罗湾水电站引水系统过渡过程研究

为了对罗湾水电站增容前后的引水系统过渡过程和机组增容改造对引水系统建筑物的影响进行研究，应用水击计算方法中的电算法进行计算，得出了调压室最低、最高涌浪水位，蜗壳处最大压力水头和机组转速最大升高。结果表明，电站增容后引水系统完全能满足有关规范和设计的要求。     

基于螺旋贝壳仿生的发动机增压器涡轮蜗壳设计提升涡轮性能

增压器蜗壳性能直接影响增压器整体效率和性能。通过降低蜗壳内腔流动阻力、减少蜗壳能量损失对提高增压器效率和性能具有重要意义。海洋螺旋形贝壳在进化过程中形成了减少流体阻力、降低运动过程中流体能量损耗的结构特征。该文以螺旋贝壳为仿生原型,通过逆向工程技术获取贝壳内腔数据,在几何分析的基础上提取内腔截面部分数据作为仿生蜗壳设计原始数据,并完成数学建模。通过数据优化得到增压器涡轮蜗壳仿生设计截面曲线,实现蜗壳仿生曲面设计。建立原型增压器和仿生增压器计算模型,在原型增压器仿真模型与台架试验吻合较好的条件下,采用流体力学软件对原型及仿生优化增压器涡轮效率、流通特性及蜗壳内流态等性能进行仿真分析。结果表明,涡轮流通能力不变情况下,仿生蜗壳使涡轮效率提升3%,最大可提升5%以上;流场分析结果表明,仿生优化蜗壳减小蜗壳壁面附近的流动损失和流道内气流摩擦,壳内流动平稳均匀,无旋流,是涡轮效率明显提高的根源。本文所采用的方法对增压器涡轮性能的提升显著,可以为汽车和农业机械涡轮增压系统设计和优化提供参考和借鉴。     

基于本征正交分解的水平轴风力机非定常尾迹特性分析

风力机的尾流效应对下游风力机的气动性能和疲劳载荷均有重要影响。为了研究叶尖速比对水平轴风力机非定常尾迹特性的影响,该研究在中性大气条件下采用基于致动线模型的大涡模拟（Large Eddy Simulation, LES）方法对不同叶尖速比下运行的风力机进行了数值模拟,并采用本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition, POD）方法对风力机尾迹结构进行了分析。结果表明,叶尖速比对风力机下游12D（D为风轮直径）范围内速度分布有显著影响,随着流向距离的增加,叶尖速比的影响逐渐减弱;风轮尾迹中2D处的速度亏损最大,在下游28.5D附近速度完全恢复;叶尖速比对风力机尾迹湍流强度有很大影响,叶尖速比为2时尾流湍流强度最弱,而叶尖速比为3时尾流湍流强度最大,说明该叶尖速比下尾流与大气边界层掺混作用剧烈,有利于尾迹速度恢复;叶尖速比对风力机尾迹结构的尺度和含能大小有显著影响,叶尖速比为3时尾迹中的大尺度结构及其含能占比最高,随着POD模态阶数的增加,尾流结构尺度和含能逐渐减小;风力机尾迹结构由反向旋转的高、低速涡对组成,其垂向尺度可达到整个边界层厚度,而风力机风能吸收利用效率主要体现在尾迹展向湍涡结构的尺度。该研究可为深入理解叶尖速比对风力机尾迹平均统计特征及结构演化的影响提供依据,为风力机优化设计和运行策略制定提供帮助。     

转轮下环间隙对混流式水轮机内部流动特性的影响

水轮机转轮间隙内的泄漏涡、泄漏流等复杂的湍流易影响水轮机的性能与稳定性。为了分析下环间隙对混流式水轮机能量特性和内部流态的影响,该文基于N-S方程和SST湍流模型,考虑了0.6 Qd(Qd为设计流量工况)、0.8 Qd、Qd、1.2 Qd共4种流量工况,对5种下环间隙下的混流式水轮机模型机进行三维全流道数值计算。通过对比不同下环间隙方案对混流式水轮机效率与容积损失的影响,结合不同水轮机内部流场特征,分析下环间隙与水轮机性能的关系。计算结果表明:下环间隙由0.4 mm增大到1.3 mm,机组泄漏量增大,水轮机效率整体呈下降趋势。其中,当机组在小流量0.6 Qd工况运行时,间隙对水轮机能量特性影响最为明显,效率下降了4.1个百分点。当机组在小流量0.6 Qd与0.8 Qd工况运行时,下环间隙增大,间隙内部流场与尾水管内部流场呈现小幅度恶化;当机组在大流量1.2 Qd工况运行时,下环间隙增大,转轮叶片吸力面压力分布以及尾水管内部流场均得到改善。该研究可为混流式水轮机结构设计提供有效参考。     

双吸泵作液力透平时叶轮内部能量损失机理分析

叶轮是双吸泵作液力透平的核心部件,其性能决定着液力透平的能量回收能力。为研究液力透平叶轮内部能量损失机理,该研究基于熵产理论和数值模拟,采用剪切应力传输（Shear-Stress Transport,SST）湍流模型,分析了不同流量下液力透平各过流部件的能量损失规律。结果表明：叶轮流道内部不稳定流动造成的能量损失和近壁区的内摩擦效应引起的能量损失是整机水力损失产生的主要组成部分;叶轮内部的流动分离、漩涡、动静干涉、强曲率流动以及尾水室内部的死水区对叶轮内部流动状态的反作用等会对能量损失产生较大影响,且平均损失占比高达41%;叶轮近壁区的能量损失主要由叶片和前后盖板与流体间的相互作用导致。研究结果可为双吸液力透平的水力优化设计提供参考。     

离心泵用作液力透平叶轮出口滑移系数的计算方法

为了通过理论的方法预测液力透平的性能,并针对国内外对液力透平滑移系数计算公式研究的空白,借助于离心泵滑移系数计算公式的研究方法和相关理论,结合流体力学中的相关原理研究液力透平叶轮流道中流体的流动形式,推导叶轮出口的滑移系数计算公式以及在考虑叶轮进出口滑移时液力透平的基本能量方程,最后选取模型对滑移系数计算公式进行验证,并与已有试验值进行比较分析。研究结果发现:随着比转数的增加,液力透平叶轮出口的滑移量逐渐减小,且对于大部分低比转数液力透平叶轮进口的滑移量小于叶轮出口的滑移量,而对于中、高比转数的液力透平叶轮进口的滑移量大于叶轮出口的滑移量。叶轮出口滑移量随着叶轮进口直径和出口安放角的增加而增大;随着叶片数的增加而减小;随着进口安放角的增加先增大后减小;而叶轮出口直径和叶轮进口宽度对液力透平叶轮出口滑移系数的影响较小,在研究液力透平叶轮出口滑移时可不考虑二者对液力透平叶轮出口滑移系数的影响。研究结果为采用理论的方法预测液力透平的性能提供参考。     

双吸泵作液力透平叶轮内非定常流动DMD分析

为了精确分析双吸泵作液力透平叶轮内的非定常流动特性,采用SST k-ω湍流模型在设计工况下进行数值模拟。对一个周期的非定常速度场进行动态模态分解(DMD),并结合Q准则,得到前4阶主要模态及其相应的时空信息。分析结果表明：DMD方法将叶轮内复杂的流场特征分解为动静干扰模态、基本模态和耗散模态。其中动静干扰模态占主导地位,频率为叶轮旋转频率,反映出叶轮内流动受静止部件干扰的流动特征,涡结构主要为点状涡和不连续的管状涡;基本模态频率为0Hz,反映出叶片流道几何特征引起的稳态流场特征,涡结构主要为连续的管状涡;3阶及4阶模态为耗散模态,反映出叶轮内流动受静止部件干扰,在叶片上产生的流动分离及不稳定涡结构脱落的特征,以片状涡和不连续的管状涡为主。在特定频率下DMD方法可以对叶轮流场结构进行分解,能够清楚地分析双吸泵作液力透平叶轮内复杂流场的非定常特性。     

风力发电机组振动噪声的数字化仿真技术研究

针对风力发电机的振动噪声问题,探讨了运用声学、动力学、机械振动、机械传动等理论分析机组产生振动噪声的机理,并混合统计能量分析（System Effectiveness Analysis,SEA）、声全息法、结构有限元法以及声学边界有限元分析方法等构建风力发电机振动噪声数字化仿真模型的方法,分析了风力发电机组振动噪声的数字化仿真关键技术并给出了相应的解决方案,为风机组振动噪声的数字化仿真和减振降噪以及结构优化研究提供了新思路和理论依据。     

竹青板作为风电叶片复合材料增强相的性能评价

针对目前玻璃钢叶片存在的问题,采用分级竹青板作为风电叶片复合材料的增强相,并利用INSTRON 5582 Grading能力学试验机进行检测.结果表明:由一二级竹青板制成的分级竹青层积材复合材料,其物理力学性能均达到或超过目前国外风电叶片在用的常规木材/环氧层积材的特性,完全能够替代目前大量使用的玻璃钢叶片材料.     

轴流定桨式水轮机抬机事故分析及防止措施

对小型水电站轴流定桨式水轮发电机组的抬机现象进行了分类，从理论上分析了造成抬机现象的原因，并结合试验研究和现场处理经验，提出了防止抬机事故的几项措施。