基于CFD的FPSO风载荷规范计算适用性研究

[目的]目前,设计人员多使用针对大型油轮的OCIMF规范和针对海上平台的API规范对FPSO风载荷进行计算,但因FPSO船舶上层建筑更为复杂,需进一步研究这2种规范对于FPSO风载荷计算的适用性。[方法]建立具有通用型上部模块的某30万吨级大型FPSO数值模型,对恶劣海况下不同风向角、横倾角下的FPSO所受风载荷进行数值模拟,分析其中存在的遮蔽效应;与规范计算结果进行对比分析,讨论在风载荷作用下FPSO受到的横倾力矩。[结果]结果显示,船舶正浮状态受到的最大风载荷和横倾力矩出现在270°风向角;船舶横倾状态下受到的风载荷和横倾力矩比正浮状态更大,最大横倾力矩出现在10.5°横倾角280°风向角;采用API规范和OCIMF规范得到的FPSO风载荷计算结果与CFD计算结果相差较大,二者在270°风向角的结果与CFD分别相差13.6%和24.5%。[结论]数值仿真给出的流场细节有利于分析上部模块间的遮蔽效应,能够较为准确地预报船舶所受到的风载荷,可以为考虑遮蔽效应的FPSO稳性设计提供参考。

基于采空区热源的工作面风温变化规律及控制

针对采空区高温热源漏风携热及机电设备影响工作面温度的问题,以济宁二号矿3302工作面为例,采用数值分析方法,建立了工作面物理模型,研究了基于采空区热源下工作面风流温度的变化情况,分析了不同热源位置、供风量对工作面温度场的影响规律,依据附面层理论及模拟云图,确定了最佳挡风帘尺寸。通过现场实测,布置20 m+10 m风帘的阻隔效果最佳,布置后工作面风温降低2.3℃,能够有效防治采空区内高温热源携热漏风。

猫头刺盾状移动式固沙障防沙效应风洞模拟试验研究

[目的]猫头刺盾状移动式固沙障是运用仿生学原理,由盾状铁网筛与上方扎制固沙灌木猫头刺(Oxytropis aciphylla)茎叶构成的一种新型固沙障。对猫头刺盾状移动式固沙障的防风固沙效应进行试验,以确定最佳固沙障类型,并揭示其防风固沙机理,为野外工程防沙措施的选择和制定提供理论依据。[方法]通过风洞模拟试验,在6,10,14,18 m/s 4个风速条件下测量了猫头刺盾状移动式固沙障的风速流场,并在10,14,18 m/s 3个风速条件下对该固沙障进行了携沙风吹蚀试验。对照分析了原位自然型与不同类型,不同大小仿生猫头刺盾状移动式固沙障的防风沙效应。[结果](1)气流在经过猫头刺盾状移动式固沙障时速度均会减弱,形成明显的减速区。在6 m/s时,减速沉降区均达到了20 H(H为沙障高度,H=11 cm);随着风速增加,减速沉降区缩小。风速10与14 m/s时,减速沉降区为15 H;且在风速18 m/s时,也能维持15 H的减速沉降区。(2)3种风速梯度下,猫头刺盾状移动式固沙障的平均输沙量是无沙障的13.8%(10 m/s风速),21.1%(14 m/s风速),23.4%(18 m/s风速)。[结论]结构完整,直径更大的猫头刺盾状移动式固沙障具有最好的防风沙效果。该移动式仿生固沙障防风沙效果好,可移动,可组合并可机械化编制,在防治荒漠化、防风固沙领域有广阔的应用前景。

高功率Tesla变压器次级绝缘结构电场分析与设计

高功率Tesla变压器在脉冲功率技术领域应用广泛,但其次级线圈处于非均匀电场中,线圈匝间电压分布不均,容易导致匝间绝缘击穿。文中设计了一台双磁心Tesla变压器,利用有限元法建立次级线圈的电场仿真模型,分析其匝间的电场分布情况。针对匝间电压分布不均问题,提出次级线圈首尾两端双线并绕及增加屏蔽环来改善电场分布的措施,使最大场强小于微小油间隙的击穿场强,确保变压器次级线圈的绝缘安全。通过仿真分析发现首尾两端并绕可改善电场分布,但并绕匝数不宜过多。高压端增加屏蔽环后,场强分布更加均匀,最大场强下降62.9%,且最大场强远低于脉冲条件下的油间隙击穿场强,能够满足绝缘设计要求。

基于屏蔽-对消法的反激变换器共模传导噪声抑制方法研究

分析了反激变换器共模(common mode,CM)噪声的特点,并基于屏蔽法与平衡法原理,提出了屏蔽-对消法,在变压器中加入屏蔽-对消绕组层,与原边CM噪声互相抵消的同时,也屏蔽了变压器副边至原边的噪声耦合路径,抑制了变压器内部CM噪声的传导。建立了反激变换器CM噪声传导路径模型,通过实验对比了无屏蔽层、采用全屏蔽铜箔与使用了屏蔽-对消绕组三种变压器结构样机的CM噪声,实验结果验证了屏蔽-对消绕组在反激变换器中抑制CM噪声的有效性。

基于DFSS方法论的全景天窗挡风网优化设计

某乘用车全景天窗总成漏水问题影响车间检测线合格率,返修成本高,极大影响了客户的满意度,本文章通过研究全景天窗从前顶灯处漏水的产生机理,并通过应用六西格玛设计(DFSS)系统工具,针对全景天窗挡风网的结构提出优化解决方案,降低了挡风网异常折叠而导致的漏水故障率,验证结果说明解决方案可靠有效,研究结果对全景天窗总成的设计开发具有理论指导作用。

山地风电场35 kV集电线路耐雷水平分析

以某风电场集电线路雷电绕击杆塔为研究对象,采用ATP-EMTP软件建立集电线路雷击电磁暂态分析模型,对杆塔遭受雷击下集电线路耐雷水平进行分析,分别对未安装避雷器及杆塔底部安装避雷器的两种情况进行分析。结果表明,对于未安装避雷器的杆塔,其绕击耐雷水平较低,大幅值雷电流易引起三相同跳问题;对于安装有避雷器的杆塔,避雷器在一定程度上能提高导线绕击耐雷水平,同时给出相应的防护措施建议,为雷电发多地带风电场防雷保护提供技术参考。

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。

水面光伏漂浮方阵环境荷载快速估算中的关键参数研究

环境荷载计算的可靠性直接关系到水面光伏电站漂浮系统的安全性和经济性。基于相关规范方法、现有文献成果及本文开展的数值模拟,针对3个典型水面光伏系统漂浮方阵受到的风、流、浪等主要环境荷载进行研究,通过综合对比得到方阵首排光伏板和浮体系统的风荷载体型系数、水流阻力系数以及前后排结构的荷载群体遮挡影响系数取值范围,确定浮体方阵波浪荷载的计算方法,同时还对现有各规范的适用性和可靠性进行对比评价。

Discussion on Key Points of Wind Load of Jack-up Unit

The anti-overturning ability and structure safety of jack-up unit in in-place condition are often affected by environment loads, especially wind load. According to the MODU rule, the projected area method is used for calculating the wind load. However, the calculated results are conservative and not good for structure optimization design. In this paper, a 400 ft jack-up is studied as an example. Based on the wind tunnel test and numerical simulation method, some key points of wind load calculation, such as shielding effect, lift effect and shape coefficient of component, are discussed. The study shows that the points mentioned above, which are ignored in the MODU rule calculation, result in the conservative result.

考虑四肢桥塔遮风效应的常泰长江大桥风-车-桥耦合振动研究

常泰长江大桥主航道桥为跨径布置(142+490+1176+490+142)m的双塔双索面双层公铁两用斜拉桥,采用空间钻石型桥塔。为保证该桥因四肢桥塔遮风效应引起风速突变时的行车安全性和舒适性,通过风洞试验测得车-桥组合状态下列车及桥梁的气动力系数和四肢桥塔区桥面风环境,分析线路位置的影响,在此基础上采用ANSYS软件建立该桥有限元模型,采用Matlab编制风-车-桥耦合振动分析程序,研究桥塔遮风效应对风-车-桥耦合振动性能的影响,对比分析风速和车速对列车动力响应的影响。结果表明:四肢桥塔遮风效应会引起连续2次风速突变,风速突变率达86%;四肢桥塔遮风效应使列车车体竖向加速度最大值由0.22 m/s^(2)增加到0.76 m/s^(2),横向加速度最大值由0.20 m/s^(2)增加到0.62 m/s^(2);风速越高,桥塔引起的列车动力响应突变程度越明显;不同车速下桥塔遮风效应对列车动力响应的影响较为接近。

高频LLC谐振变换器的磁集成和一体化PCB绕组优化设计

研究了一种基于磁集成技术和一体化PCB绕组的高频高密度LLC谐振变换器的优化设计与实现方式。LLC谐振变换器的变压器与谐振电感被集成在一个磁芯中,通过将谐振电感配置在变压器副边以实现两个磁件之间更大的磁通相位差。有限元仿真结果表明,相比于分立磁件,集成磁件的体积降低了12%,磁芯损耗降低了23%。此外,为了减小PCB绕组层间电容引起共模噪声,研究了一种针对全桥整流电路的对称一体化PCB绕组实现方式,部分屏蔽层绕组集成为原边绕组以提高绕组利用率。最后,搭建了一台1.2 MHz-750 W-270 V/48 V的LLC谐振变换器,峰值效率达96.6%,功率密度达44 W/mm^(3),共模电流的对比测试结果也验证了所研究的一体化PCB绕组的有效性。

双拱形皮带输送机防护罩风压特性研究

现代大型皮带输送机设备一般设有拱形紧身封闭防护罩,拱形防护罩通常成对出现并安装于栈桥之上,由于栈桥栅栏和护罩间的干扰,其风压特性尚不明确。对双拱形防护罩风压特性进行了风洞试验研究,研究了不同栈桥倾角、不同风场下,双拱形防护罩的升阻力系数、平均及脉动风压系数和极值风压系数,给出了其风压分布规律,并得出了A类地貌下,双拱形防护罩的分区体型系数。研究结果表明:栈桥倾角对风荷载(包括平均、脉动风压系数和升阻力系数)的影响较小,基本可忽略;不同风场对升力系数影响较为明显,其中A类风场整体升力系数低于均匀流场;由于遮蔽效应,防护罩迎风侧的平均风压系数降低了约50%。研究结果可为该类结构强度设计和结构优化提供理论支撑。

不同导风装置对发动机舱热管理的影响

为持续优化某商用车型整车热管理性能,改善整车热流场、优化冷却系统散热性能,利用计算流体动力学(CFD)技术针对不同导风装置对发动机舱流场特性的影响进行了研究。文章在某重型商用车上匹配一款13L燃气发动机,通过优化发动机定位及护风罩结构,对比分析两种不同型式的护风罩对机舱流场的影响,得到了发动机舱内部压力、速度分布,流经冷却系统各个位置的风量及回流情况,为优化机舱热管理提供参考。结果表明,优化后护风罩在额定工况、大扭矩工况机舱内流场流线更均匀,且冷却模块各个位置的流量均有不同程度的增加,回流均有所减小。

地铁盾构区间穿越活塞风道回填过井工艺研究

针对城市地铁区间穿越活塞风道工艺进行研究,创新提出一种盾构机回填过井快速施工工艺。通过多方案比较,回填过井法相比其他传统施工工艺具有明显优势,具体表现为工期占用短、施工成本低、施工质量高、安全风险低、效果显著。文章首先介绍回填过井法的工艺原理及工艺流程,接着阐述盾构机回填过井施工操作要点,然后通过效果检测分析发现该工艺在工期、经济、质量和社会效益方面效果显著,值得大力推广,最后通过对施工过程进行沉降及位移变形监测,证明盾构机推进参数控制合理,穿越风道结构安全,对周边环境影响较小。

大型蒸发冷却发电机定子绕组绝缘电阻测试及分析

本文结合发电机定子绕组蒸发冷却系统组成,提出了不接屏蔽端和接屏蔽端两种测量发电机定子绕组绝缘电阻测量方法,并对定子绕组绝缘电阻测量值偏低进行分析处理,通过不同测试条件下的对比试验,发电机定子绕组在充液状态时,采用接屏蔽端方式能够准确测量定子绕组绝缘电阻。

防干扰电磁屏蔽墙系统在高速铁路中的应用研究

针对京张高铁与北京地球站的电磁兼容问题,结合高铁运行环境,分别从抗风压减载特性和抗干扰能力方面进行分析,研究采用电磁屏蔽墙体方案,总结电磁屏蔽墙体系统在铁路中的适用性,为解决高速铁路电磁兼容问题提供新的解决方案。

高速铁路电磁屏蔽墙的抗风压流场研究

以应用于京张高铁的电磁屏蔽墙体为研究对象,结合高铁运行环境及运营维护模式,建立气流流经普通墙体和电磁屏蔽墙体的数值模拟模型,对比研究受力情况,验证电磁屏蔽墙体可靠性及减载特性。

单列布局下太阳能光伏阵列表面风压分布相互干扰作用分析

为了研究太阳能光伏阵列在单列布局下表面风压分布相互干扰作用,基于大气边界层理论和计算流体动力学的基本原理,利用流体动力学分析软件FLUENT对光伏阵列在单列6行布局0°和180°风向角下的表面风压分布特性进行CFD数值计算分析,通过表面平均风压系数和干扰因子,对比单个太阳能光伏板,探讨与分析了光伏阵列群体之间的风力相互干扰作用。研究表明:光伏阵列群体之间具有明显的遮挡效应,遮挡效应最为显著的是第二排光伏阵列,从第三排开始,光伏阵列平均风压系数变化趋于稳定,遮挡效应随着间距S_(y)的增大逐渐减弱,这为光伏结构在风荷载作用下优化和精细化设计提供理论依据。

车厢间风挡形式对高速列车气动性能的影响

以3节车厢组成的CRH380型列车简化模型为基础,在速度分别为360、420、500km/h的条件下,研究车厢间7种风挡形式对各车厢和车厢连接处气动性能的影响。对比分析结果表明:车厢间风挡形式对车厢的压差阻力和黏性阻力影响不大;上下风挡比侧风挡对车厢的升力影响更大;车厢间采用全风挡与采用典型风挡相比,前者车厢连接处的气动阻力约为后者的7%,而无风挡的车厢连接处的气动阻力约为其50%;若车厢间采用上下和两侧闭式风挡,则车厢连接处的压差阻力约为典型风挡的30%。综合考虑气动性能和工程易实现性,采用上下和两侧闭式风挡形式更适用于高速列车。