风力机后掠式叶片的弯扭耦合特性分析

针对积叠线后掠的风力机叶片弯扭耦合特性进行研究。以5 MW NREL叶片为原型,根据玻璃钢复合材料叶片的结构特性,应用ANSYS有限元分析软件中的APDL参数化语言建立复合材料直叶片和不同后掠量叶片的3维壳单元模型。首先研究后掠叶片的动力特性,分别对直叶片和2种后掠叶片进行数值模态分析,对比考察了直叶片与后掠式叶片弯扭各阶振型的变化规律;利用由节点位移法推导出的弯扭耦合系数来描述叶片的弯扭耦合特性,通过在叶尖处施加一个挥舞方向的集中力,数值计算出各分析截面节点的位移,利用最小二乘原理,计算出各截面的弯扭耦合系数,定量研究后掠叶片的弯扭耦合特性以及后掠量的影响。

后掠式叶片气动外形优化设计

后掠式叶片具有载荷自适应性,提出了一种以自然样条曲线为后掠曲线,以扭角为优化参数的后掠式叶片优化设计方法。以直叶片模型为设计起点,通过Profili软件获得叶片的截面数据并计算叶片翼型在不同攻角下的升力系数与阻力系数,以叶片功率系数最大以及叶片根部载荷最小为优化目标,采用遗传算法对叶片进行优化设计。根据优化结果获得的参数,建立后掠式叶片三维模型,在ANSYS Workbench中建立流场模型进行仿真分析得到叶片模型的压力分布情况。结果表明,通过对扭角、后掠值进行优化,后掠叶片模型对比直叶片模型其受到的载荷有所减小,优化设计方法可以用于指导后掠叶片的设计。

后掠式水平轴潮流能水轮机的载荷与获能特性研究

针对双向潮流能有效利用问题,设计一种基于对称翼型的新型后掠式水平轴潮流能水轮机,并研究其水动力性能。根据对称翼型升阻力特性与叶片展向攻角变化,采用变截面设计优化后掠式对称翼型叶片,并基于Buhl修正模型分析不同后掠偏移叶片所受推力与获能特性。通过3D建模与水槽实验,研究不同后掠偏移叶片的载荷与获能情况。模型实验研究表明,同一尖速比下,后掠偏移量为10%和15%的水轮机相对于偏移量为5%的水轮机所受推力最大分别降低4%和13.3%,获能效率最多分别减小3.8%和11.1%,其中推力比获能效率减幅更大。实验结果与理论分析变化趋势吻合,但减幅比理论值偏高。此外,该水轮机3种后掠偏移量下对应获能效率随桨距角的增大分别降低18%、14%和6%,获能效率下降显著,与300 kW样机实海况运行情况变化趋势相同。

后掠式双叶片污水泵优化设计与试验

为了解决污水处理用排污泵叶轮易堵塞和磨损问题,该文设计了一种新型后掠式双叶片污水泵叶轮结构。采用正交试验的方法,按照L9(34)正交表,选取了叶片出口安放角β2、叶轮进口直径Dj、叶片出口宽度b2以及叶轮出口直径D2等因素,设计出了9组方案,通过正交试验分析了4个几何参数对泵性能的影响,得出叶轮出口直径D2是影响效率和扬程的最主要因素,并提出了优化设计方案。基于k-ε湍流模型及离散相零方程模型,对污水泵进行了固液两相流数值模拟,并将数值模拟结果与样机试验结果进行了分析对比。结果表明,双叶片、大包角、叶片前缘后掠的设计方法,可使颗粒杂质向外输送至叶片外周边,保证了固体颗粒或纤维的顺利通过,大幅降低了叶片的磨损,从而提高了泵的使用寿命,同时还具有较高的效率。通过样机试验得到优化设计方案在额定流量点的效率为80%,扬程为11 m,效率高于国家标准2.5%,该水力设计方法对污水泵水力设计具有一定的参考价值。

后掠式双叶片污水泵固液两相流动规律的数值模拟

基于Particle模型,采用SIMPLEC算法、多重参考坐标系法对后掠式双叶片污水泵固液两相流场进行数值模拟.液相采用标准k-ε双方程湍流模型,固体颗粒采用离散相零方程模型,分析了固相颗粒体积浓度分别为5%,10%,15%,20%,颗粒粒径分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mm时,固相颗粒在泵内的分布情况及其滑移速度的大小,从而进一步研究泵内过流部件的磨损情况,并探讨了颗粒浓度及大小对泵水力性能的影响规律.结果表明,颗粒直径一定时,随固相体积浓度的增大,颗粒运动轨迹偏向叶片吸力面;叶片压力面及吸力面尾部的后盖板处固体颗粒滑移速度增加明显,该处壁面产生磨损,因此设计时后盖板处应加厚;固体颗粒的粒径及固相体积浓度对泵水力外特性有着不同程度的影响,粒径增加,泵扬程、效率均下降;固相体积浓度增加,泵扬程增加、效率下降.样机试验表明:额定工况下效率为80%,扬程为11 m,设计合理,达到国内污水泵设计的领先水平.

后掠式轴流泵内部流场的二维PIV试验研究

以一后掠角为60°的后掠式轴流泵为研究对象,采用PIV技术对其内部流场进行测量,得到了0.8Qopt,1.0Qopt,1.2Qopt3个工况下叶轮在一个流道周期的12个拍摄截面上的速度场。发现在0.8Qopt工况下,经过后掠叶片的流体具有明显的径向流动趋势,流量越小径向流动趋势越明显。叶轮内流体在后掠叶片进口边和转轮端壁区容易出现低速区域,并且流量越小低速区域越大;在靠近轮缘附近,叶片进口边压力面上的流体会向吸力面流动,流量越小该现象越明显。研究结果对掌握不同型式叶片的轴流泵内部流动特性具有重要的理论指导作用。

后掠式双叶片污水泵优化设计与试验研究

无论是城市的快速发展,还是生态环境的保护方面,都将污水的排放问题放在高度重视的位置,随着时代的发展,以及科学技术的更新,对于污水泵的应用而言,相关技术人员也在不断地改造和完善。为了污水泵能够更好地解决污水处理问题,对于后掠式双叶片污水泵优化设计等问题十分值得思考和探究。因此,该文在阐释污水泵的含义和污水泵常见的问题以及解决窍门等相关内容的基础上,讲解了后掠式双叶片污水泵的优化设计,并进行了后掠式双叶片污水泵的数值模拟试验研究。

大型后掠自适应风力机叶片的气动扭角设计优化

针对大型后掠式自适应叶片(STB)中显著的气动/结构耦合现象,利用优化方法探讨了直叶片转化为后掠式自适应叶片后的气动扭角补偿优化,STB叶片没有不改变原直叶片的输出功率和结构强度。优化算法采用遗传算法,以功率为约束条件,扭角分布为优化变量,优化目标为叶片根部应力最小。建立了叶片的气动模型和六自由度铁摩辛科悬臂梁结构模型,叶片的气动特性分析采用了基于动量叶素理论的数值算法,结构特性分析采用有限元法,优化算法采用遗传算法。最后在额定风速条件下,完成了2.0MW叶片的气动扭角的补偿设计优化。分析结果表明,STB叶片通过扭角补偿后,可满足功率输出的要求,并大幅降低叶片的轴向推力。