质量阻尼比对圆柱体流致振动捕能效率的影响

针对水下流致振动式捕能装置最优捕能制造参数的设计,建立了水流-振子-载荷耦合运动模型,推导了尾流振子模型,计算不同质量比、阻尼比条件下圆柱振子在不同约化速度下的振动状况,进而模拟出不同工况下的捕能效率。依据模拟结果拟合分析,提出捕能效率最大时,阻尼比随质量比变化的拟合公式。研究结果表明:捕能效率与质量比成负相关,但在不同质量比条件下存在最佳阻尼比。振子在质量比为1.1,阻尼比为0.148时,取最大值14.50%。拟合公式能较好预测最优阻尼比,对模拟及实际工程的设计制造具有参考价值。

无叶片风力机捕能柱涡激摆动特性及捕能效率

针对无叶片风力机捕能柱的涡激摆动特性,构建捕能柱系统简化的质量-阻尼-弹簧振动模型,推导其固有频率与捕能效率的计算式,并结合k-ωSST湍流模型和动网格方法,建立捕能柱涡激摆动的仿真模型并进行验证,探究捕能柱质量比、系统阻尼比和固有频率对其涡激摆动特性与捕能效率的影响。结果表明:捕能柱涡激摆动最大摆幅与捕能效率均发生在频率比f*≈1即锁频之处;减小捕能柱质量比与系统阻尼比可增大无叶片风力机的捕能效率;当风速增大时可通过提高系统固有频率,以增大捕能柱的摆动幅度和捕能效率,且雷诺数越大则捕能柱的最大摆幅越大。

无叶片风力机变固有频率系统的涡激摆动特性及捕能效率

无叶片风力机是通过其捕能柱的涡激横向摆动来捕获风能。建立了捕能柱三维涡激摆动的简化模型,推导了捕能柱系统固有频率及其能量捕获效率的计算式,并基于非线性回复力矩关系,构建了捕能柱的变固有频率计算式;在对简化模型进行验证的基础上,采用计算流体动力学(CFD)/刚体动力学(RBD)耦合方法,研究了变固有频率系统对捕能柱涡激横向摆动特性及捕能效率的影响。结果表明,非线性回复力矩函数斜率控制着捕能系统的固有频率,且非线性化程度越大系统固有频率变化速率越快;捕能柱横向摆幅峰值和能量捕获效率随回复力矩非线性化程度的增大而减小,其对应的风速向前推移;选择适当的变固有频率系统可增大主频锁定区间和高摆幅区间;捕能柱在涡激摆动过程中随柱体高度产生不同程度的斜涡脱落,对涡激摆动的频率锁定具有一定影响。

基于平行式振荡翼系统参数耦合分析

采用ANSYS Fluent求解绕二维双振荡翼非定常、不可压缩Navier-Stokes方程,分析水平布置的双水翼捕能系统.为了提高系统的捕能效率及稳定性,通过建立双水翼振荡系统数值及网格模型,综合分析翼型、运动参数(升沉运动参数和俯仰运动参数)以及折算频率对水翼水动力特性及捕能性能的耦合影响,从水翼在运动过程中攻角的变化和漩涡结构方面分析影响系统水动力特性的机理.结果表明:翼型对水翼捕能特性的影响较小;在较小的折算频率下,升沉振幅是影响能量提取效率的主要因素;随着折算频率的增加,升沉振幅对能量提取效率的影响逐渐减弱;在较大的折算频率下,俯仰振幅对能量提取效率的影响更大.在给定的参数条件下,水翼的捕能效率可达43.18%.

配重对拓宽无叶片风力机捕能区间的影响研究

为提高无叶片风力机的捕能效率,基于调谐捕能柱固有频率原理,提出采用配重方式拓宽无叶片风力机捕能区间的方法,推导添加配重后捕能柱固有频率的计算式,建立捕能柱涡激振动分析的仿真模型并进行了验证,探讨配重质量占比、配重块移动距离对捕能柱风速锁定区间与捕能效率的影响。所得结果表明,施加配重块后理论计算固有频率接近且大于捕能柱获得最大摆幅所对应的频率;配重块移动与其固定不动相比,捕能柱的捕能功率和风速锁定区间可显著提高,风速锁定区间长度增大了16.3倍;随着配重质量占比值的增大,捕能柱获得最大摆幅的风速锁定区间也增大,且区间长度与配重质量占比之间满足二次函数关系。这意味着当来流风速发生变化时,可通过调整配重块的位置,实现风能捕获最大化。

两栖机器人海流发电涡轮结构优化设计

设计了一种新型海流发电涡轮结构,对其发电性能进行了分析研究。选取某经典系列翼型进行动力特性的分析,选择其中升阻比较高的翼型,通过Wilson优化设计理论生成叶片模型。通过对轮周截面形状的优化,有效降低了卡门涡街效应对整体涡轮结构的影响。仿真结果表明,该新型海流发电涡轮结构具有较高的捕能效率,为解决水陆两栖机器人的续航问题提供了新的可行性方案。

振荡翼改进运动模型的能量捕获性能分析

为了提高振荡水翼的水动力性能和能量捕获效率,基于传统简谐运动模型提出改进运动模型,通过引入俯仰运动系数k,推导改进后俯仰运动规律的一般形式,利用Fluent软件建立水翼的二维模型,综合分析半主动振荡模型下不同俯仰运动系数、折算频率和俯仰振幅等运动参数对水翼能量捕获性能的影响。结果表明:与传统简谐运动模型相比,改进运动模型能够使水翼升力系数在较长时间段内维持较大数值,提高水翼的升力系数和捕能效率;在相同的折算频率和俯仰振幅下,减小俯仰运动系数会增大俯仰角转动的角速度,进而增大俯仰运动所消耗的能量;不同俯仰振幅下对应不同的最优折算频率,折算频率越低水翼的捕能性能越不稳定,俯仰振幅越大,转动俯仰角所消耗的能量越多。在给定参数条件下,水翼的能量转化效率可超过40%。