叶片停机位置对风力机塔架绕流及尾流特性影响

上风型风力机叶片的绕流和旋转直接影响塔架周围的流场,以南京航空航天大学自主研发的3 MW水平轴风力机塔架-叶片体系为研究对象,采用大涡模拟(LES)方法对叶片不同停机位置(共计八种计算工况)下风力机塔架绕流和尾流特性进行了数值模拟,并与国内外脉动风压实测曲线进行对比验证了LES方法的有效性。在此基础上,对比分析了叶片不同停机位置对风力机塔架表面压力系数、整体升力及阻力系数、绕流和尾流特性的影响;研究表明叶片停机位置对塔架绕流及气动力分布的影响显著,其中工况五的停机位置最为不利,工况一的停机位置最为有利。主要研究结论可为大型风力机在停机状态下的抗风设计提供参考依据。

考虑停机位置风力机塔架-叶片耦合体系风致稳定性能分析

强风停机状态下叶片位置会显著影响风力机塔架的绕流及稳定性能。以南京航空航天大学自主研发的3 MW水平轴风力机为研究对象,采用CFD方法对叶片单个旋转周期间8个停机位置下风力机塔架-叶片体系的流场进行数值模拟,并与规范曲线进行对比验证数值方法的有效性。此外,结合有限元方法计算不同停机位置下风力机体系动力特性、静风响应、屈曲稳定性能和极限承载力。在此基础上,提炼出停机状态下叶片位置对风力机体系风致响应和稳定性能的演化规律,归纳总结出此类风力机体系风致失稳破坏的最不利控制工况。研究表明:在风力机叶片的1个旋转周期内,当叶片与塔架完全重合(即工况1)时,体系气动性能最差但静风响应较小;随着叶片顺时针旋转,其风致稳定性能呈现先增大后减小的规律,在工况3处其临界失稳风速达到最大,在工况6处临界失稳风速最小。同时研究发现:风力机塔架与叶片的耦合效应会产生一种能显著提高体系极限承载能力的"逆向效应",并且随着叶片对塔架遮挡面积的减小,该"逆向效应"愈加显著。

中小尺度嵌套下考虑停机位置的大型风力机体系风振响应分析

国内外风工程界采用的风力机体系风效应分析方法通常基于良态气候模式,而台风边界层风特性不同于良态气候模式,台风作用过程中会表现出明显的时空变异性和多尺度涡结构。针对现存土木工程台风模型理论体系过度简化的问题,引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式(WRF)对“鹦鹉”台风进行高时空分辨率模拟,重点对比台风登陆前、登陆时和登陆后台风风向和风强特征,并结合模拟台风中心路径与实测路径的对比结果验证了中尺度台风“鹦鹉”模拟的有效性。以中国东南沿海地区某风电厂5 MW水平轴风力机为对象,基于WRF模拟获得近地面三维风场数据,并结合小尺度CFD大涡模拟技术分别对叶片单个旋转周期不同停机位置工况进行三维非定常数值模拟。在此基础上,结合有限元完全瞬态法对不同停机工况进行了风振响应动力时程分析,提炼出停机位置对体系风振响应和风振系数的影响规律,最终归纳总结了台风作用下大型风力机体系最不利停机位置。结果表明:采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,拟合的台风剖面指数为0.076;台风下塔架内力和风振系数显著增大,尤其是与塔架相对位置最近的叶片风振响应最为不利,内力最大增幅达35%。分析发现:当台风作用下大型风力机处于停机状态,下叶片与塔架完全重合(工况1)时为最不利,旋转至上叶片完全重合(工况5)时安全余度最大。

偏航失效时海上风力机不同停机位置下响应特性

我国东南沿海台风频发,严重威胁着海上风力机的结构安全。台风诱发的强风和巨浪,可能对风力机的控制和供电系统造成损害,导致风力机偏航系统失效。风力机因无法实现实时对风而载荷骤增,从而造成风力机破坏甚至倒塌。为研究海上风力机在偏航失效工况下的响应特性,以5 MW导管架式海上风力机为研究对象,计算了偏航失效时不同停机位置下风力机结构的动力响应,同时分析了风力机叶片、塔筒及下部结构响应随偏航角的变化规律以及停机位置对响应结果的影响。研究表明:偏航失效时,偏航角的大小和叶片停机位置对风力机结构响应影响显著;部分偏航角下风力机叶片甚至出现气弹失稳现象;综合整个偏航范围来看,采用空转策略或者叶片方位角处于90°停机位置的停摆策略时,风力机结构各部分响应值相对较小,应对偏航失效最为有利。

考虑叶片停机位置大型风力机塔架风-沙致结构响应分析

强风停机状态下叶片位置会显著影响风力机塔架的绕流及稳定性能,尤其在沙尘暴极端天气条件下,沙粒的附着也会影响风的湍流特征并对塔架产生附加冲击力,现有工作均缺乏风-沙耦合作用对大型风力机体系气动性能及结构响应的探索。以南京航空航天大学自主研发的5 MW水平轴风力机体系为对象,以风-沙双向耦合算法为核心,基于CFD技术分别采用连续相和离散相模型进行典型风场和沙粒组合的同步迭代模拟。考虑叶片单个旋转周期内8个停机位置,对比分析了风力机塔架表面等效压力系数和气动载荷分布特性;结合有限元方法系统探讨了不同停机位置下风力机体系动力特性、风-沙致结构响应和屈曲稳定性能。研究表明:风-沙耦合环境下沙粒在风力机塔架迎风面底部产生的荷载效应最为显著,部分区域沙致压力系数可达0.55,沙粒冲击荷载与风荷载的比值最高可达23.7%;不同停机位下风荷载均对塔架结构响应起主导作用,但沙粒冲击作用在塔架底部的放大效应不可忽视。

基于概率统计的发动机停机位置影响因素试验研究

通过大量停机试验,研究不同影响因素下发动机停机时刻曲轴位置的分布规律,并对数据进行概率统计分析,研究停机过程节气门开度、发动机转速等参数对停机位置分布的影响。试验数据分析表明:停机过程中节气门开度对停机位置的分布具有显著影响,节气门开度从0开始逐渐增大,停机位置分布更加趋于集中在压缩冲程的中间区间即上止点前曲轴转角为60°~100°;当节气门开度达到或超过20%时,停机位置分布差异很小;停机前的怠速转速对停机位置分布影响不明显。

清华园隧道泥水盾构停机点位置选择及地层加固方案探讨

随着泥水盾构技术的广泛使用,保证泥水盾构换刀安全和地层稳定问题越来越突出,选择合适的换刀地点及地层加固方案显得越来越重要。文章基于新建京张铁路清华园隧道工程,对该工程盾构区间换刀位置选择及地层加固方案进行研究,重点介绍了盾构区间停机位置的选取原则并确定了本工程的合适换刀位置,在此基础上进行了换刀地点加固方法研究,介绍了二重管高压旋喷法在本工程中的应用情况,主要介绍了该方法的工艺原理、工艺流程及相关技术要点。本文相关结论可以对以后类似工程的隧道盾构区间施工问题提供参考。

功率分流混合动力系统发动机停机优化控制

针对功率分流混合动力系统,为减小e-CVT混合动力模式与纯电动模式切换过程中发动机起停引起的整车纵向冲击度,提出一种发动机停机优化控制策略。首先,基于Matlab/Simulink平台建立功率分流混合动力传动系模型,确定最有利于发动机再次起动的曲轴转角为其最优停机位置;其次,利用动态规划算法设计发动机停机过程最优拖转转速轨迹,并在发动机转速小于200 r/min时协调控制电机与制动器对曲轴转角进行实时动态调节,使得发动机停止在最优目标位置附近;最后,通过仿真和台架试验对所开发的发动机停机优化控制策略进行验证。结果表明,所提出的控制策略可使发动机停止在最优位置±6°范围内,保证了发动机起、停阶段的整车驾驶平顺性。

考虑中尺度台风效应的大型风力机体系气动性能分析

为系统研究台风作用下风力机体系的气动性能与风效应特性,引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式对台风"鹦鹉"进行高时空分辨率模拟.基于最小海平面气压追踪的台风中心路径与实测路径的对比结果,验证模拟的有效性.以中国东南沿海地区某风电厂5 MW水平轴风力机为对象,结合小尺度CFD大涡模拟技术对叶片单个旋转周期不同停机位置工况进行三维非定常数值模拟.结果表明,采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,拟合的台风剖面指数为0.076.台风下叶片和塔架的脉动和极值风压系数显著增大,最大增幅达29%.台风作用下叶片与塔架完全重合时为最不利情况,旋转至上叶片完全重合时安全余度最大.