B-Spline曲线聚风装置直线翼垂直轴风力机启动性能数值模拟

为了提升直线翼垂直轴风力机的启动性能,基于B-Spline曲线生成方法,提出一种具有流线型轮廓的聚风装置,将其分别安装在风轮顶端和底端,用以提升风轮附近的来流风速,使风轮汲取更多风能,达到更易启动的特点.选取聚风装置的5个结构参数进行设计:聚风装置与风轮间隙距离ΔL、底圆半径R_(1)、顶圆半径R_(2)、入口角度α_(1)和出口角度α_(2).设计方法采用二次旋转正交组合筛选最优模型,通过三维数值模拟研究聚风装置参数对直线翼垂直轴风力机启动性能的影响,获得了最佳外形参数组合.此外,对有无加装聚风装置的直线翼垂直轴风力机进行了静态三维数值模拟.结果表明,通过添加具有外凸流线型轮廓的聚风装置,直线翼垂直轴风力机的启动性能有显著提升.在风速较低的情况下,性能改善更加明显.聚风装置可使直线翼垂直轴风力机的平均启动力矩系数最大增加38.8%,峰值平均启动力矩系数最大可增加31.2%.

端板对Savonius风力机启动性能的影响

为探究端板对Savonius风力机启动性能的影响,利用数值模拟和风洞试验相结合的方法对比研究了端板对两叶片、三叶片Savonius风力机在不同风速下的静态启动性能,并对流场进行了分析.结果表明:对于两叶片Savonius风力机,有端板风力机较无端板风力机平均启动力矩提升了85.4%(u=8 m/s),且反向启动力矩小,但无端板风力机启动力矩波动范围较有端板风力机小;对于三叶片Savonius风力机,有端板风力机较无端板风力机平均启动力矩提升了17.9%(u=8 m/s),但有端板风力机存在反向力矩,无端板风力机较有端板风力机整体力矩波动范围小且无反向启动力矩;端板的存在改变了叶片端部的流动情况和压力分布,叶片个数不同影响规律也不同.研究结果可以为Savonius风力机的结构设计提供参考.

重叠比对三叶片Savonius风力机启动性能影响研究

为获得相对平稳且非负的启动力矩,针对三叶片Savonius风力机开展研究。首先对比研究两叶片和三叶片Savonius风力机的启动性能和输出功率特性。在此基础上,针对其主要的结构参数重叠比开展研究。针对三叶片的结构特点,提出重叠比和净重叠比的定义方式,设置9组不同净重叠比,范围在0~0.36(重叠比范围0.14~0.50)之间。利用数值模拟和风洞试验相结合的方法,研究在不同风速下重叠比对Savonius风力机启动力矩以及输出功率性能的影响。结果表明:净重叠比可消除反向启动力矩,并提升三叶片Savonius风力机的启动性能,平均启动力矩系数最高提升147.06%。净重叠比在0.06~0.11范围内时,对风力机的输出功率有提高作用。

不同加热温度下泡沫金属芯钠热管启动性能试验研究

泡沫金属是一种具有良好传热性能的多孔材料,将泡沫金属作为吸液芯应用于热管中有望提高热管的工作性能。研制了泡沫金属芯钠热管,并实验研究和对比分析了泡沫金属芯钠热管与无芯钠热管在不同加热温度下的启动性能和均温性能。结果表明,泡沫金属芯钠热管完全启动时所需的加热温度低于无芯钠热管,且在相同加热温度下泡沫金属芯的启动时间较短;随着加热温度的增加,钠热管的启动时间缩短,轴向温度分布均匀性越好;泡沫金属芯钠热管的启动性能和均温性能均优于无芯钠热管。实验研究初步证明了采用泡沫金属作为高温热管吸液芯的优越性。

凸粗糙元对H型垂直轴风力机启动性能影响的试验研究

为了改善H型垂直轴风力机的启动性能,本文提出了一种表面装有半球形凸粗糙元叶片的H型垂直轴风力机,并对单面装有凸粗糙元叶片的H型风力机进行风洞试验,分别测试了H型风力机在多个风速下的静扭矩特性以及动态启动特性,得出了凸粗糙元对H型风力机启动性能的影响规律。试验结果表明:采用凸粗糙元外置叶片的H型风力机静扭矩增大,启动时间减小,最大稳定转速增大。

开启式高超声速进气道启动性能试验

设计了具有入口开启功能的高超声速进气道,并在Ma=6连续式自由射流风洞中进行了启动性能的试验研究.通过对进气道壁面静压变化和捕获流量的测量,验证了此种具有开启功能的变几何方案的可行性.试验结果表明,开启机构能够有效地提高进气道的启动性能.分析认为,进气道入口的逐渐打开过程辅助进气道建立起超声速流场.同时,开启机构避免了进气道自启动的迟滞效应,使进气道实现启动.

闭式脉动热管启动性能的实验研究

实验研究了以乙醇为工质的闭式脉动热管在不同工况下的启动性能,分析了充液率、倾斜角、热负荷对脉动热管启动性能的影响。研究发现脉动热管具有两类启动方式:温度飞升式启动和温度渐进式启动。脉动热管启动性能最优的最佳充液率范围在41%～52%之间。相同热负荷下,随着倾斜角在0°～90°范围内逐渐增大,热管启动性能将得到改善。随着热负荷的增大,启动时间缩短但最高启动温度随之升高。

太阳能接收器中高温热管启动性能

针对高温太阳能热管接收器中高温热管的启动特性进行理论分析,计算其过渡状态和连续流动状态下的转变温度分别为273和419℃,并对V形沟槽与金属纤维毡复合吸液芯钠热管在不同加热方式、不同输入功率和不同倾角下的启动性能进行试验研究.试验结果表明,半周受热高温热管启动过程与全周受热的启动过程相似,均符合前端启动模型,不同加热方式下转变温度相同且绝热段转变温度与理论计算值吻合,半周受热高温热管启动时间稍短于全周受热启动时间.随输入功率增加,高温热管启动时间缩短,倾斜角度变化对启动性能无明显影响.

沸石滤料曝气生物滤池启动性能研究

沸石滤料曝气生物滤池 (ZBAF)对氨氮的去除包括生物硝化和离子交换两种作用。中试装置启动试验表明 ,初期对氨氮的去除以离子交换作用为主 ,末期以硝化作用为主 ,不能以氨氮总去除率达到稳定作为启动过程结束的标志 ,而应以氨氮硝化去除率达到稳定作为标志。沿程试验表明 ,硝化细菌对沸石的“生物再生功能” ,实质是已被沸石交换的氨氮被水中浓度较大的其他阳离子交换下来后 ,被硝化菌所利用的现象 ;沸石表面有生物膜时 。

等截面引射器启动性能数值研究

采用雷诺平均方程和SST k-ω湍流模型,空间离散采用二阶精度的Roe FDS方法,限制器采用Min-Mod方法,时间迭代采用隐式方法,研究了等截面引射器长度、引射器与喷管的间隙对其启动性能的影响。结果表明:等截面引射器存在启动、临界、不启动三种状态;在引射器长度一定的情况下,引射器与喷管之间的间隙越小,引射器的启动压比越小;在引射器与喷管之间间隙一定的情况下,对于本文所计算的工况,当引射器长度小于3m时,引射器所需的启动压比会很大,当引射器长度小于2m,则引射器很难启动;当引射器长度超过7m时,会对引射器的加工、安装、冷却带来诸多不利影响。

尖前缘一体化高温热管启动性能计算分析

针对尖前缘高温热管工程设计与启动性能评估需求,基于描述碱金属高温热管启动过程的"温度锋面"模型,建立了一种用于分析不规则外形且承受非均匀瞬态气动加热的一体化尖前缘高温热管启动性能工程计算方法。该方法结合尖前缘气动加热环境分布特点进行计算节点划分,采用热管基本理论和局部能量守恒原理计算热管温度分布及"温度锋面"位置,实现尖前缘热管启动过程的理论预测。同时,采用均匀受热圆柱热管和尖前缘一体化热管启动试验结果对计算方法进行了验证。最后针对某尖前缘一体化高温热管结构在气动加热环境下的启动性能进行计算分析,提出了减小尖前缘高温热管启动时间的可能方法和措施:尖前缘高温热管启动后等温性良好,通过控制热管总长、壳体厚度、工质充装量等设计参数或调整热管初始温度可进一步缩短热管启动时间。

三角沟槽高温钠热管的启动性能

实验研究在不同倾角、不同加热功率条件下,三角沟槽高温热管的启动性能。结果表明:三角沟槽高温热管在水平放置时,由于冷凝液体回流不充分,蒸气量变少,导致热管绝热段出现温升"滞后"的现象。当三角沟槽高温热管在大输入功率下启动,会出现绝热段温度低于冷凝段的现象,但随着热管整体温差缩小,这种现象将随之消失。当热管倾斜放置时,重力作用促进了金属钠液回流,保证了蒸气量充足,缩短了启动时间,其启动性能要优于水平放置时的启动性能。

纳米流体重力热管启动性能的试验研究

对去离子水、不同浓度和不同充液率的TiO2/H2 O纳米流体重力热管进行了测试，给出了这些热管启动过程的温度分布图。结果表明：在恒温水浴加热的试验条件下，与去离子水热管相比，纳米流体热管蒸发段启动温度低并且启动时间短，其蒸发段和冷凝段的最大温差与去离子水热管相比较低；在50％～70％充液率范围内热管蒸发段的启动时间随着充液率的增大而增加；热管启动时间随着加热温度的升高而缩短；热管倾斜角度较小的情况下将使其启动性能变差。

电动汽车热泵空调制热模式启动性能的试验研究

利用电动汽车热泵空调试验系统,测试了热泵空调系统制热模式从启动至稳定过程中,不同环境温度及压缩机转速下系统高压侧压力、低压侧压力、压缩机出口温度、车外换热器进口温度、车室内温度随时间变化的关系,并分析了环境温度及压缩机转速对电动汽车热泵空调制热模式启动性能的影响。试验表明,环境温度越低,电动汽车热泵空调系统未启动时平衡压力越低,启动后达到稳定状态的时间越长,热泵空调系统制热量越低;压缩机转速越高,系统达到稳定状态的时间越短,热泵空调系统制热量越高。

H型垂直轴风力机启动性能分析

以H型垂直轴风力机为研究对象,从最基本的启动特性入手,采用三维CFD技术,结合剪切应力输运SSTκ-ω湍流模型,模拟分析了全尺寸垂直轴风力机的安装半径、叶片弦长、安装角度和叶片数目四个参数对其自启动性能的影响。结果表明,上游叶片和塔筒的尾流对下游叶片气动特性具有影响,当叶片处于上游尾流区内时,牵引力急剧减小,当气流从两叶片之间穿过时,风力机启动力矩可达到最大值;风轮的静态启动力矩随叶片安装半径的增加而增加,即叶片安装半径越大,自启动性能越好;当叶片弦长从0.1m增至0.4m时,启动力矩增长较快,当叶片弦长大于0.4m时,力矩随叶片弦长增加的幅度明显减小;不同的叶片安装角度对垂直轴风力机启动性能的影响较小,当安装角从1°增至8°时启动力矩也随之缓慢增加,当安装角达到9°时启动力矩迅速减小;叶片数目越多,风轮的最大启动力矩越大,自启动性能越好。

环路热管启动性能实验与分析

通过一系列环路热管的启动地面实验测试,发现了环路热管蒸汽槽道和液体干道中不同气液分布情况下的启动现象,揭示了环路热管的启动过程,研究了蒸发器内气液分布、储液器和蒸发器的相对位置以及不同的启动功率对环路热管启动特性的影响。为环路热管在空间应用提供了重要依据。

1N ADN基推力器瞬态启动性能试验研究

为研究1N ADN基推力器的瞬态启动性能,给推力器在轨使用提供参考,通过设计推力器高空模拟热试车系列工况,研究了催化床不同预热温度、喷注压力、不同寿命阶段推力器的瞬态启动性能,获得不同条件下推力器开机加速性t_(90)指标.结果表明1N ADN基推力器t_(90)随预热温度的上升呈现先减小后增大的趋势;推力器喷注压力降低,t_(90)变大;同时,研究了ADN基推进剂地面存储时长对推力器的瞬态启动性能的影响,实验结果显示在存贮时间内,推力器t_(90)指标保持稳定.

第二喉道超声速引射器启动性能理论研究

为了给带第二喉道的超声速引射器的工程设计提供设计依据,提出了一套快速分析其启动性能的方法.该方法采用特征线方法分析一次流喷嘴出口流场,结合Korst再压缩判据确定引射器盲腔压力,采用一维控制体方法计算第二喉道引射器的下游流场.采用该方法可以较好地估计第二喉道极限面积比、最小启动压比以及对应的盲腔压力.研究了一次流物性参数比热比和3个几何参数对引射器启动性能的影响.结果表明:该启动性能分析方法具有较好的一致性;较低的盲腔压力对应较高的最小启动压比.

三叶片垂直轴水轮机自启动性能数值计算

为寻求固定偏角垂直轴水轮机的启动性能规律,应用CFX流体-刚体耦合运动求解方法实现了垂直轴潮流能水轮机自启动过程的瞬态数值模拟,结合静态启动力矩系数的计算结果,分析在不同初始方位角下水轮机的启动时间以及角速度的稳定情况.研究结果表明：对于三叶片固定偏角垂直轴水轮机而言,方位角在60°～130°范围内启动性能较好,但在90°位置静态力矩会出现突降,不利于自启动;方位角在140°～170°范围内启动性能较差,但系统阻尼为0时,在所有位置均能够实现自启动,且启动过程稳定后水轮机转速均达到飞逸转速.

采用动网格与滑移网格技术的垂直轴风力机启动性能计算

针对垂直轴风力机的启动问题,采用动网格和滑移网格技术进行数值模拟和比较分析,并与公开发表文献的风洞实验数据进行了对比验证。文章通过对风力机启动的非定常过程进行研究,获得了风力机启动性能,并分析了计算所得的速度场。通过分析和综合对比显示,被动型动网格更适于风力机的启动性能模拟,得到的速度场与文献研究结果更接近。该模拟方法更符合流场的实际状态,为垂直轴风力机启动性能数值模拟提供了新思路。