鸟撞损伤风扇气动特性仿真

为了对鸟撞损伤后风扇叶片的复杂几何形状进行快速建模,以分析损伤叶片几何形态对风扇特性的影响,发展了一种鸟撞损伤叶片参数化建模及鸟撞损伤风扇气动特性评估方法,评估了鸟撞损伤区的径向位置、周向分布以及数量对风扇特性的影响规律。结果表明:风扇特性对鸟撞损伤的敏感区位于叶尖,在相同损伤程度下,叶尖鸟撞比叶中和叶根鸟撞对风扇特性的影响更大,尖部发生鸟撞使风扇流量、压比和效率的降低程度比根部发生鸟撞时分别高0.64%、0.79%和1.72%;对于损伤区的周向分布形式,在周向损伤区数量一定而周向分布越集中时,工作点性能略有降低,但风扇的裕度越呈现降低趋势,而当损伤区增多导致周向分布更为集中时,工作点的流量、压比、效率和裕度均会明显降低;当损伤区数量线性增长时,风扇特性呈现出非线性降低。发展的鸟撞损伤风扇气动特性评估方法为抗鸟撞损伤风扇设计提供了技术支撑,提升了发动机正向设计能力。

基于叶片撞击模型的鱼友好型轴流泵优化设计

为降低鱼类通过大中型泵站后的死亡率,维持生态系统的稳定,研究了一种应用在轴流泵中的叶片撞击数学模型,对某一轴流泵的鱼类通过性能进行了预测,包括叶片撞击概率、撞击死亡率和鱼类死亡率,分析得到设计工况点的鱼类死亡率理论上高达68%。以降低鱼类死亡率为主要目标,兼顾水力性能,通过考虑鱼损伤的关键因素,优化设计了3种方案的鱼友好型轴流泵,对比分析了3个方案的鱼类通过性能和水力性能。研究结果表明,方案1和方案2平均降低鱼类死亡率49%,方案3平均降低鱼类死亡率52%;3个方案在设计点扬程均可满足原型泵使用要求,其中修正叶片进口安放角的方案2效率最高,设计点效率低于原型泵约3%,方案3鱼类通过性能最佳,设计点效率低于原型泵约5%。

混流式转轮叶片数对鱼类撞击死亡率的影响

鱼类在通过水轮机流道时会受到其内部高速旋转的转轮叶片撞击而出现伤亡。为了优化某电站混流式转轮的鱼类通过生存率,综合计算流体动力学分析方法与鱼类-叶片撞击的数学模型,研究了不同优化转轮方案下的鱼类撞击死亡率及机组能量性能,获得了混流式水轮机过流量及转轮叶片数对鱼类死亡率的影响规律。研究结果表明,在额定水头下,鱼类通过转轮的撞击死亡率与转轮的流量以及叶片数呈正相关关系;对于原始转轮,当流量增加到额定流量时,鱼类通过转轮的撞击死亡率达到了16.85%;而叶片数为13和11的两个优化转轮则使额定流量下的鱼类撞击死亡率比原始转轮分别降低了2.93和5.3个百分点。最后,通过分析两个优化转轮的鱼类生态性能与能量性能,选择采用13叶片的优化转轮作为最终方案。

泵站用轴流泵鱼友好型设计及鱼类存活率预测

传统泵站使用中存在大量鱼类死亡现象.为了提高鱼类流经泵站流道后的存活率,采用与试验值吻合度较高的叶片撞击模型,预测了原型泵不同工况下的鱼类死亡率:理论上设计流量点鱼类死亡率高达68%.基于叶片撞击数学模型,提出了提高鱼类存活率的鱼友好型设计方法,分析了各鱼友好型设计对提高鱼类存活率的效果,其中叶片数和转速是影响撞击概率的主要因素,而叶片数是导致扬程变化灵敏度较低的因素;前缘弯掠大幅降低了垂直前缘的撞击速度分量,是影响撞击死亡率的主要因素,加厚型线头部是影响撞击死亡率的次要因素,但两者会加剧径向流动,降低叶片效率及汽蚀性能.经鱼友好型设计后,鱼类死亡率整体控制在30%以下,设计工况点下的鱼类死亡率由68%降低至13%,效果显著.该研究可为鱼友好型泵及泵站的开发应用提供参考.

基于雷电物理的风机叶片动态击距与电气几何模型

风机叶片遭受雷击现已成为风电场亟需解决的问题之一。该文将电气几何方法与雷电先导发展的物理过程相结合,提出了针对风机叶片的电气几何分析模型。通过引入风机叶片动态击距的概念及分析方法,模拟了雷电先导的发展过程,使得击距的物理意义更加清晰,并进一步推导了叶片防雷系统效率的计算方法,最后基于风机叶片长间隙下击穿实验验证了该模型的有效性。利用提出的风机叶片电气几何模型,分析了叶片角度、雷电流幅值和接闪器布置对防雷系统效率的影响,分析发现叶片越接近水平、雷电流幅值越小叶片防雷系统效率越低,增设叶片侧接闪器能够有效提高防雷系统效率。该文提出的方法拟为风机叶片的防雷设计与评估提供理论依据。

风机叶片雷击损伤及防护研究进展综述

风机叶片的雷击损伤与防护是风电场运行中迫切需要解决的问题。该文对国内外在风机叶片雷电防护领域开展的研究工作进行了系统梳理,从风机叶片的雷击观测、雷击模拟实验、雷击接闪仿真建模和防雷接闪系统优化4个方面对现有研究成果进行了总结归纳。针对现有研究存在的不足,提出未来需要从以下5个方面开展深入研究:研究建立风机叶片雷击过程的多物理量综合观测系统,针对平原、丘陵和海域不同地理、气候环境的风电场持续开展观测;提升模拟放电实验中电场时空分布的等效性,以研究叶片上行先导发展过程;在现有先导发展模型中进一步计及空间电荷场的影响,并建立可适用于模拟叶片上行雷击过程的先导发展计算模型;将叶片接闪系统优化设计与叶片雷击损伤机理研究深度结合,并考虑接闪系统优化后对叶片力学性能的影响;尽快开展针对碳纤维复合材料叶片雷击防护的系统研究。

航空发动机宽弦风扇叶片鸟撞损伤模型标定

为建立航空发动机风扇叶片抗鸟撞载荷能力的量化预测方法,针对特定的航空发动机宽弦风扇叶片设计,依据发动机在典型工作状态下的吸鸟速度、角度等撞击参数开展叶片鸟撞试验,采用显式动力学数值仿真方法,建立叶片鸟撞试验仿真分析模型,并通过对模型中叶片材料参数、鸟体本构模型参数、鸟与叶片耦合接触参数进行敏感度分析,对模型进行标定.结果表明,标定后的鸟撞分析模型所预测的叶片损伤模式与试验结果一致,预测的损伤位置与试验测量结果误差小于10%.