面向“花瓣型”配电网的旋转潮流控制器两阶段转速功率控制策略

随着有源配电网建设的迅猛发展,“花瓣型”配电网已成为主流供电结构,为保障配电系统的安全供电,应当进一步研究适用于有源配电网的功率控制方法。电磁式旋转潮流控制器(RPFC)是有源配电网功率控制的一种可行方案。该文首先构建了基于瞬时无功理论的RPFC稳态功率解耦控制模型,然而由于旋转移相变压器转子位置角的协调控制难点,难以实现功率稳定控制;然后,通过伺服电动机两阶段转速控制和转速协调方案实现两转子角的稳定、无差控制,满足高精度、高可靠性和快速响应的功率调节需求;最后,研制了380 V/40 kV·A的RPFC样机及实验平台,并进行了功率调控和功率均衡实验。结果表明,所提控制方案能够在s级实现调控,且控制精度保持在4%以内,具有良好的动、静态性能,能够满足未来“花瓣型”配电网的柔性合环运行。

单侧渐扩消力池体型优化与水力特性分析

东涌水库溢洪道采用泄槽台阶消能+下游消力池底流消能的工程方案,但受限于地形地质条件,消力池宽度较窄,与河道呈145°夹角,且下游现状交通桥阻碍行洪,不利因素较多。原方案泄流进入消力池后,池内水面波动大,出池水流大幅加速,河道内主流集中,交通桥上游左侧形成大范围回流区。通过水工模型试验,对消力池布置方案进行优化。结果表明:通过加深消力池、池内前段设T型墩、左偏消力池左侧边墙、降低尾坎起反坡至河道等措施,水流流态明显改善。泄流入池后水面波动幅度减小,出池水流不再加速,河道内水流分散、流速减缓。研究成果可为类似工程提供借鉴。

采用T型喷口的喷水推进船模阻力数值模拟

T型喷口是一种附加在喷水推进装置后方,改变水流纵向喷射方向为横向的模型试验装置。该装置只在船体内部流道上产生力的作用,既可反映常规喷口推进船模自航状态下,推进装置的抽吸作用对船尾边界层的影响,又对船身浮态影响很小,仅通过船模阻力试验和获流区PIV测试试验,结合动量通量法换算,可将常规推进船模自航试验中,推进系统对船体阻力的影响分离出来。通过CFD手段,采用流量边界条件法,对某带有T型喷口推进装置的船模阻力性能进行数值模拟,并与模型试验结果进行比较分析。最后,对T型喷口装置的工作原理进行说明。

侧式进/出水口各孔道流量分配差异及影响因素

对于抽水蓄能电站侧式进/出水口各孔道流量分配,现有设计规范规定进/出水口相邻中边孔道的流量不均匀程度不宜超过10%,但实际工程设计难以达到此要求.本文以某抽水蓄能电站侧式进/出水口为例,通过优化进/出水口各体型参数,利用数值模拟方法研究各孔道流量等水力参数,重点分析分流墩布置对各孔道流量分配的影响及其规律,试图使进流工况和出流工况相邻中边孔道的流量不均匀程度均最小.研究表明,改变扩散段分流墩布置能有效改善流量不均匀程度.对于3墩4孔侧式进/出水口,相邻中边孔道的流量不均匀程度在出流工况下随中边孔宽度比增大而增大,在进流工况下随中边孔宽度比增大而减小;当中边孔宽度比增大且中墩后移距离减小时,出流工况和进流工况下的流量不均匀程度均减小.对于2墩3孔侧式进/出水口,相邻中边孔道的流量不均匀程度不论在出流工况下还是在进流工况下,均随中边孔宽度比增大呈先减小后增大的规律.优化后的3墩4孔侧式进/出水口的中边孔宽度比取0.228∶0.272,中墩后移距离取0.36D(D为隧洞直径),其相邻中边孔道的流量不均匀程度均较优,在出流工况下为18.47%~19.43%,在进流工况下为19.82%~19.83%;优化后的2墩3孔侧式进/出水口的中边孔宽度比取0.310∶0.345,其相邻中边孔道的流量不均匀程度均较优,在出流工况下为19.47%~19.63%,在进流工况下为18.66%~18.67%.相邻中边孔道的流量不均匀程度较难满足不宜超过10%的设计规范要求.研究成果将有助于《抽水蓄能电站设计规范》中关于进/出水口水力指标要求的完善.

体型参数对梯形旋流排沙渠道水力特性的影响

为明确起旋室和排沙洞体型参数对梯形旋流排沙渠道水力特性的影响,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,研究了各参数下旋流排沙渠道的分流比、空腔形态、压强、流速,对比分析了不同断面型式的水力特性。结果表明,增大起旋室进口宽度,或减小起旋室出口宽度、起旋室高度、排沙洞直径,均能减小梯形旋流排沙渠道的分流比;起旋室出口宽度是影响分流比的主要因素,排沙洞直径偏小会限制排沙洞内空腔的发展;增加渠道水面与排沙洞出口间的落差后可在排沙洞内形成更有利于泥沙运动的旋转水流;梯形旋流排沙渠道的水资源利用效率更高,当渠道来流量为89.6 m^(3)/h时,梯形旋流排沙渠道的分流比较矩形渠道的降低了6.6个百分点,且同一位置处的旋转水流流速更大。研究成果可为旋流排沙渠道在引水工程中的设计与应用提供参考。

质量比对D形截面柱体流致振动的影响

利用涡激振动进行海流能收集的VIVACE装置是新能源领域的研究热点.应用FLUENT软件采用k-ωSST湍流模型和Newmark-β法,通过数值模拟探究了四个质量比(2,5,7和10)在迎流角90°下D形截面柱体的流致振动响应,系统分析了D形截面柱体在横流向上的振动幅值、频率、平衡位置偏移量、尾涡脱落模式以及能量转化效率.所模拟的雷诺数范围为288~2880,对应的约化速度为2~20.结果表明,质量比对D形截面柱体流致振动的影响明显,质量比会改变D形截面柱体流致振动的响应分支.质量比越大,D形截面柱体进入驰振对应的约化速度越低;质量比增大,D形截面柱体平衡位置偏移量相对减小.随着约化速度的增大,D形截面柱体出现了涡激振动、涡激振动-驰振及完全驰振等响应分支.在所模拟的范围内,D形截面柱体高能量转化效率出现在涡激振动分支,而不是在驰振分支;在质量比为10且约化速度为4.5时,一级能量转化效率达到最大值44%.相关研究可为VIVACE装置的振子选型提供参考.

体型参数对旋流排沙渠道水沙特性的影响

为明确关键体型参数对渠道和排沙洞内水沙特性的影响,在模型试验研究的基础上开展了旋流排沙渠道的水沙两相流数值模拟。结果表明:起旋室高度对截沙率影响较为显著,最大相差5.41%;排沙洞直径、倾角和起旋室出口宽度对分流比影响显著,最大相差8.13%,增大倾角后改善了原排沙洞封闭端因壁面条件影响而产生的泥沙淤积;起旋室出口宽度对渠道内水沙特性基本无影响;不同体型下旋流排沙渠道均可高效、持续排沙,截沙率均大于90%,经过起旋室后,高含沙水流从排沙洞流出,下游渠道含沙量急剧减小。

抽蓄电站无压隧洞交叉区体型优化试验研究

交叉无压隧洞交汇区域水流的水力特性复杂,无压隧洞交叉区体型及交汇口水流水力特性的研究对确保水利枢纽的安全运行具有重要的工程意义。基于物理模型试验,对某抽水蓄能电站下水库高落差泄洪排沙洞和放空洞交叉区体型进行优化,最终确定圆弧连接+交叉角21°的交叉区体型。对比分析圆弧连接+交叉角21°的交叉区优化体型下特征试验工况的水力特性。结果表明,6种特征试验工况下,泄洪排沙洞和放空洞交叉口及下游均为急流,明流泄洪且流态较稳定,均在交汇口下游右边直墙处形成最大水深,水深低于直墙高度,满足水面线不宜超过直墙范围的要求。

高流速、大流量无压洞掺气设施体形优化模型试验研究

高水头、大流量、高流速的泄水建筑物,往往需要设置掺气设施来降低空蚀破坏。结合新疆某水利枢纽工程实例,通过开展泄洪冲沙洞水工模型试验研究,对1号、2号掺气设施挑坎高度、通气孔面积、坡比及型式进行优化设计。结果表明:体形优化后,在各种工况下,掺气设施掺气效果良好,掺气空腔完整而稳定,坎下未出现较大回水等不利流态;通气孔通气顺畅,整体水流流态平顺,无水翅溅到洞顶等不利现象;沿程余幅均满足要求;过流能力和流量系数基本与原设计一致。研究结果可为类似工程的掺气设施体形研究提供指导与技术支撑。

奥氏体不锈钢薄板激光焊表面张力驱动熔池形成的数值模拟分析

为探究奥氏体不锈钢薄板激光焊接过程中表面张力对熔池形状、熔池流速、熔池静压的影响,以期优化焊接工艺并提高焊接质量。基于数值模拟分析方法,建立了移动旋转高斯曲面体热源模型,通过改变Marangoni对流系数来模拟不同表面张力条件,分析其对熔池形成过程、熔池形状、流速及熔池内静压力的影响。模拟结果表明,表面张力是影响熔池形态和内部静压力的关键因素,表面张力指向熔池内部,驱动熔池向中心汇聚,从而促进熔池的形成;表面张力的大小与熔池峰值温度、熔深、深宽比呈负相关,与峰值流速、熔宽、熔池内部静压力呈正相关;铜衬底的加入显著增大了过冷度,加速了熔池的冷却,有助于避开奥氏体不锈钢的敏化温度区间。

基于响应面法的轻质尾翼均匀挤压成形数值模拟及模具结构优化

针对轻质镁合金尾翼正挤压成形金属流动不均匀和力学性能各向异性大的问题,提出一种可调控金属均匀流动的金属蓄料池模具结构。基于Deform-3D有限元模拟分析,采用Box-Behnken响应曲面法以金属蓄料池结构参数:深度h、池壁距尾翼芯部型腔长度D 1、池壁距翼片型腔长度D 2和池壁与翼片型腔之间夹角α为变量,建立出模口金属流速均方差和成形载荷与金属蓄料池结构参数之间的响应关系。响应曲面分析结果表明:最佳的金属蓄料池结构参数为h=7 mm,D 1=13 mm,D 2=6 mm,α=11°。采用优化后的模具结构参数进行模拟验证和物理试验,金属流动不均匀和力学性能各向异性均得到改善,并成功试制出形状尺寸和力学性能指标满足要求的尾翼形零件。

孔内空气间隔对有/无金属罩聚能装药定向侵彻效果的影响

为了探究孔内径向空气间隔对有/无金属罩聚能装药定向侵彻效果和炸药爆轰能量传递过程的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件,开展孔内装药空气间隔为6,8,10,12,14 cm时的数值模拟研究,分析了聚能装药中有药型罩形成EFP和无药型罩形成聚能气流的能量集中释放过程,以及对孔壁的定向侵彻深度。结果表明空气间隔小于10 cm时,聚能气流对孔壁的侵彻深度相对于EFP平均侵深分别提高了53%(6 cm)和29%(8 cm)。空气间隔大于10 cm时,EFP平均侵彻深度相比于聚能气流均增加了26%(12 cm和14 cm)。计算聚能轴线上EFP和聚能气流单位面积通过孔壁的动能,发现空气间隔较小时,聚能气流在空气中衰减耗散的能量小于EFP塑性变形耗能,此时聚能气流对孔壁的侵彻效果较优;空气间隔较大时,爆轰产物空间膨胀造成聚能气流轴线处的密度和动能显著降低,而EFP由于具有高密度和不可压缩性,能量分散小,动能衰减缓慢,此时EFP对孔壁的侵彻效果优于聚能气流。

考虑长细比的岩土颗粒系统非稳态流动特征研究

砂土等常见岩土颗粒系统在高速流动状态下具有显著的非稳态特征,其剪切速度分布与速度波动特征等均表现出显著的随机性。但目前颗粒系统细观特征对其宏观流动参数的影响尚不明确,针对岩土颗粒流动过程随机性特征参数的研究亟待加强。本文通过离散元环剪单元实验模拟,捕捉不同形状颗粒系统高速剪切流动过程中的宏微观特征。研究结果表明:(1)颗粒形状对系统宏观剪应力有较为显著的影响。颗粒长细比越大,其残余剪应力越大;(2)颗粒系统速度波动的空间分布同时受到剪切速度与边界效应两方面的影响。剪切速度越大,速度波动越大。边界对于颗粒速度波动具有一定的约束效应;(3)颗粒形状对系统速度波动大小有显著影响。颗粒越细长,微观速度波动越小;(4)形状特征对颗粒系统细观接触特征有显著影响。颗粒越细长,其平均配位数越大,出现较大粒间接触力的概率越小。

基于动态模态分解的Π形梁涡振流场特征分析

为探索Π形桥梁断面的涡振机理及气动措施的抑振原理,采用动态模态分解方法,结合计算流体动力学数值模拟,对某Π形桥的不同工况进行流场解耦和对比分析.结果表明,主梁下表面方腔内的不稳定涡是导致Π形梁涡激振动的重要因素,增设2道四分点下稳定板将空腔分割成3个较小的区域,可减少下缘分离涡的形成空间并降低空腔内涡的强度和尺度,从而有效抑制涡振.第2阶分解模态与结构振动同频,是引起涡激振动的主导模态;此模态能够直观揭示流场中主涡的形成和发展,简化流场分析的复杂性.第3、4分解阶模态与结构的涡振频率存在明显的倍频关系,能够精确捕获涡激力中的高频成分,有利于深入理解涡激振动的瞬时变化特性,制定更为精细的抑振措施.

U形渠道机翼柱型量水槽水力性能分析

为了详细探究机翼柱型量水槽应用于U形渠道的量水性能,设置了4个不同的量水槽收缩比开展水力性能试验。通过对流量、收缩比和上游水位等数据进行分析,拟合出机翼柱型量水槽的流量公式。研究还对测流精度、上游佛汝德数、临界淹没度等参数进行了详细分析。试验结果表明,机翼柱型量水槽水位~流量相关性极高,相关系数R^(2)达0.998,利用试验数据拟合出的流量公式简单易用,平均流量误差约为2.47%,上游佛汝德数小于0.3,临界淹没度最高为0.887。与传统的U形渠道量水槽相比,机翼柱型量水槽的流动公式简单易用,U形渠道机翼柱型量水槽的结构为进一步研究提供了新的思路和参考。

平陆运河与沙坪河交汇河段通航水流条件试验研究

平陆运河沿线支流众多且支干落差大,支流突发洪水对运河通航水流条件影响较大。选取入汇角度大、支干汇流比大、河底落差大的沙坪河入汇河段为研究对象,采用1:50正态河工模型试验,对沙坪河入汇河段通航水流条件进行系统试验研究。模型试验结果表明,受支流突发较大洪水和支干河底落差较大影响,运河航道内横向流速大且流态紊乱,加之支流口上游铁路桥限制,消能措施布置长度有限,不能达到较好的消能效果。分析认为主要问题在于支流洪水汇入运河后运河横向流速较大,因此治理方案主要解决“调顺水流+消能”的问题。在交汇处布置导流堤、透空消能墩、底部斜向透空式隔流堤,在支流内采取消力池、消力槛等消能措施并进行系列方案对比试验,发现优化方案Ⅲ的通航水流满足通航要求且不会对支流内铁路桥造成影响。

基于波前整形和自适应光学的水下可见光通信系统

为了解决水下可见光通信中复杂的水下湍流、散射环境对光束造成的畸变而导致信号传输失败的问题,使用随机相位屏方法模拟了水下湍流信道,在发射端对光束进行波前整形实现远距离聚焦,接收端使用自适应相位恢复算法对接收端光斑进行恢复。在1.2 m水下实验平台使用比特功率加载技术发射离散多音信号(discrete multi-tone, DMT)信号测量接收光功率与数据传输速率的对应关系,基于此,预测了100 m湍流环境下可见光信号的传输速率,与经过波前整形以及自适应相位恢复后的结果对比得到,所提出的方法可以使得水下可见光系统的传输速率得到极大提升。

稳流器结构对导流式消防水炮流动特性的影响

为了探究一种新的最佳星形稳流器结构形式,选取六肋式星形稳流器,设计了5种不同长度且交叉排列的星形稳流器.基于CFD对安装有5种不同结构形式的星形稳流器的导流式消防水炮内流体的流动特性展开了数值模拟研究,分析了不同稳流器布置形式对导流式消防水炮内流体速度分布均匀性、轴线速度以及湍动能的影响,并对不同布置形式下的压力降进行了分析.数值研究结果表明,稳流器可有效改善消防水炮内轴线速度分布并降低消防水炮的进出口湍动能差,分段叉排布置的稳流器可显著提升稳流效果.其中,数量为2、长度为40 mm且交叉布置的稳流器组合最有利于提升消防水炮的综合性能.同体积条件下,通过缩短单个稳流器长度,增加稳流器叉排数量的分段错位布置提升消防水炮的性能作用有限.过多数量的叉排布置会造成逆流以及较大的压力损失.研究结果对星形稳流器在消防水炮内的优化设计具有一定借鉴作用.

熟料冷却风机锥形口流量测量装置的现场改造

某海外水泥项目熟料冷却风机锥形口流量测量装置选型偏小,导致冷却风机风量PID调节回路投运不稳,为满足PID投运要求,提高测量装置灵敏度,对冷却风机锥形口流量测量装置进行了改造。详细介绍了锥形口流量测量装置现场改造及制作安装要求、流量系数计算方法、现场标定结果等。改造后,在设计风量为29 965m^(3)/h时,差压值达373Pa,管道系统静压增加了248Pa,提高了流量测量装置的风量检测灵敏度,保证了PID调节回路的稳定自动调节。

液压圆柱滑阀K-K型节流槽流量面积参数模型

针对K-K型节流槽流量系数复杂时变及结构参数强耦合的特征,采用流量面积参数模型(FAPM),开展了液压圆柱滑阀K-K型节流槽阀口流量压降特性研究。首先,推导出K-K型节流槽阀口面积的数学模型,并将其等效为3个单阶K型节流槽阀口面积的组合形式;其次,基于计算流体动力学(CFD)和响应面模型(RSM),建立了极限饱和流量下K-K型节流槽的FAPM模型;最后,通过对FAPM模型的分析,得到组合型节流槽阀芯结构与流量压降的映射关系。研究结果表明:当入口体积流量大于7.31 L/min时,满足极限流量饱和条件,此时流量系数与入口体积流量无关;当入口体积流量分别为20、30、50 L/min时,FAPM模型预测的K-K型节流槽阀口压降与CFD仿真值的平均误差均控制在7%以内。该模型完成了对K-K型节流槽阀芯结构的近似表达,并可应用于其他类型的组合型节流槽。