接近,幅值变化趋势也与之类似;随着雷诺数增大,不稳定波出现位置提前,频率增大,转捩位置提前;边界层中不稳定波包含第一和第二模态,马赫数5时,转捩由第一模态主导,马赫数高于6时,由第二模态主导。

大尺度直巷中瓦斯爆炸传播规律及影响因素研究

为进一步认识实际煤矿瓦斯爆炸的相关规律和特征,利用气体爆炸计算流体动力学软件建立了煤矿尺度的直巷模型,研究火焰传播和压力变化规律以及预混瓦斯浓度和空间阻塞率对瓦斯爆炸压力的影响。研究显示,在无障碍直巷中,火焰传播可分为自由扩展、碰壁挤压、壁面加速和稳定传播4个阶段,压力变化依次呈现叠加强化、反射耗散、沿程衰减3种特征。浓度略大于10%的预混瓦斯可反应产生最大的爆炸超压。处于爆炸极限浓度的预混瓦斯在高阻塞率障碍物激励下可极大提升爆炸超压。研究结果对认识矿井原尺度下瓦斯爆炸传播规律、再现事故场景、优化减灾设计有一定借鉴意义。

特大断面隧道部分直CD导坑法施工技术探讨

当隧道区域地质条件受限时多采用双侧壁导坑法施工,但在实际施工中由于各开挖分块之间施工干扰大,严重影响施工进度。笔者以兰州白塔山隧道工程为依托,通过对掌子面围岩深入分析,结合现场工法的改进,首次提出将双侧壁导坑工法变更为部分直CD导坑法。监控量测数据分析结果表明:部分直CD导坑法在超大断面隧道施工过程中也可以较好地控制隧道围岩变形及地表沉降;并且由于单个导坑断面增大,大型机械设备操作空间充足,月进度增加了4倍,施工效率明显提高;同时,每延米进尺造价节约13499.03元。部分直CD导坑法的应用实践,为隧道设计提供可借鉴的经验,也为类似工程施工提供参考。

隧道围岩结构面倾角对诱发岩爆的影响研究

为了解结构面倾角对诱发岩爆动力失稳行为的影响,通过采用GDEM数值模拟软件,开展了含不同角度闭合多节理的直墙拱形隧道在全断面开挖卸荷作用后对诱发结构面型岩爆的数值模拟研究,分析了隧道在开挖卸荷下围岩的裂纹扩展行为、应力变化、碎块体的体积与块体的弹射速度等力学特征。研究表明,由于围岩内节理倾角空间位置的不同,导致在隧道开挖卸荷后,容易在节理尖端围岩处形成应力集中,造成不同程度的应力重分布,改变了围岩裂纹的扩展行为和承载能力。且围岩破坏模式受结构面倾角的影响明显,缓倾角强化了结构面的抗剪切作用,不易形成岩爆。陡倾角易诱发压剪滑移破坏,诱发岩爆。研究结果对含节理隧道的开挖设计与灾害防治有重要的工程意义和学术价值。

大跨明挖折板隧道对相邻设备区结构的影响

本文以石家庄市城区基础设施提升工程——白佛隧道附属设备区为研究对象,采用有限元计算软件进行数值计算,分析大跨直墙折板隧道结构由折板轴力产生的水平推力的受力机理及水平推力对相邻分离式设备区结构的作用,分析产生水平推力数值大小的影响因素,水平推力对设备区结构内力的影响,确定了分离式设备区结构合理的计算模型及设计方法。结果表明:大跨隧道折板结构的水平推力对相邻设备区侧墙内力影响较大。若设备区设计不考虑主线隧道折板的水平推力作用,会导致设计偏不安全。由此提出了设备区应采取的相应加强措施及减小隧道水平推力效应的措施。

循环加卸载下直墙拱形巷(隧)道应力松弛特性试验研究

针对硬岩应力松弛特性及岩爆研究的不足,开展了低、中、高载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松弛过程试验,得出了应力松弛规律,建立了应力松弛模型,探讨了应力松弛机制。结果表明:在低载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道应力松弛过程均呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,应力松弛规律一致,但随着循环次数的增加,应力松弛时间放缓,应力衰减损失程度在降低;低载荷下的应力松弛过程是巷(隧)道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程,内部没有损伤产生,整体未产生破裂;在中等载荷下的循环加卸载直墙拱形巷(隧)道围岩应力松弛过程同样呈现出迅速衰减、逐渐衰减和稳定3个演化阶段,随着循环次数的增加总体上呈现应力松弛时间放缓的趋势,最终同样表现为巷(隧)道围岩拉应力和压应力同时衰减的过程;与低载荷下相比,中等载荷下的应力松弛过程变慢,内部有损伤产生,但后续循环未导致围岩破坏;在高载荷下的直墙拱形巷(隧)道围岩呈现拉应力持续增加和压应力持续减小的过程,巷(隧)道持续损伤破裂,侧帮产生层爆,最终形成V型爆坑,整体呈现两次明显爆裂破坏;采用分数阶微积分理论来描述循环加卸载情况下的应力松弛过程,建立了分数阶模型即应力松弛方程,拟合效果基本吻合;定义了应力松弛度,可以完全反映应力松弛全过程及松弛程度;工程上应采取措施阻止岩爆岩体松弛过程变形发展到临界状态。研究结果对岩爆机制、预测预警及硬岩长期稳定性分析等具有很好的指导和借鉴意义。

盾构隧道通缝拼装管片上浮的理论分析

盾构隧道拼装管片的上浮一直是盾构隧道施工中的技术难题。随着盾构法隧道施工技术的发展和规范的要求,管片上浮引起的拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显,并直接影响到工程质量。管片上浮主要是管片在施工开挖的复杂的因素作用下,失去抗浮能力导致的。至今的研究表明,导致盾构隧道管片发生上浮的因素很多,如地质水文条件、卸土、注浆不均及盾构姿态控制等。以上海轨道交通2号线西延段盾构隧道工程为背景,通过对管片上浮的理论研究,得出了描述管片上浮与相关因素的定量关系,为消除盾构隧道管片在推进过程中的上浮、确保施工精度、提高工程质量提供了理论依据。

直线隧洞洞穿管及自密实混凝土施工技术

在直线隧洞洞穿管及混凝土浇筑施工过程中,管道安装精度要求高、施工难度大。在南水北调配套工程中,浅埋暗挖洞穿管施工是保证工程质量的重点,洞穿管采用在洞外一端安装电动导链,洞内外布置滑轮对钢管进行安装。其具有安装施工速度快、高程易调整、精度易控制等优点。而自密实混凝土浇筑采用一次浇筑成形、浇筑饱满、可靠性高、工期短、效率高,且无接缝,混凝土质量更具保障。

曲线公路隧道交通风力非稳态模拟研究

为分析小半径曲线隧道对交通风力的影响,采用移动网格和滑移交界面技术对半径600 m的曲线隧道和直线隧道进行三维非稳态数值计算。结果表明,采用动网格技术进行直线隧道交通风力计算结果与实验吻合;曲线隧道中,隧道断面风速分布表现出极不对称性,外侧风速较大,内侧较小;曲线隧道交通风力较直线隧道明显增大,汽车内车道行驶交通风力大于外车道行驶;曲线隧道中,汽车头部侧面出现了负压峰值,与直线隧道相比,该值较低,车身侧面压力沿纵向逐渐增大,汽车尾部背风面存在较低的负压区。

狭长直隧道环境中WSN的RSSI加权质心定位算法

采用无线传感器网络技术对井下人员和车辆进行准确定位是矿井作业安全保障的重要技术手段,但因井下巷道的空间半封闭特征和无线信号在巷道内传输的多径衰落等原因,使得传统平面和三维定位算法不能完全适用于井下巷道中的移动节点定位。针对这一问题,提出了一种改进的基于RSSI加权质心定位算法,该算法在巷道内节点分布模型的基础上,充分考虑巷道内无线传感器网络节点的异构性和移动性,将异构节点最大通信半径引入到权值的分配上,修正了权值。仿真实验表明,与普通的加权质心算法相比,提高了定位精度,且更适用于井下巷道、公路与铁路隧道。

VLCC风帆船不同操帆模式下的节能收益评估

针对VLCC加装双帆后同步操帆工况风载荷进行了风洞模型试验研究,并与无帆工况风载荷进行了比较,以获得最大助推效果为研究目标,给出了最优同步操帆策略。然后,基于该最优操帆策略,固定左舷风帆攻角不变,差动改变右舷风帆攻角,对差动操帆工况下的帆-船整体风载荷进行了风洞模型试验,分析了其与同步操帆风载荷的差异。基于模型试验结果,计及船体航行姿态,结合数学模型,通过数值仿真,对比分析了不同操帆工况模式下的节能收益。研究表明:通过合理、有效地利用双帆干扰效应,可一定程度上改善风帆组的总体气动性能,提高风帆助推效果。

简捷型垂直轴风轮试验装置的研发

风能作为可再生能源已得到世界各国的极大重视。风洞试验是研究新型垂直轴风轮气动性能的重要手段,由于专用大型风洞设备占地面积大、费用高等原因,不利于进行新型垂直轴风轮性能的研究。对一种简捷型风洞试验装置进行了研发,确立了开口直流式风洞的总体气动结构,并对其动力段、扩散段、整流段及收缩段的性能进行了设计计算,搭建了风轮试验台。通过对垂直轴三戟风轮性能参数进行试验分析,分析结果表明:这种试验装置可以实现风速在0.5～15.0 m/s范围内的调速,且结构简单、制造方便、成本低,为风轮特性的初步研究提供了一个良好的试验平台。

深部直墙拱形隧洞围岩板裂破坏的模拟试验研究

为了解深部直墙拱形隧洞板裂破坏的发生过程和机制,采用TRW-3000真三轴试验系统对含直墙拱形孔洞的红砂岩立方体试样(100 mm×100 mm×100 mm)进行了真三轴试验,模拟了深度500 m初始地应力环境下直墙拱形隧洞板裂破坏过程,并利用岩样内部破坏视频监控系统对试验过程进行实时记录和监测。试验完成后,对试验过程中孔洞侧壁破坏过程、破坏特征进行了分析,并与同等深度的圆形孔洞洞壁破坏进行了对比。结果表明:在竖直应力为最大主应力和水平径向应力为最小主应力的条件下,直墙拱形孔洞破坏主要发生在两侧拱脚和拱腰之间,靠近自由面的围岩破裂为近似平行于最大主应力的板状薄岩片,呈典型的张拉板裂破裂特征;随最大主应力的增加,板裂破坏逐渐向孔洞水平径向发展,板裂岩片呈现中间厚、两翼薄的弧形特征,最终形成对称的V型槽破坏区,并具有明显的时间效应。与圆形孔洞的动力破坏特征相比,直墙拱形孔洞主要偏于静力破坏,且初始破坏所需应力水平高,孔洞侧壁在高应力环境中破坏更严重。

狭长直巷道中WSN的SPIN路由算法的改进

为了解决井下链状无线传感器网络中距离Sink节点越近的节点越早死亡的问题,提出了一种井下WSN基于SPIN路由协议的改进算法,该算法结合狭长直巷道模型与多重覆盖模型,运用梯度划分的方法,通过判定彼此梯度信息决定数据信息接收方,来均衡整个网络的能量消耗,延长网络寿命。对比改进前后的能量损耗模型可知,改进后的算法能有效延长网络寿命,实验表明,该算法较NCWSNFGM方案可延长至少5%的网络寿命。