Study on Pressure Coefficient Distribution of the Airship Zhiyuan-1

A wind tunnel tests with different configurations,pitch and yaw angles were performed to study the wind load characteristics of the rigid model of the airship Zhiyuan-1. The rigid model was aimed to simulate a technical demonstrating stratospheric airship named Zhiyuan-1 according to the similarity principle of geometric and Reynolds number. Based on the results of wind tunnel test,the features of pressure coefficient distributions on the surface of the airship were described. It was indicated that the fins and the gondola of airship hardly have the effect on the pressure distribution on the surface of airship,but have obviously effect on the local areas near the fins and the gondola.

临近空间火箭探空温度传感器设计与分析

太阳辐射误差是30~60 km高度的临近空间火箭探空仪观测误差的主要来源。为了降低太阳辐射误差,设计了一种圆环状的镀银铝板防辐射罩。首先,使用计算流体动力学(CFD)计算出无防辐射罩的探头和有防辐射罩的探头在不同的海拔高度、气流速度、太阳高度角下的太阳辐射误差,并且进行数据对比分析。之后,利用支持向量机(SVM)算法训练出仿真结果并且得到相应的预测模型,可以得出预测值与仿真值之间的均方根是0.036 K,预测值与仿真值之间差值的绝对值在0.08 K以内。最后,使用低气压风洞和太阳模拟器作为实验平台模拟出高空环境,将实验结果与算法预测结果进行对比。得出实验值与预测值平均测量误差为0.096 K,均方根误差为0.097 K。

TOPCon太阳电池单面沉积Poly-Si的工艺研究

目前隧穿氧化层钝化接触(TOPCon)电池制造技术越来越成熟,所耗成本不断降低。行业内普遍采用低压化学气相沉积(LPCVD)方式进行双面沉积或单面沉积。单面沉积存在Poly-Si绕镀问题,严重影响电池片转化效率和外观质量,同时正面绕镀层去除难度较大,在用碱溶液去除绕镀层的同时,存在绕镀层去除不彻底或者非绕镀区域P^(+)层被腐蚀的风险,导致P^(+)发射极受损,严重影响电池片外观质量与性能。双面沉积可避免上述问题,但产能减少一半,制造成本增加。本文对单面沉积Poly-Si工艺及绕镀层去除工艺进行研究,在TOPCon电池正面及背面制作了一层合适厚度的氧化层掩膜,搭配合适的清洗工艺、去绕镀清洗工艺,既可有效地去除P^(+)层绕镀的Poly-Si,也可很好地保护正面P^(+)层及背面掺杂Poly-Si层不受破坏,同时可大幅提升产能。

基于规范设计的单层钢结构房屋的风致可靠度

单层钢结构房屋是工业厂房的主要结构形式,其设计依据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》(GB51022-2015)进行,规范GB51022-2015的风荷载系数取值沿用美国ASCE7-2005规范值,与《建筑结构荷载规范》GB50009-2012具有明显区别。依据轻钢规范设计的单层钢结构房屋,在风荷载作用下否能达到我国规范的目标可靠度,迄今尚不明确。鉴于此,以依据轻钢规范GB51022-2015设计的单层钢结构房屋为研究对象,首先比较不同规范的风荷载计算方法和主刚架的规范风荷载计算结果,找出不同规范的差异,给出具体的等效风荷载系数取值;进而基于当前已有恒荷载和结构抗力统计参数,依据我国当前规范的风荷载计算方法,更新风荷载变量的概率统计模型,以此计算单层钢结构房屋的风致可靠度,为相关结构设计规范的修订提出建议。

兰新高铁大风区低风压正馈线受力特性

为抑制兰新高铁大风区正馈线舞动,保证列车安全运行,首先,设计新型低风压正馈线,仿真获取常规正馈线和低风压正馈线在不同风载荷下的气动力参数和舞动幅值,并进行对比分析;其次,对防舞效果较佳的3种低风压正馈线建立三维有限元模型,并施加拉伸载荷,模拟正馈线舞动时的受力情况;最后,分析低风压正馈线形变及应力变化.结果表明:低风压正馈线自由端形变量远大于固定端,铝股线形变量大于钢股线,且越往外层,股线形变量越大;在绞线制造时可以考虑将钢层和铝层交替绞合,以平衡绞线的导电性和刚性.在股线相互接触的位置出现了应力集中,应力集中位置与股线绞合方向相同;在绞线制造时,可以考虑在股线表面覆缓冲层,以减缓正馈线舞动时股线之间的振荡冲击,并延长正馈线的使用寿命;低风压正馈线模型的凹槽小圆弧半径与常规正馈线半径的比值越大,最外层铝股线的形变越大,正馈线舞动时越容易断股;在低风压正馈线选型时应该综合考虑,平衡防舞有效性与使用寿命.

配电变压器低压绕组导线换位处单股匝间短路特征分析

为保证电力变压器多股并绕线圈的导体长度一致、电流密度均衡,通常在其绕制过程中进行结构换位,实际运行表明导线换位处的绝缘容易损伤并导致匝间短路故障。针对实际试验中故障点难以设置、电气量无法直接检测等问题,利用“场-路”耦合原理,以型号为S13-M-200/10、低压绕组由两股扁铜线并绕、换位点在绕组中部的配电变压器为例,基于有限元仿真软件建立与实物结构尺寸相同的仿真分析模型,通过对比性能参数的实际试验值与仿真分析值,在验证模型正确性的基础上,研究电力变压器低压绕组在导线换位处发生单股匝间短路时的电气特征及电动力。研究表明,当变压器低压绕组发生单股匝间短路时,短路环内部流过数十倍额定电流的环路电流,故障相电流略有降低,有功损耗激增;导线换位引起线圈轴向力与辐向力分布不均,绕组容易失稳变形,需要对该导线换位处采取机械和绝缘加强措施。

基于CFD与BFGS的四加热湿度传感器设计

针对湿度传感器在高空气象探测时因表面覆盖水凝物引起沾湿误差的问题,提出了一种具有加热冷却功能的四加热湿度传感器。为实现对加热策略的优化设计,将传感器的工作周期分为4个阶段:加热阶段、稳定阶段、冷却阶段和测量阶段。首先,采用计算流体动力学(CFD)方法计算出4个阶段对应的时间;接着,利用拟牛顿法中使用较多的BFGS算法进行数据拟合,得到加热时间和冷却时间的修正公式;最后,以低气压风洞作为实验平台,开展外场喷雾实验进行对比验证。实验结果表明:四加热湿度传感器加热时间的修正值与实验值差值绝对值的平均值为0.112 s,均方根误差为0.133 s;冷却时间的修正值与实验值差值绝对值的平均值为0.801 s,均方根误差为0.959 s。开启加热时,传感器可以减小10%以上的测量误差,由此验证了该方法的可行性。

节能防腐型低风压导线在大风区输电线路的应用探讨

大风区输电线路常选用节能防腐型低风压导线,以确保输电线路安全稳定运行,降低输电线路电能损耗。以位于内蒙古大风区的满洲里至海北500 kV工程为例,针对导线的电气性能、机械性能、经济性等,对同规格钢芯铝绞线、节能防腐型低风压导线进行比较和分析。研究发现,节能防腐型低风压导线具有优异的输送能力和节能效果,在大风条件下,可有效降低线路风压、杆塔荷载,具有优异的耐腐蚀性能,经济效益较高。

新型低风压导线结构参数对风阻系数影响规律研究

有效降低架空导线的风阻系数是确保线路安全稳定运行以及应对极端自然条件的关键。为获得更低风阻系数的导线,基于表面形状设计原理,文中研究了具有不同表面结构的架空线,并利用风洞试验研究了架空线开口角、小圆弧曲率半径和凹槽深度等因素对导线风阻力系数的影响。获得了在不同风速范围内,随开口角和小圆弧曲率半径不同,导线风阻力系数的变化规律。实验结果表明,开口角为90°,曲率半径为3.5 mm的架空线,在35 m/s的风速时的风阻力系数最小,并且对其进行了多种力学性能测试,结果均符合标准要求。该结构显著降低了架空线的风压,对提升线路安全性具有重要意义。

低负压矿井自然风压变化规律研究

为揭示低负压矿井自然风压变化规律,基于宽沟煤矿现场实际,对矿井地表大气压、温度、湿度及通风系统自然风压进行了测算,并分析了矿井自然风压的变化规律以及自然风压对矿井通风系统、井下采空区密闭的影响规律。结果表明:矿井自然风压与温度变化趋势相反,空气湿度影响较小,井下密闭内外压差与自然风压变化趋势相反。

低风压绝缘导线配电线路应用研究

大风工况下,架空导线所受的风压约占整个线路所受风压的50%~70%。通过降低导线所受的风压能极大地提高线路抗风能力。该文通过分析介绍配电网架空线路大风情况下杆线所受风压情况,研究优化架空绝缘导线结构,得出体型系数(风阻系数)低且便于生产制造的低风压绝缘导线,提高配电网线路抗风压能力。

茫崖一次大风和沙尘暴天气过程分析

对2023年4月3—4日出现在茫崖的一次大风沙尘天气过程进行了分析。分析表明,此次过程大风、沙尘暴天气具有显著的日变化,上午发展,下午至傍晚最强,入夜减弱。茫崖市地处青海省西北边陲,柴达木盆地西缘,属于典型的高原大陆性气候,地势西北高东南低,这种特殊的地形受狭管效应影响,使地面风速加强。500 hPa茫崖受新疆低涡底部偏西气流的控制,高空有大的位势梯度及强的冷平流;层结不稳定导致高空动量下传,等温线密集,温度梯度大、风速强;地面冷锋、变压风加快了地面风速;在强风的动力条件下,加之本地及上游的良好的沙源条件,为沙尘暴发生提供了较好的条件。

基于有限元的低风压导线结构分析

为降低导线表面风压,近年来国内外学者提出了多种截面形状的低风压导线,验证了其工作机理。然而,鲜见涉及低风压导线结构稳定性、放线跳股问题的研究。为此,利用ANSYS软件对架空线路中常用的钢芯铝绞线和低风压导线建立有限元模型,并结合导线放线时发生跳股的判定依据,分析不同工况下,导线放线时的位移云图与结构稳定性,探讨最外层导线根数与导线结构稳定性的关系。结果表明,低风压导线最外圈导线根数越多,导线结构越稳定。

超高压输电线路风偏闪络及导线风荷载取值讨论

根据某超高压输电线路风偏闪络故障气象信息和线路结构参数可开展故障分析。当采用规范建议的单摆模型进行检验时,计算结果远小于发生闪络故障的风偏角阀值,据此可认为规范的导线风荷载参数取值以及刚性直棒法存在一定的不安全因素。因此,建立四跨绝缘子串–导线耦合体系有限元模型,采用时域法分析不同基本风速下绝缘子串的风偏角极值,对风偏角极值与基本风速关系式进行拟合以预估风偏闪络的临界风速,并讨论了风压不均匀系数α和风荷载调整系数βc的取值。结果表明:基于拟合公式得到的故障塔处发生风偏闪络的临界风速介于实测事故风速区间内,略小于设计基本风速;刚性直棒法没有考虑风速脉动的影响,且规范规定的风压不均匀系数α偏小,从而大幅低估了大风下导线风偏响应;当α取1.0,βc取1.2时,本线路基于刚性直棒法的计算结果接近有限元动态风偏计算结果,更符合实际情况。

低矮房屋屋面风压特性的实测研究

为准确研究低矮房屋的风载特性,建造了尺寸为6m×4m×4m(长×宽×高)的全尺寸实测房屋,在屋面上设置了46个测点观测在沿海风场下的屋面风压。通过对原型低矮房屋的现场实测,分析了坡度为2%的低矮房屋屋面平均、脉动及峰值风压系数的分布规律,并总结了在不同风场、不同时段屋面体型系数的变化规律。通过与尺寸比为1.5∶1∶1(长∶宽∶高)低矮房屋风洞试验数据对比研究,结果表明实测与风洞试验的平均风压系数及体型系数结果基本吻合,验证了风洞试验方法的有效性及可靠性,同时也讨论了两者的差异,得到一些有价值的结论,为今后改进低矮房屋的设计提供依据。

低层房屋屋面平均风压的风洞试验和数值模拟

对我国沿海地区常见低层双坡房屋模型进行风洞试验,获得屋面平均风压分布;同时对相同形状的实际建筑采用数值模拟方法计算了屋面的风压分布。结果表明数值模拟和风洞试验结果在整体趋势上吻合较好。这表明数值模拟方法可以和风洞试验相结合,为低层房屋的抗风设计提供参考依据。结果还表明,该类房屋的屋檐、屋脊和山墙顶边等房屋外表面拐角区域有高负压、高负压梯度出现,特别是迎风向挑檐部分的上下表面的净风压会较大,因此会对挑檐产生较大的升力,这在沿海多台风地区的低层房屋设计时应特别注意。

典型双坡屋面风压分布特性风洞试验研究

通过表面压力测量风洞试验对低矮建筑的4种典型双坡屋面上的风压分布规律进行了研究.讨论了屋面和挑檐部分的平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性,风场湍流强度对屋面脉动风压分布的影响,以及不同挑檐类型对双坡屋面风压空间分布的影响.试验结果表明:在屋脊及屋面边缘附近的平均风压系数绝对值要比屋面内部区域大;脉动风压系数随湍流度增大而增大,一般在迎风屋檐附近比较大;挑檐形式的改变仅对局部风压系数的影响较大,对整体风压系数的影响较小.这些结论为低矮建筑风荷载规范条文的修改提供了参考.

低矮房屋风荷载实测研究(Ⅱ)——双坡屋面风压特征分析

基于可移动的双坡屋面实验房获取的近地面台风风速和房屋表面风压同步实测数据,研究了台风作用下低矮房屋屋面风荷载。研究结果表明:在斜向风作用下,迎风屋面屋脊角部区域、屋面角部区域易形成较高的局部峰值负压并具有较大的脉动风压,风压系数概率分布为非高斯分布。在低频范围内,屋脊角部区域脉动风压预测谱与实测压力谱吻合相对较好;在高频范围内,脉动风压预测谱都低估实测谱。相对良态气候条件,在台风天气条件下,来流气流与建筑物相互作用产生的特征湍流对高频范围脉动风压功率谱影响显著,未考虑竖向风攻角和竖向脉动风速变化相对显著,在屋面角部区域现行规范计算方法相对低估其脉动风荷载。

非高斯风压的极值计算方法

以经典极值理论为基础,发展了一种基于单个标准样本的非高斯风压的极值计算方法.首先介绍了风洞试验及试验数据处理的基本概况;然后在阐述经典Gumbel极值理论的基础上,根据观察极值的相互独立性推导了短时距下极值分布参数和长时距下极值分布参数的关系式,给出了一种由短时距样本推算长时距下的极值估算方法;最后基于风洞试验数据,将常用极值估算方法(峰值因子法、改进峰值因子法和Sadek-Simiu法)和该方法的计算结果进行了比较.得到如下结论:将一个标准长度的非高斯风压时程数据划分成若干等长的子段,可以通过子段的极值分布规律准确地估算出母段的极值期望值,子段的最佳分段长度可以通过自相关分析给出;与常用的极值估算方法相比,该方法更能准确估计非高斯风压的极值.

某低矮模型房屋实测风场和风压的相关性研究

基于台风'菲特'影响下温州某低矮房屋的环境风场实测数据及该建筑物屋盖上的风压实测数据,对于风场特性和屋盖风压特性参数进行了计算分析.分析结果表明:随着平均时距的减小,平均风速最大值增大;湍流度随着平均风速的增大呈逐渐减小的趋势;建筑物屋面及屋面屋脊边缘处的平均风压均为较大的负压且脉动较大;根据风速和风压的变化趋势可以看出,风场风速与建筑物屋盖上风压呈现明显的相关性,进而在不同的时距条件下对风场风速与屋盖风压的相关性进行了分析,发现取5min为基本时距时风速与风压的相关性系数值较高,说明在确定结构的风荷载时取基本时距为5min更为合理.