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基于矿用对旋式通风机因进气道内安置有插板构件而导致风流发生畸变效应为工程背景,采用仿真软件建立通风机相对应的网格结构模型,结合通风机运行效率,模拟结果确定了最优网格划分数量为 6.62×106 个.进一步采取 K-ω湍流模型来对通风机内风流运移状态进行模拟,结果表明:插板后方风流在上下两侧靠近通风机内壁位置处各形成一对方向相反的涡流区,且沿轴向方向下侧的一对涡流区逐渐减小直至消失,而上侧的一对涡流区则向底部位置运移延伸后形成了一对新的涡流区;畸变进气条件下风流整体上湍流脉动程度加剧,风流流线在叶片顶部、中部和根部分别呈现为流动分离、均匀分布和流动聚合现象;畸变区内相对气流角度变小,易发生叶片通道堵塞,严重时导致前级叶轮旋转失速;畸变区内风流流经叶轮后,叶片顶部区域压力最大值和最小值分别为 4.09 kPa和 3.37 kPa,畸变气流对叶片顶部影响显著.
对旋式通风机插板构件仿真模拟畸变进气涡流湍动能
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针对压气机三维计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)优化计算成本高的问题,本文提出一种基于经验损失模型与代理模型的多目标气动优化方法.采用非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS)方法对三维叶型进行参数化降维,并结合少量CFD数据校正综合经验损失模型,搭建快速多目标寻优平台.结果表明,与纯CFD优化相比,本文方法节省了70%以上的计算时间,优化后的单级压气机设计点等熵效率提升了2.3%,失速裕度提高了17.3%,有效实现了兼顾高效率与高稳定裕度的降本增效设计.
轴流压气机经验损失模型NURBS参数化多目标优化
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鉴于多源异构数据之间存在着不易处理的深层非线性耦合,而源荷两端又存在近乎无序的随机波动,传统数据驱动模型在"冷启动"或样本断供的情况下极易陷入预测"失速"的困境.为解决此问题,提出一种融合机理增强型机理数据生成与时空深度交互的微电网负荷态势感知新范式.设计一个多维映射关系的机理仿真模型,用其反演生成高保真物理场景以实现数据增强,继而引入自适应 Hampel滤波作为"净化器".在此基础上,针对性选择了适配物理耦合特征的 CNN-BiLSTM级联架构,利用经参数定制化的 1D-CNN 以捕捉多变量间的局部短时突变,并协同BiLSTM深度挖掘时间序列的双向长程依赖.实验结果表明,所提方法在测试集上的平均绝对百分比误差(MAPE)低至4.90%,决定系数(R2)达0.9102,较传统 LSTM模型预测误差降低 20%,有效解决了传统模型小样本适应性差、预测失速的核心痛点,可为微电网的优化调度与安全稳定运行提供可靠的技术支撑.
微电网负荷态势感知数据增强机理建模CNN-BiLSTM
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大柔性机翼在较大阵风来流下会产生显著变形,其中,几何非线性和气动非线性不可忽略.为研究大柔性机翼在强阵风下的响应,建立了基于几何非线性梁理论与计算流体力学(CFD)方法的流固耦合分析方法.通过对比倒置柔性板风洞试验,验证了该流固耦合仿真的准确性.在此基础上,建立了半展弦比为9的大柔性机翼流体模型和几何非线性梁模型,在雷诺数为105的条件下,对其进行阵风响应计算,研究了不同阵风比下(RG=0.1～0.4)大柔性机翼的动响应特性,特别是对大阵风比(RG=0.4)时阵风诱导的机翼动态失速气动特性进行分析.研究结果表明:随着阵风比的增大,机翼出现了显著的非线性弯曲变形,在 RG=0.4时,机翼的最大弯曲变形达 63%半展长,同时,机翼的弯曲变形使前缘涡(LEV)的展向分布宽度减小,影响了气动力的分布,降低了阵风载荷.
大柔性机翼非线性流固耦合阵风响应动态失速
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导轮表面粗糙度会显著改变液力变矩器的叶片壁湍流结构,进而影响其工作性能,研究导轮表面粗糙度对流场演化规律的影响具有重要的研究意义和应用价值.考虑制造选定几组导轮叶片表面粗糙度,基于计算流体动力学,采用 SST k-ω 湍流模型数值模拟液力变矩器内部流场,对比分析不同导轮表面粗糙度下的三维涡系结构.结果表明:导轮表面粗糙度的变化显著影响其叶片壁湍流结构,随着粗糙度增加,导轮、泵轮、涡轮入口处叶片吸力面高流速区域面积逐渐缩减,速度降幅明显,且整体涡系的混乱程度增加;在失速工况下,随着导轮表面粗糙度的逐级增加,液力变矩器的变矩比与试验值之间的误差相对于光滑叶片分别下降了2.7％、3.6％、4.52％,泵轮转矩系数的误差分别下降了 1.6％、2％、4.45％.研究结果可为液力变矩器流场解析及叶片制造提供一定技术指导.
液力变矩器计算流体动力学湍流模型表面粗糙度三维涡
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针对大容量垂直轴风力机旋转过程中的强非定常动态失速问题,以及翼型气动选型与变桨系统设计之间缺乏匹配准则的工程需求,本文开展了翼型气动特性及变桨轴心位置对变桨力矩的影响规律研究.采用考虑转捩的 Transition SST 四方程湍流模型与滑移网格技术,建立兆瓦级 H 形双叶片垂直轴风力机高精度非定常数值计算模型,并采用高雷诺数斜坡型俯仰动态失速经典实验数据验证了方法的可靠性.针对 NACA0021、S1046、DU250 3 款典型翼型,系统分析了设计尖速比 λ=6 工况下的气动性能,以及 7 组弦向、2 组径向偏移变桨位置对应的变桨力矩全周期特性.结果表明:非对称翼型 DU250 风能捕获效率最优,功率系数(CP)达 0.410,较 NACA0021 提升 6.77%,但其扭矩与变桨力矩幅值最大;S1046 翼型可实现发电效率与载荷稳定性的最优平衡;0.25 倍弦长位置为变桨转轴最优理论设计位置,可显著降低变桨力矩幅值与波动,径向偏移会显著放大变桨力矩.本文研究揭示了翼型几何特征对垂直轴风力机气动性能的影响机理,量化了变桨位置与变桨力矩的映射关系,可为大容量变桨型垂直轴风力机在设计尖速比附近的气动优化设计提供理论支撑.
垂直轴风力机变桨力矩数值模拟翼型动态失速
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为了解决海洋工程重型波浪补偿油缸在钢索断裂时失速冲顶引发的设备和系统安全问题,设计高压大流量重型限速切断阀,搭建含560 L 蓄能器组和 ϕ400 mm测试油缸的专用试验台架,模拟4种不同负载的失速工况开展动态响应性能试验.该限速切断阀为纯液控插装式元件,可独立工作且缩短液压响应回路;试验台通过 4 级阶梯负荷工况复现真实失速过程,结合多通道高频数据采集系统捕捉阀芯和油缸的动态参数.试验结果表明:该阀门在失速工况下220 ms 内可切断主油路,将油缸速度限制在0.016 m/s～0.050 m/s 的安全范围,满足相关标准和海况环境指标要求.此外,提出动力源、卸荷系统和数据采集系统的优化方向.该试验装置可为国产海洋液压安全元件研发和维护提供设备支撑,对提升海洋工程装备的安全性具有重要的工程价值.
重型限速切断阀测试油缸真实工况模拟动态响应试验数据采集
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针对风电叶片前缘长期服役过程中易产生局部缺陷的问题,基于CFD/CSD耦合时域仿真方法,研究了不同前缘缺陷开口尺度下S809翼型在15°～25°攻角范围内的气动弹性响应特性,重点分析失速颤振边界及频率特征.结果表明:在大攻角条件下,前缘缺陷显著改变翼型非定常响应模式,系统呈现低频驰振区、中频涡激强迫振动响应区和高频失速颤振区三种典型形态;其中6%中等尺度缺陷为失稳敏感区,易诱发强失速颤振.前缘缺陷加剧流动分离并提高涡脱频率,在中等缺陷时,分离流与结构耦合作用增强,导致失速颤振临界风速降低;而当缺陷足够大时,非定常分离流引发的涡激强迫响应与结构失稳诱发的失速颤振耦合竞争,反而会抑制或推迟失速颤振的发生.随着攻角增大,非定常气动力增强,不稳定区间明显有一定程度的扩大.研究结果可为风电叶片设计和防失稳策略提供重要的参考价值.
风力机翼型前缘缺陷失速颤振大攻角频率锁定
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主要针对某石化公司炼油厂100万蜡油装置在开工阶段,由于物料组分发生变化,循环氢纯度上升,介质变轻,机组多次出现旋转失速,并伴随振动突变,达到联锁值后触发停机.作者对整个工艺操作及机组SG8000系统状态监测数据进行分析,总结了离心式压缩机在运行过程中出现旋转失速具备的8个典型特征.锁定了机组出现旋转失速的根源,制定了针对性的纠防措施,对今后同类离心式压缩机组的操作、运行及异常处理有着很好的指导意义.
压缩机循环氢纯度流量振动喘振纠防措施
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良好的负载压力特性可使平衡阀阀芯在负载压力过大时适当减小阀口开度,从而阻止流量过度增加,防止系统失速并避免事故发生.为了深入分析板式流量型平衡阀的负载压力补偿特性,明确其关键影响因素及相互作用机制,针对某板式流量型平衡阀的结构设计与工作原理进行分析,重点围绕影响其负载压力特性的多种因素开展多维度研究,系统阐释各因素之间的逻辑关系.结果表明:先导控制压力、负载压力及阀芯结构尺寸均与负载压力补偿特性显著相关,且彼此之间相互影响.补偿阻尼孔直径与负载补偿力负相关,先导阀芯大端直径与负载补偿力正相关.当补偿阻尼孔直径大于1.4 mm 或先导阀芯大端直径大于 11 mm 时,进一步增大补偿阻尼孔直径或先导阀芯大端直径无法继续提升平衡阀的负载补偿能力.因此,补偿阻尼孔直径在适宜范围内取小值、先导阀芯大端直径在适宜范围内取大值,可使平衡阀的动态负载补偿性能更优.当先导控制压力为 1.6～2.8 MPa 时,随负载压力增大,主阀流量呈现先增后减的趋势,相应地先导阀芯和主阀芯位移均随负载压力增大呈现先增后减的趋势,体现了负载压力补偿作用.该研究成果为平衡阀的后续优化与型谱化提供了重要的理论依据,并对同类阀种的设计具有参考价值.
平衡阀负载压力补偿特性仿真分析补偿模型
