周期性脉动源对风力机功率的影响

针对WindPACT1.5 MW机组,通过大涡模拟探究风轮5°仰角时周期性脉动源(仰角、塔影效应、偏航、风剪切)对风力机总功率的影响,并结合逆叶素动量理论,进一步分析功率与升力系数之间的联系。结果表明,仰角、塔影效应加仰角与偏航加仰角均使得风力机总功率产生“3P”的波动规律,而风剪切加仰角使得总功率产生“锯齿状”的高频率波动规律,其中偏航是总功率损失的主要因素,塔影效应是功率波动的主要因素,且发现升力系数波动规律与功率单周期内的波动规律相似。

花瓶状双曲面造型烤瓷铝板格栅幕墙受力性能分析与研究

花瓶状双曲面造型烤瓷铝板开放式格栅幕墙受力受局部风环境影响,不同高度及位置所受风压均存在各种变化,如何准确模拟出工程所处地理环境下风环境变化值用于开放式铝板幕墙设计是一个重难点,本文通过采用CFD数值风洞模拟技术建立全尺寸风洞模型,通过对数值风洞的入口、出口、侧面及地面边界条件进行约定,对建筑物四周分8个风向角进行定义,通过计算幕墙系统在8个风向下的平均风压,分析得出结构节点的平均风荷载值,另外通过计算幕墙系统在8个风向下的脉动风压时程,计算获得风压测点的阵风值,以分块阵风值分布图的方式给出结果,利用所得风压值来计算幕墙节点的受力性能和疲劳状态,通过选取最不利部位建立有限元模型进行抗疲劳验算,最终完成幕墙各构件的深化设计。

非平稳脉动强风的模拟及开合结构减小结构风压的研究

强风会对大跨结构造成巨大的破坏,以往自然风对结构影响的研究中常将自然风速视为平稳的随机过程,但瞬时强风具有很强的非平稳特性。因此需要根据强风随时间变化的非平稳特性,即频率、平均值、谱函数对强风进行模拟合成,且结构抗风设计通常会采用增加结构强度或增大截面来防止瞬时强风造成的破坏,而使成本大大增加。采用对平均风下结构风压最大的区域设计开合结构,强风来袭时,通过控制结构开合来减小结构表面风压,防止风压过大产生结构损害。以河南某大跨发电站煤棚为例,采用谐波叠加法来模拟非平稳脉动风,并结合快速傅里叶变化算法加快运算,将模拟得到的非平稳脉动的强风作为入口的边界条件,通过ANSYS ICEM软件对普通结构和开合结构建模,并导入到ANSYS FLUENT软件中,采用大涡模拟法对普通结构和开合结构分别进行风洞模拟,对比相同非平稳脉动风下普通结构和开合结构的结构风压力,设计开合结构能够有效降低结构风压力满足抗风要求。

风电场脉动风模拟及风机塔架动力响应研究

为掌握风载作用下风机结构的动力学特性,采用Davenport脉动风功率谱,基于Shinozuka理论模拟某沿海风电场的脉动风速谱;采用Shiotani简化表达式,以相关系数矩阵考虑脉动风竖向相关性,推导空间脉动风随机过程表达式。建立风机塔底固接和考虑桩基刚度的两种有限元模型,计算自振特性和模拟风载作用下的动力响应。结果表明,该模拟方法能较好地反映风电场实际风况;风机结构自振周期与脉动风变化周期处于同一量级,两者接近时易产生顺风向振动和涡激振动;结构的低阶振型对风致动力响应有重要影响;考虑脉动风效应后,作用于风机上的风荷载和动力响应显著增大。该文成果为进一步开展风机结构的疲劳评价、振动控制及破坏分析奠定基础。

基于真实感雾效混合的快速渲染算法

针对目前基于经验模型的雾效真实感不足和基于物理模型的雾效延时的问题,提出一种雾效混合算法改善雾效绘制的真实感和实时性.首先采用经验模型模拟基础雾,引入能见度因子和温度系数优化雾效衰减公式,使得平流雾、辐射雾、层次雾、体积雾的雾效公式得到统一,从而丰富雾效的多样性;其次引入Simplex噪声和风速完善边界噪声模型,克服传统雾效的规律性,优化雾的动态效果;再利用物理模型补偿细节,采用拉格朗日方法模拟细节雾,通过引入谐波叠加法建立风场模型,改善雾粒子运动轨迹,提升雾效的真实感;改进时间轴算法解决雾效颜色不随时间变化的问题,获得随时间渐变的动态雾;最后根据Henyey-Greenstein相位函数近似求解Mie散射,利用纹理和billBoard技术快速渲染雾粒子,并将基础雾和细节雾混合生成逼真的混合雾效.在GPU仿真环境下搭建不同雾场景,根据混合雾与传统算法在主观视觉与客观帧率方面对比作为评判指标,实验结果表明,该算法在保证至少40帧的基础上,绘制出细节突出的多种类雾效.

基于脉动风作用下的大跨度桥梁拉索风场数值模拟

采用Kaimal脉动风速谱,利用MATLAB模拟脉动风的瞬时风速时程并导入计算流体力学软件中,选择RNGk-ε模型,考虑在高雷诺数的作用下,对大跨度桥梁的拉索风场数值模拟。采用结构性网格建立流场模型,分别选取30 m和80 m高度处分析流场和风压力系数的变化;选取50 m高度处分析速度矢量;选取80 m高度处分析流速和迹线变化;选取拉索中心位置、拉索尾端分析拉索周围压力分布,并进行数值模拟。计算结果表明,对比文献中风洞试验的结果,流场中流体的分布特征符合类似研究的结论,可以得到合理精度的数值解;在拉索周围上、下表面形成涡街,涡流沿中轴线运动并呈现对称的形状;拉索表面压力分布和文献中风洞试验结果较吻合,并且符合工程实际。

ARMA模型及参数识别技术在脉动风仿真中的应用

随着高层建筑、高耸结构及悬索结构等相对较柔的结构物在工程中日益广泛使用,结构物在脉动风作用下的响应分析愈来愈受到工程界的重视,有效地给出具有一定统计规律的脉动风记录对结构风振分析及工程抗振设计都是十分必要的。本文研究了采用自回归滑动平均(ARMA)模型和参数识别技术模拟给定条件(如功率谱或某种统计特征)的脉动风记录的计算机仿真方法。结果表明,本文提出的模拟方法是一种有效的脉动风仿真方法。

树冠火生长蔓延模型的改进与实时仿真

现有林火研究多偏重于火焰蔓延的数值模拟以及简单可视化,存在火焰细节丢失和蔓延过程不精确的问题,本文通过深入分析地表火向树冠火的转换过程,完成树冠火生长蔓延模型的改进,并进行实时仿真。首先,为解决火焰蔓延过程中火焰运动缺乏真实感及细节丢失问题,引入脉动风场重新构建树冠火生长蔓延模型,丰富火焰细节,提高火焰运动真实性;其次,应用能量守恒定律,建立树冠火随温度场动态变化模型,提高地表火向树冠火生长转换过程精确性;最后,通过纹理映射技术模拟烧焦现象,采用Huygens原理结合树冠火生长蔓延模型对火焰蔓延进行优化仿真,保证实时性。实验对比和分析表明,能够实时仿真出树冠火生长蔓延过程。

建筑幕墙风荷载的数值模拟研究

对幕墙结构中风荷载的脉动特性进行了分析,采用沿高度变化的E.Si miu风速谱,用改进的谐波叠加法模拟了不同高度处脉动风速和风压的时程曲线,给出了风荷载的计算公式,结果表明该方法简单有效,且能够反映脉动风的随机特性,解决了玻璃幕墙风荷载的动力计算问题。

叶片挥舞振动后风轮流场特性

为了研究水平轴风力机叶片挥舞振动后风轮尾迹流场特性的变化规律,以某NACA翼型风轮为研究对象,通过自定义UDF代码及采用动网格技术成功控制了叶片振型,使得风轮在三维旋转的同时做垂直于旋转面的挥舞运动.数值模拟中利用Fluent计算平台对风轮尾迹速度场、涡量场及压力脉动特性进行研究.研究结果显示:施加振动后风轮在1个旋转周期内均会在叶中附近产生相对速度增益区、叶尖处会产生速度亏损区域,从而使叶片受力更加不均匀,出现较大压差,加速叶片的损坏与断裂;施加挥舞振动后叶尖处涡量强度增加,叶尖涡的脱落有所延迟;施加振动前后压力脉动均呈现周期性波动,且在径向0.5 m处压力脉动波动最为明显.通过引入新的非定常因素,揭示挥舞振动对风轮尾迹流场特性影响规律,使数值模拟结果更加逼近风力机实际运行状态,对风力机叶片设计具有指导意义.

风电场并网引起的电压波动仿真

以异步风力发电机为研究对象,分析了其各个组成部分的数学模型。利用电力系统分析软件包PSS/E的IPLAN程序构建了其仿真系统模型,模拟了风电机组在阵风影响下系统电压的波动。

结构的脉动风荷载模拟方法探讨

文章首先介绍了风荷载的基本特性,给出了人工生成随机序列的风荷载模拟方法,并讨论了它的优缺点,提出了风荷载模拟中有待解决的问题。

大跨度桥梁风场模拟方法比较

介绍了大跨度桥梁风场模拟方法,之后进一步对两类随机风场模拟方法进行了论述,并对这些方法的优缺点进行了归纳和总结,为大跨度桥梁的风场模拟提供了理论依据。

大跨度双筒网壳结构的风振响应分析

以河南省某干煤棚大跨双筒网壳结构为研究对象,通过大涡模拟和结构响应计算,研究大跨双筒网壳结构抗风性能及风致破坏风速。大跨度空间结构作为柔性体系对风荷载的作用比较敏感,容易受到非平稳强风的影响而发生振动,导致结构发生破坏甚至倒塌。故通过模拟生成非平稳脉动风对大跨空间结构进行风振响应分析,为结构抗风措施研究提供依据。首先,依据干煤棚的实际工程参数对结构进行建模,采用ANSYS ICEM CFD和SAP 2000软件,选取非结构化网格划分,同时为确保模拟精度将入流面分为9个区域,用MATLAB软件结合谐波叠加法并通过快速傅里叶变换(FFT)模拟得到非平稳脉动风,叠加时变平均风后得到入流面区域的非平稳强风。其次,利用FLUENT模拟结构在平均风压下5个不同风向角的风压分布,得到建筑表面的风压值,从而确定结构破坏的最不利风向角,在SAP 2000中通过非线性静力弹塑性分析(Pushover法)结构变形情况并结合其风压分布综合确定结构关键区域。最后,利用大涡模拟法(LES)模拟最不利风向角下非平稳强风作用在结构的情况,通过获取关键区域内关键节点的风压时程进一步计算得到节点风荷载时程。对风振响应等数据进行分析确定结构破坏情况,研究其抗风极限承载力,从而获得使结构破坏的抗风极限风速。将模拟结果与结构实际破坏情况进行对比,发现破坏情况相同,表明本文模型的模拟是可靠的。经模拟结果确定,90°为大跨双筒网壳结构最不利风向角,结构中部区域为最不利位置,通过对位移时程的分析,确定结构y方向上的水平位移是导致结构破坏的关键;在瞬时风速达到80 m/s的情况下结构达到抗风极限承载力。