横风桥隧区域列车突出隧道时的瞬态气动特性

基于横风作用下高速列车流场的非定常特性,建立了横风-列车-桥隧模型进行仿真计算,并通过1∶8列车动模型试验验证数值方法的准确性。随后研究横风条件下列车突出隧道时,隧道内外瞬态气动压力、气动荷载变化及流场特性,揭示了横风-列车-隧道之间的相互作用机理。研究结果表明:随着横风风速的增大,压力逐渐减小,但压力随时间的变化规律相似;横风对隧道出口处及隧道外监测点处的压力梯度有明显的影响,对于隧道内的监测点几乎没有影响;随着横风风速增大,隧道外背风侧正压峰值随风速增大略有减小,迎风侧正压峰值基本保持不变,背风侧负压峰值减小速率大于迎风侧;横风对列车突出隧道运行过程的压力波动影响有限,在横风风速为20 m/s时,隧道外界流场影响隧道内气动压力的范围不超过20 m。同种横风条件下,迎风侧、背风侧监测点处压力时程变化规律不相同,压力梯度峰值出现的位置也不同,且位于列车同侧越靠近地面的监测点处压力峰值及压力梯度峰值绝对值越大;横风下,气流经过车-桥系统时,在桥底部、列车背风侧顶部及底部发生明显的流动分离现象,导致隧道外车体两侧的压差大于隧道内车体两侧压差。

下击暴流强风冲击作用下定日镜风压时变特征

为研究下击暴流强风冲击作用下定日镜表面风压变化特征,基于计算流体动力学的方法对下击暴流瞬态风场中不同工作姿态的定日镜表面风压进行数值模拟.结果表明,受到下击暴流形成扩散过程引起的近地面风场变化影响,在下击暴流的冲击作用下定日镜迎风面和背风面风压都表现为先增大后减小的时变特征,背风面比迎风面提前达到压力峰值,且迎风面和背风面瞬时峰值压力均明显大于稳态风场中的相应峰值压力.同一时刻下,定日镜迎风面正压峰值中心随着俯仰角的增大逐渐向上移至镜面中心,风压系数峰值可达1.4,背风面负压峰值中心随俯仰角增大逐渐向两侧水平偏移,风压系数峰值由1.8减小到1.0.在小俯仰角工作姿态下定日镜背风面会遭受更大的负压作用,说明现行的定日镜抗风设计中采用的小俯仰角避险姿态并不完全适用于下击暴流强风作用的状况.

永磁直驱风力发电机瞬态温度特性研究

采用有限元法对大功率永磁直驱风力发电机定子三维瞬态温度场进行计算,得到了电机定子温度场。对发电机进行了型式试验,测试结果与计算的稳态结果较为接近,验证了计算的准确性。结果表明,电机在额定工况下,温升稳定后端部绕组温度高于中间绕组,最高温度点在背风侧的端部绕组,最高温度与平均温度相差16℃左右。将实际风场的风资源数据作为外界条件,对永磁直驱发电机一定时间跨度的瞬态温度进行计算,结果与SCADA系统采集的风力发电机运行数据较为接近,为绝缘系统设计和电机的优化提供了参考。

横风下高速列车突入隧道瞬变压力及列车风

针对高速列车在横风下突入隧道的普遍情形,考虑空气的非定常、可压缩湍流特性,建立列车-隧道-横风三维数值模型,对比研究有无横风条件下列车突入过程中隧道内的瞬变压力变化规律和列车风特性。通过将数值计算结果与现场实测数据进行对比,验证了数值方法的准确性。研究结果表明:与无横风情况相比,列车在横风中高速驶入时隧道入口周围的瞬变压力和列车风发生明显变化;在尾车完全驶入前,横风对背风侧气动压力的影响程度比迎风侧的大,其中头车突入时对隧道入口气动压力的影响最为显著;横风对隧道内气动压力和列车风的影响范围有限,当横风速度为24.4 m/s时,隧道内受影响距离为50 m;头车突入隧道时,横风对列车背风侧列车风的影响较大,而尾车完全驶入时,横风对列车迎风侧的列车风的影响比较严重。横风效应是列车背风侧气动压力和气流速度大幅波动的根本原因。

下击暴流冲击作用下定日镜风环境数值模拟

为研究下击暴流冲击作用下定日镜周围的风环境时变特性,文章利用计算流体动力学方法,对处于下击暴流瞬态风场中的定日镜风环境进行数值模拟与分析。结果表明:在下击暴流冲击过程中,定日镜周围环境风速呈现出先增大后减小的趋势,当下击暴流发展到最大强度时达到风速峰值,且风速峰值和谷值区域的范围随着下击暴流的演变先增大后减小;随定日镜俯仰角增大,风速峰值无明显变化,但周围环境风速的峰值和谷值区域范围明显增大,定日镜背后涡的影响范围也逐渐增大;俯仰角对定日镜周围绕流风场的时变特征影响较大。当定日镜处于小俯仰角时,定日镜后方涡的影响范围未发生显著变化,风环境相对稳定;当俯仰角增大,随着下击暴流冲击过程的演变定日镜背后涡数量由一个增加至两个,影响范围先增大后减小,周围环境风场的复杂性提高。当定日镜处于小俯仰角时,镜面上方的高流速区域范围可忽略不计,而下方的狭缝高流速区域范围很大,威胁程度高。

SVC和SSSC联合改善风电场暂态电压稳定性的研究

分析了影响风电场暂态电压稳定性的原因,即当系统发生短路故障,电压下降,而异步电机发出有功功率的同时又会从电网吸收无功功率,造成风电机组机端电压降落的更严重,系统失去稳定。针对这一原因提出了应用静止无功补偿器(SVC)和静止同步串联补偿器(SSSC)进行联合,利用SSSC减小短路电流,降低故障期间母线电压下降的程度,故障切除后,利用SVC进行无功补偿,提高风电场的暂态电压稳定性。分别给出了SVC和SSSC的工作特性,在Matlab/Simulink中搭建了风电场和相关模型,通过仿真计算验证了SVC和SSSC对于提高风电场暂态电压稳定性的作用。结果表明:SVC能够连续平滑的对系统提供无功补偿,维持系统的暂态稳定;当发生严重短路故障时,SSSC和SVC联合,能够有效地减小故障电流,恢复机端电压;SVC和SSSC的共同作用能解决风电场的暂态电压稳定问题。

面向风电消纳的铝电解槽瞬态温度场的波动特性研究

针对铝电解系列消纳风电过程中电流波动对热场作用过程不明确的现状,应用电热场瞬态强耦合模型对某420kA大型铝电解槽在一个完整消纳周期内的热场进行研究。分别针对消纳电流为设计电流的2%、5%和10%三种情况,消纳持续周期为2h,恢复周期为6h,计算铝电解槽温度场的瞬态变化特性。结果表明,槽内各区域的温度均随着强化幅度的增加而增加,变化最大的区域为熔体区;越靠近熔体区域的部分,温度的变化幅度越大;而除导杆、钢爪外,越靠近槽壳表面部分,温度的变化幅度越小。在电流恢复至正常值期间,电解槽温度下降速度缓慢,需要比较长的时间才能恢复到正常值,故铝电解槽电流波动幅度不宜太大。

基于2D暂态有限元分析的大功率超导风力发电机优化设计

为了保持较高的磁密和减小重量,海上大功率风力发电机激磁绕组由YBCO高温超导线圈构成,电枢绕组由Mg B2超导线构成,保持定子铁芯,取消转子铁芯和定子齿,超导激磁线圈和超导电枢绕组均采用非导磁材料构成,构建了10 MW超导风力发电机的模型。利用二维暂态有限元对模型进行暂态磁场的计算,得到了整个模型的磁密分布、电枢绕组的输出电流和输出电压,从而得到了整个模型的结构和电机的长度。同时对输出电压和电流进行傅里叶分析,得到电压和电流的频谱图,最后给出了10 MW超导风力发电机的整体结构。仿真结果表明:超导风力发电机的重量和成本有了较大的降低,输出电压和电流波形质量较好,谐波含有率较低。

基于ANSYS的寒区隧道瞬态温度场分析

利用ANSYS软件对某寒区铁路隧道的瞬态温度场进行分析,得到了外界空气以一定的速度流入隧道时隧道内空气、衬砌及围岩温度场的变化情况,并且对比分析了不同的空气流通速度条件下温度场的分布情况,为寒区隧道的养护维修提供参考。

变频供电异步电机端部绕组磁场分析

变频器引入的高次谐波电流会对异步电机端部绕组的振动产生不良影响,而磁场计算是端部绕组电磁力及振动分析的基础。为此,提出了变频器驱动下异步电机端部绕组磁场计算方法,通过二维场路耦合时步有限元法求解定子电流,再将定子电流作为加载条件进行瞬态三维磁场分析。设计了一台实际的三相鼠笼式异步电机,采用所提方法对其进行了建模仿真,同时采用探测线圈测量了端部绕组的漏磁,对比发现仿真结果与试验测量值吻合良好,验证了所提计算方法的准确性。该研究为后续进一步分析端部绕组的振动提供了基础,有助于指导变频供电异步电机的优化设计。

兆瓦级风力发电机导电杆组件温度场分析

随着风力发电机的容量不断提高,发电机的功率损耗和温升较为严重,双馈风力发电机中导电杆组件的温度变化较高,直接关系着整机的寿命和安全运行。通过有限体积法,结合导电杆组件各部分传热,仿真分析了瞬态传热时导电杆组件的温度场,结果表明,铜杆圆柱凸台与环氧树脂绝缘层存在最大的温度变化,产生的热应力容易损害导电杆组件。

非平稳极端风作用下大跨桥梁瞬态风致效应分析

为了研究非平稳风场瞬态效应对风致桥梁响应的影响,基于Hilbert谱进行全桥非平稳风场模拟,采用Cholesky分解嵌入风场空间相性,并引入2-D阶跃响应函数建立了考虑瞬态效应的非平稳风致桥梁抖振响应分析方法。通过下击暴流和台风实测数据提取Hilbert谱,从而高精度地重现真实下击暴流/台风风场。依托某大跨度悬索桥进行非平稳抖振响应分析,探究了非平稳风场瞬态效应对桥梁气动力和抖振响应的影响。研究结果表明:下击暴流风场表现出显著的非平稳特征,时变平均风致瞬态效应明显改变了风-桥耦合系统的气动特征,使阶跃响应函数呈现出显著的时变性,进而影响大跨度桥梁的抖振响应;而在台风风场中,时变平均风致瞬态效应并不显著,对气动力和桥梁抖振响应的影响几乎可以忽略。

CFRP索的风致瞬态动力响应数值模拟与试验

为了对CFRP索在强风作用下的瞬态动力响应进行研究,以50m长CFRP索及其所在风场为耦合模型,采用流固耦合数值方法,分析了多种工况下CFRP索与钢索的风致瞬态响应和风场参数;通过两者响应结果的对比分析获得了CFRP拉索不同于钢索的风致响应特征,并基于现场实桥测试对模拟结果进行了验证。结果表明:在强风作用下,CFRP索与钢索的瞬态响应均较为强烈,跨中节点位移和最大应力均较大;钢索的节点位移时程曲线和应力时程曲线均呈现较显著的非线性,而CFRP索的响应曲线接近线性;斜拉索的倾角对周围流场有重要影响,且同等条件下CFRP索与钢索周围流场不一致,说明风与索之间具有不可忽视的耦合作用。