风力发电塔系统整体建模与模态分析研究

为了判断风力发电塔系统是否能避开共振,需对其进行模态分析。提出了考虑“桨叶-轮毂-机舱-塔筒”耦合的整体建模的方法,可用于风力发电塔系统模态的计算。分别进行了停机阶段、运行阶段和切出阶段的模态分析,对比其频率和固有振型。对比结果表明：三个阶段的频率基本相同,只须验算停机状态下的频率满足规范即可;塔筒的振动形式主要为侧向弯曲振动、前后弯曲振动和扭转振动;桨叶在前十阶的振动形式主要为挥舞振动和摆振,且三桨叶振动存在一定的规律;相对于停机阶段,运行阶段时振型基本相同,切出阶段时振型有较大差异。     

Design and Parametric Investigation of Horizontal Axis Wind Turbine

This research focuses on design and calculations for the horizontal axis wind turbine to fulfill energy demands at small scales in Pakistan. This is the design to produce about 5 kilowatts of electricity to share the load of average home appliances. Area chosen for this research is Pasni, Balochistan in Pakistan to build the wind turbine for electricity. Design values are approximated by appropriate formulas of wind energy design. In current research, turbine blade profile is designed by blade element momentum (BEM) theory. Warlock wind turbine calculator is used to verify the design parameters like wind speed, tip speed ratio (TSR) and efficiency factor. Effects of wind speed, wind power, TSR, pitch angle, blade tip angle, number of blades, blade design and tower height on power coefficient are analyzed in this research. Maximum power coefficient is achieved at a designed velocity of 6m/s. Design analysis is also performed on simulation software ANSYS Fluent. It is observed that designed velocity parameter of this research is very suitable for the turbine blade, so blade designing is perfect according to wind speed range.     

ANSYS在发电机组塔架动力分析中的应用

将有限元软件ANSYS应用在1MW变速恒频风力发电机组塔架动力分析中,通过对风力发电机组塔架进行模态分析,得到风力发电机组塔架的固有频率和振型,并与塔架理论分析结果对比,验证塔架有限元建模的正确性．     

斜风作用下桥塔施工阶段抖振性能

为了研究不同风速、风偏角在施工阶段对桥塔抖振性能的影响,进行了考虑塔吊共同作用的桥塔联合气弹模型风洞试验。试验结果显示:桥塔的抖振位移响应可近似地表示为风速的二次函数,桥塔抖振响应随着风偏角的增加呈非单调变化,施工状态中桥塔顺桥向和横桥向抖振位移响应最大值会出现在非正交风作用下;在施工阶段设计风速下抖振位移响应最大值为0.2746m,在工程可接受范围内,试验得出的抖振位移响应均方根值显著大于抖振时域分析计算值,说明桥塔风洞试验应考虑施工状态和施工机械对其抖振性能的影响。     

码头系泊船舶缆绳线力的混沌解法

码头系泊船舶缆绳张力的理论计算对于缆绳的选取、系泊设备的设计、系泊方式、缆绳预紧力的确定,以及船级社规范的制订都有着重要的指导意义。文中对小波浪水域码头系泊船舶缆绳张力的计算建立了数学模型,引入混沌优化的方法对非线性系泊方程组进行了求解,其结果与实验结果对比有较好的一致性。     

转塔式FPSO单点系泊系统受力计算方法

依据国家有关标准及相关规范,计算了影响FPSO单点系泊系统的风作用力、流作用力和波浪作用力,分析了系泊系统各锚链的受力情况;建立了锚链受力计算模型,将动态锚链受力问题通过静态的计算方法予以核算,为转塔式FPSO单点系泊系统提供了一种简单有效的核算方法。以"南海开拓"号FPSO为例进行验算,计算结果与实际情况基本相符。     

Study on lift-up speed of aerodynamic compliant foil thrust bearings

Objective The experimental study on the lift-up speed of a new kind of compliant aerodynamic foil thrust hearings was performed on the multifunetional test rig established for testing the performances of foil gas bearings. Methods The lift-up speed of foil gas thrust hearing under given axial load was analyzed through the spectrum of axial displacement response in frequency domain. Results The test results indicated that the difference in the spectrum of axial displacement responses before and after lifting up of the rotor was obvious. After lifting up of the rotor, there were only larger components of rotation frequency and lower harmanie frequencies. If the rotor wasn＇t lift-up, there were also larger components of other frequencies in the spectrum. Conclusion So by analyzing the spectrum of axial displacement response, the results showed that the lift-up speed was about 1 860 rpm when the axial load was 31N.     

斜拉桥独塔施工状态风载内力的风洞试验研究

基于均匀流和紊流风场中的桥我洞试验所测得的桥塔空气力静系数及塔顶抖振响应的位均方根,采用线性叠加法及有限法反演,给出设计风速塔底控制截面的顺风向静风及抖振动内。     

桥塔上风传感器安装位置对测量结果的影响

为探讨桥塔上风传感器安装位置对测量结果的影响,以计算流体力学大型商用软件Fluent为平台,采用有限体积法对计算域进行离散,基于k-湍流模型研究了桥塔附近的风场特性.分析了不同来流风速、不同来流风向下桥塔附近风观测点的风速、风向变化规律,给出了相应的风速修正系数和风向角修正值.研究结果表明:桥塔对测量结果的影响较大,桥塔上风传感器的安装位置应经过优化确定.风传感器位于迎风侧时,风速比值在0.45~1.30之间波动;位于背风侧时,风速比值在0.05~1.25之间波动.风传感器较优的安装位置为离塔1.0倍特征尺寸以上,且与来流方向的夹角在(45.0~56.5)范围内.      

THE EDDY LOSSES OF A MAGNETIC THRUST BEARING

Accurate calculations of losses associated with the operation of magnetic bearings are particularly important for high speed applications where the rotor losses are expected to be large and for some particular applications where even low power losses will be critical. Power losses in the magnetic thrust bearing is often neglected, but if there is misaligned in the rotor and bearing, the magnetic field in the thrust bearing is no longer axisymmetric one, or the dynamic control current in the winding is time dependent one, eddy currents are caused to flow inside the conducting material, then the power losses are very important for magnetic bearing design. This paper presents an analytical model of a thrust magnetic bearing, and the magnetic fields, forces and losses of thrust magnetic bearing are calculated. In the calculations the frequency of dynamic control current is up to 1 000 Hz, rotating speed is from 60 rpm to 1 200 rpm, and the non-linearity of material is also taken into consideration. The results shows that if the magnetic field is not saturation, the eddy losses is proportional to dynamic control current frequency and a square function of dynamic control current, and also 5/2 power function of shafts speed.     

塔吊对高柔桥塔风致振动响应的影响

在均匀流场和B类紊流场中测试不同风偏角下有无塔吊情况的塔顶和0.65倍塔高处桥塔的风致振动响应,对设计基准风速下的风振响应进行对比分析,研究塔吊以及流场类型对桥塔风致振动的影响。通过分析可知,塔吊和流场类型对桥塔风致振动的均值几乎没有影响,但会影响风致振动的方差。。     

横向位置对桥上挂车气动特性的影响

在行驶过程中的汽车稳定性、安全性和舒适性会受到侧风的严重影响,因此,侧风稳定性成为汽车空气动力特性的一个重要组成部分。文章以挂车车身为研究对象,采用CFD数值模拟对侧风作用下的汽车气动特性进行了研究,考虑风速、车辆位置以及车辆所受的合成风偏角对汽车气动特性的影响,计算挂车发生侧倾、侧滑的临界风速。结果表明,挂车位于横向不同位置时,在侧风的作用下其气动特性会发生改变,进行车辆的安全性分析时车辆气动力系数应考虑车辆的位置以及车辆所受合成风偏角的影响。     

钢结构异形塔架在风荷载作用下的性能及刚度分析

分析了某钢结构异形塔架在不同荷载作用下的静力和动力性能,以及塔架在各方向风荷载作用下的性能．分析了塔架刚度的影响因素,包括考虑不同横膈布置对刚度的影响及不同连接方式对塔架结构刚度产生的变化．研究表明,风荷载是该塔架设计的控制因素,地震作用和温度应力对其影响不大．     

航空发动机多级叶盘-轴系统扭转耦合振动特性

针对多级叶盘转子结构, 考虑多级叶片弯曲变形和轴扭转变形耦合作用, 引入叶片离心刚化作用, 建立了包含多叶片、2级叶盘和轴的耦合振动模型; 应用哈密顿原理推导了多级叶盘-轴耦合振动微分方程组, 通过数值积分方法得到了系统质量矩阵与刚度矩阵, 进而求解出系统耦合模态; 研究了叶盘固有频率、叶片长度、叶盘间距、叶片扭转角对振动特征的影响。研究结果表明: 2级叶盘-轴系耦合振动包含3类耦合模态, 各阶模态频率以叶盘固有频率为边界相互分离; 叶片长度小于1 m时, 耦合第1、2阶频率受轴半径的影响较大, 叶片长度超过1 m后, 耦合第1、2阶频率受叶片长度的影响较大; 在系统转速为2 000 rad·s-1时, 在不同叶盘间距下, 耦合的3阶模态频率变化幅度分别降低5、3、7 Hz; 转速-频率曲线存在明显的频率转向特征, 叶片扭转角增加60°, 转向区域提高500 rad·s-1; 2级叶盘系统会产生不同于单级叶盘的耦合模态, 短叶片与长叶片均会对耦合频率产生显著影响; 叶片扭转角与叶盘间距的变化会使耦合区域移动, 从而降低可能发生的危险共振。      

波浪荷载作用下各向异性海床瞬态液化研究

为探究各向异性海床在波浪作用下的瞬态液化问题,采用有限元法求解RANS （reynolds averaged navier-stokes）方程及k-ε湍流模型进行数值造波,通过求解Biot多孔弹性方程获得海床瞬态响应,进而建立了波浪-各向异性海床耦合作用的二维数值仿真模型. 在完成对新建模型的验证后,基于此模型系统地研究了波浪及海床特性对各向异性海床瞬态液化的影响. 研究结果表明:海床瞬态液化深度随波高、周期增大而增大,随海床饱和度增大而减小;当海床垂向渗透系数在一定范围内时,海床最大液化深度随垂向渗透系数增大而减小,超出该范围时,海床垂向渗透系数对海床最大液化深度的影响不明显;海床瞬态液化深度对水平方向渗透系数的改变不敏感.      

铁山湾海域风浪数值模拟研究

随着北部湾的快速发展,铁山湾海域将规划建设数百个泊位．基于SWAN建立了该海域风浪数学模型,选取铁山湾海域影响较大的5个风向,研究不同风要素组合作用下的波浪特征,计算得到了建港方案实施前、后的波浪场分布．研究结果表明：S-SSW风向对该海域的风浪影响最大,SE-SSE和SW-WSW风向次之,E-ESE和W-WNW风向的影响相对较小．建港方案实施后,工程区的波浪强度整体小于工程前的;人工岛起到了很好的掩护作用．     

坝陵河大桥桥位风速观测及设计基准风速的计算

架设在峡谷上的大跨度桥梁,由于桥位处地形复杂,离谷底较高,设计基准风速一般无法通过抗风规范查得,需要进行专门的分析或测试。针对坝陵河大桥的设计基准风速问题,分别通过附近气象台站的数据和专门架设的观测塔的观测数据,通过分析得到了桥位处的设计基准风速。对类似地貌大桥建设设计基准风速的取得具有一定的参考意义。     

变速恒频双馈风力发电系统励磁控制策略仿真研究

能源问题正受到全世界的广泛关注,风能的有效开发利用变得愈加重要,因此先进的风力发电技术的研究成为热点。变速恒频（VSCF）双馈风力发电系统是目前风力发电系统的主流,在该系统中,励磁控制技术的研究是关键。对VSCF双馈风力发电机组的基本功率控制策略进行了研究。在额定风速以下运行时,转子励磁控制系统通过双馈发电机转速的控制,跟踪最佳风能利用系数曲线以获得最大功率,给出了最佳风能捕获控制系统励磁控制算法。在高于额定风速运行时,通过变桨距和励磁控制技术相结合实现恒功率控制,建立了简洁、直观的变桨距控制与励磁控制的控制算法,并对控制算法进行了仿真。     

顺向斜风作用下桥面运动车辆气动特性试验研究

顺向斜风对行车安全的影响不容忽略,为考查顺向斜风对运动车辆气动特性的影响,采用移动车辆模型风洞试验装置,针对缩尺比为1/20的车辆和桥梁模型,测试了顺向斜风作用下运动车辆的气动特性,讨论了风速、风向和风屏障等因素对移动车辆气动特性的影响. 结果表明:移动车辆的五分力系数在不同风速时吻合较好;侧向阻力系数、升力系数和点头力矩系数随着合成风偏角的增大而减小;风偏角较小时,风向角对车辆的升力系数有较明显的影响;风屏障使车辆的气动力系数接近0,且明显地改变了车辆气动力系数随风偏角的变化规律;设置风屏障后,车辆阻力系数的变化率受风偏角、车速和风速等条件的影响.      

基于通航安全的董家口港区理论最低潮面的确定

为了解董家口拟建港口的气象、海浪、潮汐情况,方便船舶安全进出及系泊,根据董家口拟建港址海区设立了临时风、海浪、潮汐观测站,按要求进行一年的波浪、潮汐观测,并与临近的国家海洋局小麦岛海洋站、日照海洋站做相关分析.利用调和分析计算当地的理论最低潮面.当地理论最低潮面的确定,直接影响着某个港区码头前沿高程和停泊水域底标高设计的确定,以及航道设计底高程和设计水深的确定,影响港口码头船舶靠离泊安全和船舶进出港的通航安全;同时,也是港口码头和航道设计及建设活动中控制投资的基础.其高低潮面的确定,直接影响着港口及航道项目投资及运营的经济效益,其意义十分重大.