风力机周围流场可视化平台设计与教学应用

风力机广泛应用于海上、陆上和建筑物上,而复杂的流固耦合特性成为制约风力机安全、高效、稳定运行的主要因素之一。风力机周围流场可视化在目前教学和科研中存在一定的困难和挑战。该文基于现有的风洞实验室平台,设计风力机气动流场可视化教学实验方案和装置,旨在帮助学生直观认识不同风况下的风力机尾流特性和气动规律,阐明屋顶垂直轴风力机的耦合流动机理和流场变化规律,探明复杂地形和风力机周围流场的时空特征,量化不同参数对风力机流场的影响规律。同时,基于该平台探索“双碳”目标下风力机结构的混合式教学方法,建立教学中发现问题并解决问题的反馈机制。

新型小倾角间冷塔内压及展宽平台风洞试验研究

针对1000MW级小倾角双曲线混凝土冷却塔进行风洞试验,通过1∶500的缩尺模型进行散热器透风率分别为0,0.2,0.4,0.6和0.8的测压试验,研究小倾角间冷塔内部风压与散热器百叶窗开度和风速的关系,以及展宽平台封板上表面、下表面和合压力的平均压力系数最大值、最小值随不同工况的变化。通过试验和分析计算得出内压平均风压系数和展宽平台封板体型系数取值,用于小倾角间冷塔的设计计算。

小尺寸燃烧风洞教学实验平台的开发

为满足燃烧学和流体力学等课程的教学实验需要,开发了小尺寸燃烧风洞教学平台。该平台包括风机段、整流段和实验段,能够实现风速为0~5.5 m/s风场环境的无级调节,为模拟环境风影响下的燃烧行为提供理想风场环境。通过该实验平台,为学生充分掌握环境风作用下油池火燃烧、液体火蔓延行为、森林火蔓延等火灾实验的火焰特性和燃烧机理提供了良好实验条件,有助于加深学生对燃烧风洞流场的认识和理解,提高学生的自主创新与学习能力。

多自由度扑翼飞行器的气动特性

扑翼飞行器的翼型从最初的单段翼逐渐衍生出双段翼,学术界至今尚未对单段翼和双段翼优劣形成共识。为探究两种翼型优劣情况,设计并建造了一种新型扑翼飞行器,实现同一飞行器上单翼模式和双翼模式的转换。采用柔性复合泡沫膜作为翼膜材料,提升飞行器外段翼拍打韧劲。搭建可以模拟来流状态和感知扑翼机瞬时力矩的实验平台,控制扑翼拍打频率,测得不同扑翼模式下的升力数据,控制自由流速,测得不同扑翼模式下的推力数据。数据表明,风速适宜且拍打频率为中高频时,双段翼升力约是单段翼的1.2~1.5倍;同等条件下,单段翼推力约是双段翼的1.8倍。表明目前的双段翼机型技术还不成熟,与自然界鸟类高超的飞行能力不符,有待进一步改进机体技术。

基于虚拟仪器的回流式风洞测试系统设计

为满足矿用风速传感器和煤矿环境监测用气体传感器的检测检验要求,设计了一种基于虚拟仪器的回流式风洞测试系统。其硬件主控单元采用三菱FX系列PLC和三菱A800系列变频器,利用PID控制防爆电机的转速,实现风速的稳定输出;软件开发平台采用LabVIEW,将虚拟仪器技术与测控技术相结合,建立传感器检测系统、数据采集系统、原始数据存储与调用为一体的试验平台,能快速、准确、稳定地进行检测,提高了检测效率。

某电厂空冷钢塔风压特性风洞试验研究

采用同步测压风洞试验技术,对某电厂空冷钢塔内外表面风荷载进行了研究,并考虑了透风率对展宽平台和百叶窗内压系数的影响,得到了塔体的层阻力系数。结果表明:展宽平台和百叶窗的外表面风压分布与上部塔体明显不同,塔体外表面负压极值出现在展开平台以上靠近喉部的高度处;随着透风率增大,冷塔内表面风压系数绝对值减小;在0.3倍塔高以下部分,层阻力系数较大,处于0.6~0.9之间,此高度范围在结构设计时应重点关注。

站台雨棚风振响应及参与振型分析

研究火车站站台雨棚多振型、振型交叉项及荷载谱交叉项对风振响应的影响,并分析计算应考虑的结构频率范围.根据两个火车站的风洞试验及其站台有限元分析,采用频域方法,计算考虑参与振型数量、是否考虑振型交叉项和荷载谱交叉项时的均方位移和内力响应,并通过测点风压谱及振型应变能分析来评价参与振型频率范围的合理性.结果表明,参与振型的数量、振型交叉项及荷载谱交叉项对结构响应均有不同程度的影响;计算考虑3.5Hz以内的振型可以满足精度要求.

风洞6PUUS并联实验台运动位置控制仿真及结构优化

针对风洞模型实验平台的6PUUS并联机构,分析了其工作原理及运动要求,运用并联机构运动学逆解及空间笛卡尔坐标变换理论求出了该类机构在任意实验给定欧拉角下的拉杆运动位置和滑块的运动插补路径。根据空间位置插补求解算法,验证了该算法的正确性。通过仿真分析获得了这类并联机构在工作范围内不发生滑块相撞的关键因素,最后结合机构参数的变化,对比优化前后的拉杆和动平台尺寸参数,证明该方法和仿真程序可以为这类并联机构的优化设计和奇异位形的辅助分析提供帮助。

某火车站站台雨篷风洞试验及响应分析

以某火车站站台雨篷为工程背景,通过风洞试验对雨篷的平均风荷载规律进行了分析,讨论了典型风向角下雨篷上下表面风压相关性,以及表面风压和均方根风压的分布特点,同时采用频域分析法对雨篷进行风振响应分析,通过是否考虑振型交叉项及荷载谱交叉项,分别计算出均方根位移和内力响应,分析了结构的振型交叉项及荷载谱交叉项对风振响应的贡献。

HYSY-981半潜式平台风载荷数值模拟与风洞实验

针对我国深海油气开发拟采用的HYSY-981半潜式平台设计制作了1∶100比例模型,利用风洞实验进行稳态梯度风作用下的抗风特性实验和测定,计算百年重现期的平台整体的风载荷。基于N-S方程,选择剪切应力运输湍流模型、二阶迎风格式离散方法和三维稳态隐式解法对HYSY-981半潜式平台进行构件平均风压分布、形状系数和平台整体的风载荷数值模拟计算。风洞实验结果与数值模拟计算结果基本吻合,验证了数值模拟方法的适用性与实用性。

无站台柱雨蓬结构平均风荷载研究

以某火车站无站台柱雨蓬改造工程为例,通过风洞模拟实验对雨蓬结构的平均风荷载规律进行了研究。讨论了在无周围建筑物影响和典型风向角下,各雨蓬单元的平均风压分布特点,特别对各雨蓬单元之间的风荷载相互干扰现象和机理进行了探讨和分析。结果表明,由于雨蓬单元间的相互干扰,各单元平均风荷载有很大的差别。有关结果可以为类似工程的平均风荷载设计提供指导和参考。

固定式平台上部组块风载荷研究

固定式平台上部组块结构复杂,难以通过统一的公式精确计算平台的风载荷,也难以考量平台模块间的遮蔽和干扰效应。为此,以南海某固定式平台为例,借助国内先进风洞实验室,对平台上部组块进行风洞试验,测定其在全风攻角下的风压分布、各模块的体型系数以及风载荷;并基于CFD技术对其进行数值仿真,将风洞试验结果、数值仿真结果和规范公式计算结果进行对比分析。分析结果表明:风攻角对风压系数、体型系数以及风载荷影响较大,不同风攻角下平台各个模块风压系数和体型系数不同,其值在0.1~2.2范围内变化;数值仿真与风洞试验在计算平台平均风压分布、结构体型系数以及风载荷时比较接近,随风攻角的变化趋势亦基本相同,且仿真结果较风洞结果对风攻角的变化影响反映更加细致。考虑到风洞试验的高昂成本以及模型缩尺的影响,对大型导管架上部组块结构风载荷精细评估时,建议采用数值仿真代替风洞试验。所得结论可为我国导管架平台结构设计和结构安全评估提供参考。

离网型风电系统最大功率实现及测试平台研究

提出一种以发电机电枢电感取代储能电感的改进型设计方案,并利用Matlab/Simulink的计算机仿真技术,结合风力机的控制策略设计,对该方案进行了仿真分析。为进一步验证方案的实用性和合理性,又搭建以开启式风洞为基础的测试平台,模拟风力机在自然风速下的运行特性。实验测试数据与仿真数据的对比结果表明:提出的方案实用可行。

一种基于组件的风洞通用测控平台设计

为了提高风洞测控系统及其软件的可扩展性和重用性,缩短软件开发周期,从风洞测控系统的特性与需求出发,综述了风洞测控软件通用化的现状,并基于面向对象思想和系统架构设计理念,提出了组件化风洞测控软件平台的层次结构,分析了用户定制层和功能实现层的组件划分、组件通信模式/接口和组件封装,讨论了基于组件的风洞测控平台原型系统设计,为风洞测控系统软件的进一步通用化提供了一种思路和方法。

活塞风对地铁车站影响特性及多因素分析

研究目的:为分析多因素下活塞风对地铁车站影响特性,本文以出入口及站台门的进风量为主要分析对象,通过数值模拟和理论分析来研究站台门风口开启面积、活塞风阀开启面积、行车周期及有无迂回风道下活塞风对车站的影响。研究结论:(1)出入口进风量随行车周期的增大先增大后变小,而站台门进风量随着行车周期的增大而减少;(2)单纯地改变站台门风口开启面积对增强活塞风对车站的影响是有限的;(3)屏蔽门单活塞系统模式,建议增设迂回风道,可根据需求调节迂回风道的开关,进而控制和利用活塞风效应对地铁车站的通风量;(4)活塞风阀开启面积越小,出入口进风量越大,活塞风对车站的影响也越大,配合控制站台门风口开启面积与活塞风阀开启面积,能很好地控制活塞风对车站的影响;(5)从方差分析结果可以得出,活塞风阀开启面积对出入口进风量影响最为显著,而站台门风口开启面积对站台门进风量影响显著程度最高;(6)本研究结果能很好地指导环控系统方案设计,为活塞风的控制和利用提供理论基础。

发展产业技术创新服务平台的战略与措施——上海地面交通工具风洞中心的启示

本文通过同济大学上海地面交通工具风洞中心建设与发展的案例分析,为我国产业技术创新服务平台的建设提供有益的战略思路与措施借鉴。在分析其发展历程以及建设运行体制、特点的基础上,从载体、组织定位、机制创新、协同发展等方面剖析上海地面交通工具风洞中心的发展对建设技术创新服务平台的借鉴与启示,并提出推动我国产业技术创新服务平台发展的政策建议。

基于活塞风效应的严寒地区冬季典型地铁车站运行方案

将乌鲁木齐作为严寒地区的典型代表城市,以2种常见的站台门型式(安全门和屏蔽门)为基础,基于当地典型年和典型日的气象参数,研究了不同运行阶段及运行模式下的冬季地铁车站热环境。结果表明:地铁运行初期,地铁车站温度低于规范要求的12℃,综合对比各工况下车站温度和区间温度,屏蔽门+迂回风道闭式运行为最优运行方案,但仍需采取措施提高车站温度;地铁运行近、远期,虽然车站温度和区间温度较初期时有所提高,但在室外温度很低时,各工况下地铁车站温度计算值仍均低于规范要求的12℃,屏蔽门+迂回风道闭式运行仍为最优运行方案。

海上采油平台锚泊状态和拖航状态海面上大气边界层模拟以及海面表层中海流模拟的风洞试验

在７０２所０２风洞中完成的流花１１－１海上采油平台锚泊状态和拖航状态的海面上大气边界层模拟和海面表层５０米内海流模拟的风洞试验，得到了上述三种状态模拟流场的数据。每种状态的模拟流场均有左、中、右、前、后五个风速和湍流度分布剖面。从相应每五个剖面的数据一致性来看，模拟流场的均匀性是好的。风速剖面与要求值之间的偏差一般不超过１０％，绝大部分在６％左右并符合指数律分布。湍流度剖面也基本达到了期望的数值范围和分布规律。因此试验数据是可信的，风洞模拟是成功的。可以进一步用上述模拟流场分别进行流花１１－１海上采油平台水上结构部分和水下结构部分的气动力试验研究。

基于Stewart平台的六维力传感器在风洞天平中应用

主要研究基于 Stewart平台的六维力传感器在风洞天平中的应用 ,及其结构的优化设计。根据最小条件数准则进行运动学设计 ,依据力变换矩阵条件数的各向同性进行结构优化设计 。

梯度风作用下HYSY-981半潜式平台风载荷与表面风压分布研究

针对我国最新建造的HYSY-981半潜式平台,分别采用风洞实验和数值模拟方法研究了稳态梯度风下0～90°风向角工况时平台整体风载荷与表面风压分布规律。平台的风洞实验包括测压与测力实验。通过测压实验得到了平台表面的风压分布和各构件的形状系数,并由此得到了平台的整体风载荷;通过测力实验得到了平台在无偏转和偏转10°时的整体风载荷,并通过实验结果的对比研究了平台偏转及井架孔隙对平台整体风载荷的影响。平台风载荷的数值模拟结果与风洞实验结果基本吻合。