旋风风能提水系统的研究

旋风风能提水系统是一种新型风力提水系统,该系统由旋风塔和气压差提水装置组成。气流进入旋风塔后产生强涡,于是在其底部形成低压区域,气压差提水装置则利用此低压条件实现提水的目的。本文对这种风力提水系统进行的模型实验研究作了介绍。实验表明：旋风风能提水系统在原理上正确。在旋风式风能系统的旋风塔出口处配以扩压器和降压挡板,可以成倍地降低旋风塔底部压力系统,从而大幅度地提高风力透平功率。为说明扩压器及挡板效应,分别对一般旋风塔和配有扩压器及挡板的旋风塔进行了对比试验。结果表明,后者与前者相比,塔底中心压力系统的绝对值高出约300％,透平功率高出约70％。本文最后对于该系统的实用化问题进行了深入讨论并指出了进一步的研究方向。     

定桨距风力发电机在桨叶深失速区运行研究

定桨距风力发电机结构简单、成本较低,在恒速运行时主要依靠失速性能来调节输出功率.为了进一步提高该型风力发电机的输出功率,需要研究其在叶片深失速区内变速运行,实现在低风速区的最大风能跟踪和高风速区的恒功率控制,从而具有与变桨距变速风力发电机相媲美的功率特性.本文采用鲁棒PID控制器设计转速控制系统,其动态响应特性符合设计要求.实验结果表明,定桨距变速风力发电机能够在设计风速范围内稳定运行,其变速控制系统具有良好的动态响应特性,依靠变速控制系统能够实现低风速区的最大风能跟踪和高风速区的恒功率控制.     

矩形截面S弯扩压器旋流的研究

本文给出了不同进口条件下矩形截面S弯扩压器内旋流场的实验研究结果。在实验中测量了扩压器进口和出口的横向流速分布。当改变扩压器进口高度方向的横向流速度时,在出口截面的横向流一般呈S形状,只是在进口高度方向横向流速度的平均值达到上游导流段平均速度的30％左右时,出口截面才出现单一的旋转流场。研究表明,扩压器出口截面的旋流系数与进口或第二弯出口截面上下壁面静压系数之差有一定的规律关系。这预示着S弯进气道中旋流的大小可以用很简单的静压系数进行监测。     

风能引信电机的超声速实验技术研究

对于榴弹风能引信电机输出特性的研究,过去都是在闭口式风洞中进行实验,但经大量实验证明,闭口式风洞中各种因素的影响,不利于研究榴弹风能引信电机输出性能及抗高转速的问题。笔者应用气体动力学和实验空气动力学理论,设计一种适合榴弹风能引信电机超声速射流实验装置,利用该装置进行了现有各种型号风能引信电机的超声速实验研究。在此基础上,把超声速风能引信电机进气通道改为拉瓦尔喷管形式。采用实验方法选择出最佳喉道面积。最后,通过实弹打靶得到了验证,同时对风能电机的输出电压和频率进行了风洞试验和打靶遥测数据比较,两者吻合较好。研究表明,拉瓦尔喷管形式的引信电机应用速度范围宽,并便于控制电机的转速。该研究解决了多年来引信电机抗高转速的问题。     

数据驱动的风能转换系统最优控制

风能转换系统具有很强的非线性,为了解决风能转换系统的建模困难问题,实现额定风速以下风能捕获率的最大化,根据数据驱动控制理论,在风能转换系统中采用数据驱动的最优控制方法。利用风能转换系统的输入输出数据获取马尔可夫参数,并构造一个数据驱动的控制器状态观测器,通过差分R iccati方程的闭合解设计出最优反馈控制器。仿真结果表明,采用数据驱动的最优控制方法,功率系数和叶尖速比都可以维持在最优值附近,有效地实现额定风速以下风能转换系统的最大风能捕获。     

短突扩扩压器压力特性的数值研究

短突扩扩压器的性能好坏直接影响到短环燃烧室的总体性能 ,压力特性是扩压器性能最重要的衡量指标。为了进一步深入地研究 ,采用三维数值模拟的方法 ,探讨了短突扩扩压器前置扩压器进口马赫数、突扩角和突扩间隙等参数与压力损失间的变化关系 ,并与试验结果进行了比较。计算结果表明 :在本研究的参数范围内 ,总压损失随进口马赫数的增大而变大 ;存在有最佳的内外环突扩角的组合 (βi=40～ 45°,βo=40～ 5 0°)及相对突扩间隙 (δ=1 .48～ 1 .9) ,使得总压损失系数 σ*最小。数值模拟的结果与试验相比 ,其变化规律是相同的 ,最小总压损失系数所对应的各结构和流动参数的范围与试验也是一致的。     

高超声速风洞扩压器试验研究与分析

扩压器是高超声速风洞的关键部件,主要作用是提高出口气流的静压。在某高超声速风洞扩压器上布点测量壁面静压和近壁面皮托压力,并在出口布置尖劈测量出口气流参数,评估扩压器的性能。结果表明:扩压器内的核心流区由于存在逐步衰减的激波-膨胀波系,使气流出现“减速-加速-再减速-再加速”的流动过程;该扩压器能保证风洞正常启动以及试验段流场不受背压的影响;该扩压器的效率与国外类似风洞扩压器效率相当,前室总压较低时,扩压器能起到良好的减速增压的效果,前室总压较高时,扩压器增压效果不明显,扩压器出口气流马赫数偏高。     

弹体脉动压力特征的实验研究

针对弹体模型进行了表面脉动压力特性实验研究,实验马赫数M∞=0. 8、0. 84、0. 86、0. 92、1. 0、1. 15、2. 0、2. 5,实验迎角α=-5°、-3°,0°、3°、5°,沿弹体轴向测量了14个特征点的脉动压力,得到了弹体表面测点的脉动压力系数、频谱曲线以及相关性系数等实验数据.结果表明:脉动压力系数总体上随马赫数增加而降低.不同马赫数.迎角α=0°的条件下沿轴向各测点压力脉动之间的空间相关性有类似的分布规律,且各测点脉动压力基本互不相关.在实验的迎角下,脉动压力系数在弹体表面曲率变化较小的位置基本上不随来流迎角的改变而变化,膨胀拐角肩部位置的脉动压力系数随着迎角的改变而变化较大.超声速来流的功率谱能量峰值所对应的主频出现明显的低频特征;跨音速来流时特征频率随着马赫数的增加而增大,功率谱能量峰值位于特征频率处.     

扩压器叶片可调对离心压气机正转逆流性能的影响

离心压气机正转逆流是综合动力装置在应急动力模式下避免离心压气机温度过高而不得不采取的措施。为了改善正转逆流时离心压气机的功耗,本文提出了角度大幅可调的扩压器叶片组合,并结合三维数值模拟技术,研究了扩压器叶片安装角大幅调节对离心压气机反向流动的影响。分析表明:扩压器叶片安装角调整对扩压器叶片通道和工作叶轮流动通道的影响很大,调整后流动分离区减少、减弱甚至消除了激波,流动更为顺畅;在气源压力和缝隙面积一定时,流量明显增加,但离心压气机的功耗反而变小。同样的反向气流流量下,调整扩压器叶片安装角能显著降低离心压气机的功耗,从而提高综合动力装置的功率输出。     

风力发电机组的混合灵敏度H_∞鲁棒控制

针对风力发电机组非线性系统的不确定性和强干扰等特点,在其数学模型局部线性化基础上,引入一种混合灵敏度H_∞鲁棒控制设计方法,设计了风力发电机组的转速控制器,实现了额定风速以下的风能最大捕获.仿真结果表明:鲁棒控制嚣应用于风力发电机组,具有鲁棒稳定性和抗干扰性能.     

一种Ma0~4TBCC进气道气动设计及性能分析

从TBCC推进系统总体性能需求出发，给出了TBCC进气道捕获面积以及模态转换马赫数确定过程。在此基础上开展基于平动式模态转换装置的马赫数0~4内并联TBCC进气道气动方案设计，给出了进气道单自由度几何调节机构方案及其几何调节规律。通过对涡轮通道典型几何参数的规律化研究，结果表明:方转圆段几何长度、中心点y_m值以及面积变化规律对进气道出口总压恢复系数及马赫数影响较小，对进气道出口流场的均匀度影响较大；就研究的进气道而言，选取方转圆段几何长度为3m，中心控制点y_m=1.5，沿程截面面积变化规律为"先急后缓"的设计较为适宜；Ma=4.0时，设计的TBCC变几何进气道总压恢复系数为0.45，Ma=2.2时，总压恢复系数和畸变分别为0.79和0.15。     

风轮气动特性及新型动力系统的研究

介绍了风轮的空气动力特性及其对应的各种工况，接着介绍了目前风洞中风轮特性实验研究采用的两种基本方法：测力法和加速度法，探讨了这两种测试方法所存在的问题和应用的局限性，特别是在测力法中，目前广泛应用的两种动力系统对风轮气动特性测试的限制。在此基础上提出一种新型的动力系统－采用脉冲宽度调速技术，并以电流控制内环，转速调节外环的双闭环的动力系统，新型动力系统应用于风轮特性测试结果表明，它完全适用于风洞对     

复杂山体下双塔布置超大型冷却塔风致干扰效应研究

以中国西北地区已建成的210m世界最高冷却塔为例，采用风洞试验和CFD数值模拟两种方法，获得了考虑复杂山体（海拔接近冷却塔喉部高度，且距离塔体很近）双塔布置冷却塔表面流场信息和压力分布模式。在此基础上，对比分析考虑复杂山体和建筑干扰时冷却塔表面最大负压、基于极值负风压的干扰系数和平均风压分布特性，并针对最不利工况进行复杂山体和塔群之间的风致干扰机理研究。研究表明:采用风洞试验和数值模拟两种方法得到的冷却塔基于极值负风压的干扰系数分布规律一致，两者最大值相差8%；复杂山体对冷却塔群来流湍流和表面风压分布模式的影响显著，同时受到冷却塔和干扰建筑物之间"夹道效应"的影响，最不利工况下冷却塔基于极值负风压的干扰系数可达1.586，远大于没有复杂山体时的工程常见干扰系数。     

一种变速风力机全风速范围发电策略

由于风力机系统复杂的机械阻尼和大惯量等强非线性因素的存在,增大了控制策略设计与实现的难度。同时,对于变速风力发电系统而言,风力机的转速控制器设计是实现发电控制策略的重要环节。本文首先分析了定桨距变速风力机全风速段的发电策略,针对传统方案所存在的问题,提出了新型的控制策略,该策略在不同运行状态之间的过渡过程迅速平滑,有效降低了系统的动态载荷;其次,基于现有的风力发电系统分析了定桨距风力机的小信号模型,推导了风力机系统的传递函数,并为转速控制环设计了P ID控制器;最后,通过仿真和实验,验证了全风速段发电策略的可行性和有效性。     

架空输电线路风振试验研究

高压架空输电线路是集高耸和大跨度两种特征于一身的风敏感结构体系 ,在风荷载作用下 ,风振效应显著。为了给某高压架空输电线路设计提供准确的风振系数并考查输电导线对塔架风振的影响 ,按照空气动力弹性相似准则设计制作了输电塔架气动弹性模型 ;根据能量平衡原理 ,模拟了塔架两侧的输电导线和地线 ;在大气边界层风洞中进行了风振响应的试验研究。获得了塔架风振响应等重要数据 ,并经回归分析得到了塔架风振系数的数学表达式。研究表明 ,塔架加速度响应随风速增加而增大 ;铁塔横风向加速度响应和顺风向加速度响应处于同一数量级 ,塔架设计和理论计算时应同时考虑顺风向和横风向的风振力 ;导线对铁塔风振的影响程度与风向角有关 ,但就整体而言 ,可以忽略该影响。     

风力机变速变桨的LQG/LTR鲁棒控制

针对变速变桨风力机实际工况下同时存在外界输入噪声及内部测量噪声的问题,采用线性二次型/回路传输恢复(Linear quadratic Gauss/loop transfer recovery,LQG/LTR)方法设计改善某风力机叶轮转速及塔架前后弯曲模态的控制器,增强风力机系统在随机干扰下的鲁棒性能。根据风力机空气动力学的圆盘理论和叶素理论,求解风力机受到的扭矩和推力。基于变速变桨风力机的线化模型,分别进行LQG和LQG/LTR控制器设计,分别仿真输出风力机的叶轮转速、塔架塔顶位移和桨距角时间变化曲线。仿真结果表明,LQG/LTR控制器在满足系统控制目标的情况下,可显著提高风力机系统的鲁棒性能及稳定性。     

高超声速风洞真空系统临界压力比实验研究

临界压力是暂冲式高超声速风洞实验段流场破坏时真空罐中的压力值，临界压力比影响Ma10以上大型高超声速风洞真空系统的设计。在Φ0.3m高超声速低密度风洞中进行了Ma10以上喷管的实验，测量了风洞实验段静压、流场的皮托压力、扩压器内表面前后压力、真空罐压力等参数，了解了各部位流场随真空罐压力升高的变化过程，获得了现有风洞Ma10、Ma12和Ma16各自的流场维持所需临界压力比分别为0.34、0.35和0.5。采用FASTRAN软件模拟了风洞流场建立到破坏的非定常过程，计算结果与实验结果较为一致。临界压力比的获得为类似大型高超声速风洞真空系统设计提供了关键基础数据。     

高超声速低密度风洞带中心锥型扩压器性能研究

扩压器是超/高超声速风洞的关键部件之一，直接影响风洞运行的费效比。然而，对于高超声速低密度风洞而言，试验运行参数范围大、试验气体密度又相对较低，常规的"收缩段-等直段-扩张段"的扩压器结构扩压作用不明显。提出一种带中心锥型扩压器新结构，并在Φ300 mm高超声速低密度风洞中进行扩压性能试验。研究了M16喷管小流量稀薄状态和M8喷管大流量近连续流状态下带中心锥型扩压器的扩压性能，同时，分析了试验段模型对扩压器扩压能力的影响。结果表明带中心锥结构的扩压器适用的风洞运行参数范围更广、扩压性能更优，能有效提高设备试验能力，可为高超声速风洞扩压器设计提供参考。