基于CCD的激光熔覆熔池平滑度在线监测系统研究

由于激光熔覆过程高温高亮,无法实时准确判断熔覆效果。使用CCD相机结合平滑度监测算法,对不同功率下的熔池形貌进行监测,验证算法性能,判断熔覆效果,同时尝试叶片修复。结果表明:激光功率过大或者扫描速度过慢,均会导致熔池边缘平滑度较差,进而认为熔覆参数不合适;为防止熔坏基材,可根据监测效果及时停机;发现激光功率与熔池边缘平滑度呈负相关。

大型风力机叶片前缘的雨滴冲击动力学响应机制

随着近年海上风力机设计的大型化,叶片前缘的雨蚀失效问题变得愈发突出,不仅影响机组的风能转化效率,对结构的稳定运行也构成潜在威胁。采用光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,SPH)法研究雨滴内部的本构关系,以有限元法(finite element method,FEM)建立叶片前缘的代表性体积单元(representative volume element,RVE)模型,两者相互耦合,研究雨滴在叶片表面形成的冲击响应过程。考虑自然降雨的实际工况,建立与降雨强度相关联的雨滴尺寸模型,以及雨滴的空间分布模型;通过单雨滴的冲击仿真,研究叶片表面冲击载荷以及雨滴内部的速度分布,从而解构雨滴冲击的物理过程,并通过冲击的应力、应变场分析,为潜在损伤区提供评价;建立多雨滴冲击的仿真模型,研究冲击应力场之间的耦合作用以及涂层表面的塑性应变累积效果。研究结果表明,水锤冲击是造成塑性应变累积的关键因素,虽然横向喷射阶段的应力响应幅值小并呈现一定的无序特征,但如果存在多雨滴耦合冲击的情况,则会在耦合区内出现应力峰值,并对叶片变形和失效存在潜在影响。

一种抗台风叶片锁紧装置控制系统研究

沿海地区的风力发电机组每年都会遭受台风袭击,这要求风力发电机组需具备在台风中生存的能力。台风发生时,风机停机,叶片收回为顺桨状态,变桨电机尾部电磁刹车锁定叶片,但随着电磁刹车长期磨损,电磁刹车抱闸力矩减小,无法保证叶片在台风等极限载荷工况下锁紧叶片,以致叶片被吹离顺桨安全位置,发生位移甚至旋转。早期研发的叶片锁定装置需要进入轮毂,人工操作锁定叶片。若是机组数量大,不仅需要很早开始锁定叶片,而且费时费力,降低发电量。文章阐述了一种既安装简单,又可远程自动控制的叶片锁紧装置,对风力发电机组具有重要意义。

基于鸮翼特征提升风力机叶片气动性能的研究

为了提高风能利用率,研发气动性能优异的叶片,以模仿鸮翼生物特征来提升大型风力机叶片的气动性能。选择以NREL 5MW风力机的叶片作为研究对象,基于生物翼型和传统翼型构建了组合翼型,并将其与鸮翼的非光滑前缘结构耦合,设计了具有这两种特征的仿生耦合叶片。根据相似理论,建立原型叶片和仿生耦合叶片的缩比模型,并通过数值计算方法探究仿生耦合叶片在不同风速下的气动性能。数值计算结果表明,相比原型叶片,在额定风速11.4m/s时,仿生耦合叶片的风能利用率提高了6.76%,当风速达到15m/s时,仿生耦合叶片的扭矩提高9.89%。在叶尖区域,仿生耦合叶片吸力面流速明显增强,增大了吸力面负压区域面积,进而增大了叶片表面压差。同时,仿生耦合叶片能够有效抑制展向流动,减小尾缘分离涡,增强弦向流动,降低湍动能强度,减小了能量的损耗。

基于高参数均匀性的叶片曲面光顺造型方法

为进一步优化叶片的曲面模型质量,提出一种基于高参数均匀性的叶片曲面光顺建模方法。首先根据叶片的曲率特征,将单层数据点分成叶盆、叶背、前缘和后缘4个部分,通过叶片前缘和后缘的曲线拟合,获得拟合圆圆心,并以此生成叶片中弧线的诱导曲线。进而通过改进的牛顿迭代法获得一系列叶片截面轮廓线内切圆圆心,从而获得中弧线,对中弧线进行光顺处理以及弧长参数化,并利用中弧线-厚度分布的方式,结合过渡曲线生成光顺的截面轮廓线,保证过渡处曲率连续。最后,通过放样及融合优化算法快速自动地生成光顺的叶片曲面模型。利用该方法对某型号发动机叶片数据点进行曲面造型与加工验证,结果表明,优化后的曲面模型具有良好的光顺性,避免了由于模型不光顺导致的刀轨波动问题。

非光滑叶片对叶栅流道内通道涡影响的实验研究

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片叶栅及三种非光滑叶片叶栅进行了实验研究，以研究 与光滑叶片相比，非光滑叶片对叶栅流道内通道涡发展变化的影响。实验结果表明，与光滑叶片相 比，非光滑叶片对叶栅流道内的通道涡有明显的影响，通道涡的位置沿节距方向移向流道中心处， 沿叶高方向不变，通道涡的强度有所减弱。分析了非光滑叶片的影响原因。

非光滑叶片对叶栅出口能量损失系数的影响

在低速平面叶栅风洞中对４种具有不同几何尺寸流向微槽的非光滑叶片叶栅进行了实验研究，主要研究非光滑叶片对叶栅出口能量损失系数的影响。实验结果表明，采用非光滑叶片可以减少叶栅损失，相对减少最多１６．５％，最少９．１％。

非光滑叶片对叶栅出口流向涡系的影响

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片及非光滑叶片叶栅进行了实验研究 ,在叶栅出口进行了详细的测量 ,通过测量结果的对比分析 ,探讨非光滑叶片对叶栅出口流向涡系的影响。实验结果表明 ,与光滑叶片相比 ,非光滑叶片对叶栅出口流向涡系中 ,通道涡在节距方向上移向叶栅通道中心处 ,强度几乎不变 ,尾缘涡发生展向扩展并分裂 ,强度明显减弱。

基于光滑流体动力学的土壤切削仿真研究

运用Pro/E、ANSYS和LS-PREPOST软件,建立了旋耕刀切削土壤有限元模型。应用光滑流体动力学(SPH)算法和有限单元理论,采用可压缩的土壤和泡沫材料,结合DYNA求解器,对土壤切削进行了仿真研究。模拟了旋耕刀切削土壤的过程,得到了旋耕刀切削土壤过程的切削力和功耗的曲线图。仿真结果表明:光滑流体动力学能较好地反映旋耕刀切削土壤的物理现象,与实际工作过程相符合,验证了仿真的可靠性,从而为研究土壤破碎机理和旋耕刀具优化设计提供了理论依据。

水滴高速撞击下汽轮机叶片的动力响应

为获得汽轮机叶片在高速水滴撞击下的应力状况,从而为进一步研究汽轮机叶片水蚀提供撞击应力等基础参数,该文建立了高速水滴与叶片钢撞击模型。模型中采用光滑粒子动力学无网格方法描述水滴部分、常规有限元有网格方法描述叶片钢材部分,充分考虑了水滴与钢材间的流固耦合效应,研究了多种速度和粒径的水滴对叶片的撞击情况,得到了水滴内部的瞬态压力分布以及水滴撞击以后的压缩、扩展、飞溅的情况,叶片钢内部应力影响区域以及应力随时间的变化,撞击应力与水滴尺寸和撞击速度的关系等。与文献果的对比表明:文中的分析结果是合理的,试验结相关参数可以应用于汽轮机叶片的水蚀疲劳研究。

基于SPH方法的叶片鸟撞数值模拟研究

基于显式碰撞动力分析软件PAM-CRASH及其提供的SPH方法,建立了鸟撞平板叶片数值分析模型。通过SPH方法、Lagrange方法结果和实验结果三者对比,指出SPH方法比Lagrange方法的数值计算结果更贴近试验结果。还应用SPH方法,研究了圆柱体、两端带半球的圆柱体、椭球体三种不同几何构型的鸟体对计算结果的影响。最后,计算了实验条件下易出现损伤的叶片根部不同时刻的应变分布及应力分布。

离心泵叶片仿生非光滑结构的布置位置

为研究离心泵叶片上仿生非光滑减阻效果与仿生非光滑结构布置位置的关系及离心泵水力效率对仿生结构布置位置的敏感程度,将仿生非光滑结构分别均匀布置于离心泵叶片的6种不同位置上.利用ANSYS软件进行数值模拟,研究了目标流量下6种方案离心泵的性能参数及叶轮内部流动情况,将根据数值计算结果得到的仿生非光滑结构的最佳布置方案与常见布置方案在全流量下进行对比分析,并在应用相同仿生非光滑结构布置方式的前提下,分析了粗糙度的影响.结果表明:该离心泵模型在目标流量下,应用仿生叶片后,其水力效率变化有限,而叶片壁面上平均剪应力相较于光滑壁面情况下降最大约12.7%;布置于任意位置的仿生非光滑单元均能在一定范围内产生减阻效果,相邻仿生单元对于同一壁面位置的减阻效果不具有线性叠加关系;在全流量下,将仿生非光滑结构布置于叶片背面的中部,相比于将其布置于叶片背面的出口部分,增效率与减阻率均更为优秀,且2种方案的增效率与减阻率随流量变化的趋势较为相近;粗糙表面尽管能和仿生结构表面一样在近壁面形成低速层,但无法实现减阻效果.该研究表明,仿生结构对离心泵水力效率的影响与模型本身有关,在使用一定个数的仿生凹坑单元的前提下,应尽量将凹坑布置在剪应力大处.

基于连续攻角的风力机翼型整体气动性能提高的优化设计

目前风力机翼型都是考虑单点设计攻角而开发出来,以追求局部气动性能的极大值,而忽略了连续设计攻角范围内翼型整体气动性能。结合翼型泛函集成理论及复杂型线表面曲率光滑连续性思想,提出连续攻角情况下风力机翼型廓线设计新方法,以解决翼型优化设计中其气动力难以收敛这一关键问题,并实现翼型整体气动性能的提高。将连续攻角情况下设计出来的WQ-B翼型与单点攻角情况下设计出来的WQ-A翼型进行了气动性能对比分析;并将WQ-B翼型系列应用到实际2 MW风力机叶片中。研究表明:相比WQ-A翼型及实际叶片,WQ-B新翼型系列及叶片整体性能均有显著提高。该研究不仅验证了该设计方法的可行性,而且也表明WQ-B翼型系列具有广泛的通用性及可置换性。

粒子分离器叶片涂层冲蚀磨损的数值模拟

以叶片涂层为对象,研究其冲蚀过程中损伤的演化过程.首先进行了流场计算.其次通过对单个固体颗粒冲蚀过程的模拟,提出了"碰撞有效影响区域"的概念,使得多个固体颗粒连续冲蚀数值模拟得以实现.接下来通过模拟"碰撞有效影响区域"内材料受到固体颗粒连续冲蚀的过程获得材料的抗冲蚀磨损性能.最后,将流场数据和涂层抗冲蚀磨损性能参数相结合来模拟叶片涂层的冲蚀过程,指出了涂层的薄弱区域并进行了寿命预测.

基于UG的混流式水轮机叶片三维建模

混流式水轮机叶片形状复杂扭曲,不易生成光滑的三维模型。在UG中导入已有的混流式转轮叶片的AutoCAD二维木模图,利用所导入木模图中的二维线条进行三维造型。无需在UG中输入叶片截面线上分布点的空间坐标,这样不但提高了工作效率,且避免了大量数据多位小数点四舍五入后产生误差。尽量保证已有木模图中二维线条形状不变的情况下,采用类势线的方法优化得到光滑的叶片。为混流式水轮机机组水力性能预测、CFD流动分析、刚强度计算分析等提供了有利条件。

基于遗传算法的风力机叶片气动性能优化

利用Glauert模型对风力机叶片进行初始设计;以年发电量和叶片弦长光顺性作为优化目标,建立弦长与安装角多目标帕累托优化模型;利用遗传算法进行求解,结合实例进行验证;将结果与贝塞尔曲线约束的单目标模型和未采用曲线约束的单目标模型进行比较。结果显示:在采用相同算法参数的情况下,优化模型能够较好地提高年发电量,其中多目标优化模型能够达到与采用曲线约束优化模型相近的光顺性能,同时达到与未采用曲线约束优化模型相近的年发电量。

非光滑叶片对叶栅气动特性影响的实验研究

在低速平面叶栅风洞中对光滑叶片及3种非光滑叶片进行了实验研究,分析了非光滑叶片对叶栅出口流动特性的影响. 实验结果表明,采用非光滑叶片改变了叶栅出口旋涡结构及流动分布,使叶栅出口的流场趋于均匀,叶片可以承受更大的负荷.

压气机辊轧叶片前后缘圆滑转接建模方法

针对压气机辊轧叶片前后缘头后续数控加工制造与叶身圆滑转接的要求,提出一种基于夹持态叶片缘头多测绘点的一次配准和制造公差约束的二次配准的辊轧叶片前后缘圆滑转接建模方法,该方法可以更精确地构建辊轧叶片前后缘头圆滑转接计算机辅助设计模型,满足后续数控加工的需求。进行基于实测数据的建模验证,结果表明所提方法可以实现辊轧叶片无余量叶身与缘头区域的高精度圆滑转接。

基于逆向工程的发动机叶片实体建模关键技术研究

发动机叶片是航空发动的关键零件,计算机技术的发展和功能强大的三维造型软件的出现为超薄扭曲叶片的三维实体建模带来了极大的便利。本文在逆向工程设计思想的指导下,就航空发动机叶片特有的结构和技术要求,着重讨论了叶片实体建模中型面测量数据预处理、叶身型线与进排气边过渡圆弧切点的校正和叶身B样条自由曲面拟和等关键技术问题,并对叶片型面的光顺度和平滑度进行了校验,从而获得符合设计要求的叶片实体模型。

叶片型线光顺的B样条法

该文主要研究Ｂ样条法在光顺叶片型线中的具体应用