检索结果-南通市图书馆

作者：赵广辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

为解决并联式IDX-SAHP供热系统现存的问题,基于TRNSYS建立相变储能箱耦合并联式IDX-SAHP供热系统仿真模型;改进TRNSYS中相变储能箱的相变温度的定义,同时引入相变材料的凝固温度与融化温度作为相变储能箱的相变温度取值;基于TRNSYS的GEN... 详细信息

为解决并联式IDX-SAHP供热系统现存的问题,基于TRNSYS建立相变储能箱耦合并联式IDX-SAHP供热系统仿真模型;改进TRNSYS中相变储能箱的相变温度的定义,同时引入相变材料的凝固温度与融化温度作为相变储能箱的相变温度取值;基于TRNSYS的GENOPT优化模块,采用Hooke-Jeeves算法对相变储能箱耦合IDX-SAHP供热系统主要设备参数进行优化。本文主要研究内容如下:(1)设计相变储能箱耦合并联式IDX-SAHP供热系统,建立系统的热力学模型和基于TRNSYS的仿真模型,对全年以及典型日的系统性能进行分析,并且以COP、集热量、能耗为指标对系统进行模拟仿真研究。结果表明,所设计系统及运行模式满足负荷要求,引入相变储能箱后,系统平均COP增加,空气源热泵低温运行时间降低,集热器年集热量增加了6.3%,空气源热泵全年制热量降低了12%,系统能耗全年降低了10%,相变系统最佳运行月份为10月份。(2)设计基于TRNSYS的相变储能箱耦合太阳能空气源热泵供热系统仿真模型,利用GENOPT部件调用Hooke-Jeeves算法,以费用年值为优化函数,针对集热器面积、空气源热泵制热量、集热器倾角、集热器方位角、相变储能箱体积以及体积因子等关键参数进行优化分析,并以单位体积下相变储能箱蓄/放热量、集热器逐月平均效率及系统性能系数COP为优化前后评价指标。结果表明:集热器面积取187m、空气源热泵制热量取40.5k W、集热器倾角取44.1°、集热器方位角取-1°、相变储能箱取4m、体积因子取0.1时得最小费用年值,费用年值同比降低21%;优化后单位体积下相变储能箱年放热量提升了15.1%,优化后单位体积下相变储能箱年蓄热量提升了16.5%;以系统性能系数COP为评价指标下优化后系统整体性能受环境因素影响下降,系统更趋于稳定运行。该论文有图75幅,表10个,参考文献61篇。

关键词：太阳能空气源热泵 TRNSYS 相变储能控制策略 Hooke-Jeeves算法 COPS

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风沙环境下风力机叶片磨损特性分析与研究

风沙环境下风力机叶片磨损特性分析与研究

作者：张福生辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

叶片是风力发电机组中风能转换利用的核心部件,然而风中挟带的沙粒对叶片造成冲蚀磨损成为了风沙环境下风力机叶片使用年限降低的关键因素。本文首先借助Solidworks软件对翼型为NACA63(2)-215的水平轴风力机进行三维建模。然后利用Fluen... 详细信息

叶片是风力发电机组中风能转换利用的核心部件,然而风中挟带的沙粒对叶片造成冲蚀磨损成为了风沙环境下风力机叶片使用年限降低的关键因素。本文首先借助Solidworks软件对翼型为NACA63(2)-215的水平轴风力机进行三维建模。然后利用Fluent软件中的DPM离散相模型和MRF多重参考模型相结合的方式,通过积分拉格朗日坐标系下的颗粒作用力微分方程来求解沙粒的运动轨迹。最后研究多因素对叶片磨损率、磨损位置、沙坑磨损深度以及翼型气动性能参数的影响,并通过极差分析找出多因素影响叶片磨损特性规律。结果表明:(1)处在低风速流场的沙粒在出口位置流出时,大多分布在下半区;低转速工况下的沙粒运动状态相较于高转速更缓;受迎风方向影响,相同沙粒的运动轨迹差异明显。(2)风速因素影响下的叶片压力面磨损主要分布在相对位置为84%处的叶片中段(L-L界面),而叶片吸力面的磨损多分布在叶片的前缘;随着风速的增加,叶片表面的磨损率呈增加趋势;沙粒粒径为300μm时叶片表面磨损最为严重;粒径较大的沙粒,阻力系数相对较高;不同质量流量对叶片表面的磨损呈现出位置相同且磨损率成比例;同升力系数相比,阻力系数会随着沙粒质量流量增加略有增大。(3)叶片表面最大磨损率随着转速的增加呈现上下波动,其中最大磨损率峰值出现在15rpm;受迎风方向的影响,叶片吸力面靠近叶尖部分会出现集中磨损区域,其中磨损最严重的是正面30°,磨损位置在(0.29m,0.1m,-36.66m);5种因素在影响磨损率时的优劣排序为沙粒粒径>风速>沙粒质量流量>转速>迎风方向,磨损最严重的组合是风速为20m/s、沙粒粒径为300μm、沙粒质量流量为10kg/s、风力机转速为15rpm、迎风方向为正面30°。该论文有图60幅,表19个,参考文献62篇。

关键词：风力机叶片 DPM离散相模型 RNG k-ε湍流沙粒磨损率

基于粘性修正多自由度点吸收波浪能装置的动力学分析

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基于粘性修正多自由度点吸收波浪能装置的动力学分析

作者：常云辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着经济的增长,社会对能源的依赖度越来越高,太阳能和风能为主的可再生能源利用技术得到了巨大的发展,相比于风能和太阳能,波浪能资源具有更大的能量密度,并且分布更广。在以往对波浪能装置(Wave Energy Converter,WEC)的研究中,往往... 详细信息

随着经济的增长,社会对能源的依赖度越来越高,太阳能和风能为主的可再生能源利用技术得到了巨大的发展,相比于风能和太阳能,波浪能资源具有更大的能量密度,并且分布更广。在以往对波浪能装置(Wave Energy Converter,WEC)的研究中,往往基于势流理论,忽略了流体的粘性效应,而粘性产生的涡流会扰乱WEC周围的流场质点分布,改变其共振频率,在工程应用中,未考虑粘性会过度预测WEC的动态响应,从而削弱WEC的能量转换效率,因此本文针对垂荡点吸收波浪能装置做了如下工作:使用计算流体力学方法,在Star CCM+软件中对波浪水槽进行了瞬态三维动力学模拟,通过自由衰减法对漂浮浮子进行粘性修正,对比实验数据验证了方法的可靠性,分析附加质量、辐射阻尼、高径比和锥角对漂浮浮子粘性的影响。发现阻尼对漂浮浮子粘性的影响更大,随着高径比的增加,粘性对浮子的影响逐渐减弱,而锥角的增大,则会导致粘性对其运动的抑制效果更加明显。通过线性化粘性阻尼的方式,计算不同形状淹没浮子在高速振荡下的粘性阻力系数,并提出倒角圆柱淹没浮子模型,通过涡量场和壁面剪应力分析几何外形对粘性的影响,发现由于浮子壁面形状的改变,附着在浮子表面的涡脱落,圆柱体的粘性阻力系数为1.854,球体为0.276,倒角圆柱体的粘性阻力系数为0.809,相比于圆柱体降低了56.36%。基于势流理论的边界元法,对单体点吸收式波浪能装置的水动力进行了系统的分析,利用ANSYS-AQWA软件,建立垂荡点吸收波浪能装置频域模型,计算了浮子的水动力参数,包括附加质量、辐射阻尼、波浪激励力和运动幅值响应,将不同参数(高径比、吃水深度、锥角系数和最佳PTO阻尼)浮子的水动力进行对比,在粘性修正的基础上,分析不同浮子参数的波浪俘获宽度发现,增加高径比和锥角系数可以增大浮子波浪俘获宽度,吃水深度的增加浮子更容易达到最佳波浪俘获宽度但其峰值更小,当使用最佳PTO阻尼控制后,浮子的俘能更稳定。通过增加点吸收式波浪能装置中淹没体数量,增加系统的自由度,并对浮子无量纲垂直间距进行分析,确保浮子间水动力无相互干扰,对比不同形状和自由度系统的附加质量、辐射阻尼和波浪激励力,在考虑粘性阻尼的基础上,随着WEC系统自由度的增加,淹没体为圆柱体、球体和倒角圆柱的WEC波浪俘获功率分别增加了33%、28.5%和40.2%,系统的共振频率降低了5.5%、5.6%和10.3%,本文提出的倒角圆柱体模型在保留了圆柱体高水动力性能的基础上大大降低了粘性的影响,表现出更好的功率俘获特性。该论文有图76幅,表5个,参考文献63篇

关键词：波浪能点吸收浮子多自由度粘性修正水动力分析

新型扰流片漂浮式风力机平台风波耦合特性研究

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新型扰流片漂浮式风力机平台风波耦合特性研究

作者：刘耀鸿辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

对于海上风电而言,漂浮式风力机的服役环境具有风资源丰富且质量更高,潜力更大的优势,且机组适用水深范围广、布置方式灵活。漂浮式风力机已成为未来风电行业的重要发展方向。随着漂浮式风力机的工作环境逐渐向深水海域发展,漂浮式风力... 详细信息

对于海上风电而言,漂浮式风力机的服役环境具有风资源丰富且质量更高,潜力更大的优势,且机组适用水深范围广、布置方式灵活。漂浮式风力机已成为未来风电行业的重要发展方向。随着漂浮式风力机的工作环境逐渐向深水海域发展,漂浮式风力机除受到不规则波浪力外,还将受到高速湍流风作用。为增加漂浮式风力机在风波联合作用下的稳定性,提出抑制平台摇荡的新型扰流片平台,并在多物理场耦合条件下开展动力学特性分析。论文以安装扰流片的Spar平台和半潜式平台漂浮式风力机为研究对象,基于多物理场耦合方法,研究平台非线性耦合动力学特性、探索提高系泊系统稳定性的方法、分析平台运动对风力机性能的影响,以期为我国海上风电发展以及漂浮式风力机多物理场耦合动力学分析提供理论基础。主要研究内容如下:首先基于叶素动量理论、势流理论及悬链线理论,通过对水动力软件AQWA的二次开发,建立漂浮式风力机多物理场全耦合模型,并以搭载NERL 5MW风力机的Spar平台和半潜式平台验证耦合模型的准确性。通过在其底端安装扰流片,研究扰流片布置高度、布置螺距对平台运动响应影响,对安装扰流片的漂浮式风力机进行频域分析和时域分析。此外,为提高系泊系统可靠性,提出将配重浮筒安装于系泊缆中部,达到为系泊系统提供恢复力的目的,并研究该安装方式在额定工况以及单根系泊失效的事故工况下对漂浮式风力机平台稳定的影响。针对安装扰流片的新型半潜式平台漂浮式风力机,研究不同风浪条件对漂浮式风力机动态响应以及风力机运行性能的影响。结果表明:安装扰流片的Spar平台、半潜式平台漂浮式风力机具有更稳定的水动力特性。对系泊系统安装配重浮筒能够有效降低漂浮式风力机的动态响应。对于新型半潜式平台漂浮式风力机,相比于波浪载荷,对风载荷的变化更加敏感;当海况条件改变后,漂浮式风力机的垂荡响应变化较大,说明新型半潜式平台漂浮式风力机在垂荡方向响应较为敏感。该论文有图65幅,表11个,参考文献71篇。

关键词：漂浮式风力机扰流片多物理场耦合系泊系统浮筒

加柱波浪前缘风力机叶片气动性能分析及优化研究

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加柱波浪前缘风力机叶片气动性能分析及优化研究

作者：高鸽辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

叶片是风力机最为核心的部件,叶片的气动外形会影响其气动性能,从而影响风力机发电效率。近年来,叶片气动外形不断优化,具有良好气动性能的波浪前缘叶片逐渐被利用。但是,传统波浪前缘叶片波谷位置气流由于扰动作用而率先发生流动分离,... 详细信息

叶片是风力机最为核心的部件,叶片的气动外形会影响其气动性能,从而影响风力机发电效率。近年来,叶片气动外形不断优化,具有良好气动性能的波浪前缘叶片逐渐被利用。但是,传统波浪前缘叶片波谷位置气流由于扰动作用而率先发生流动分离,使波浪前缘叶片气动性能提升较少;同时,传统波浪前缘叶片也存在着结构稳定性不佳、叶片刚性较差等问题。因此,本文提出了一种加柱波浪前缘叶片,即在传统波浪前缘叶片相邻的两个波峰之间加装微小圆柱。本文首先利用Solid Works软件对传统波浪前缘叶片和加柱波浪前缘叶片进行三维建模,包括叶片坐标变换,波浪前缘参数选取以及微小圆柱参数选定等;然后利用CFD中的FLUENT软件对传统波浪前缘叶片和加柱波浪前缘叶片进行数值模拟,选用k-?湍流模型和大涡模拟湍流模型对比分析二者的气动性能与外部流场特性等在不同攻角下的变化情况。其次,利用ANSYS中的静力学模块进行叶片表面应力分析,分析在震颤情况下的叶片稳定性以及叶根处受力情况;最后,利用LSSVM算法建立叶片气动性能数据计算模型,然后利用PSO算法对微小圆柱直径与布置位置进行参数优化,确定出最佳值。结果表明,微小圆柱的存在可以提高叶片升力,降低叶片阻力,从而提高叶片升阻比,提升叶片气动性能和空气动力效率;并且能推迟叶片波谷位置的流动分离,减小失速区域,改善叶片流动失速情况;同时可以使叶片抗震颤能力增强,叶根所受应力减小,使叶片不易折断,减少后期的维护、维修费用,从而达到降低风电成本,增加风力发电市场竞争力的目的。该论文有图47幅,表6个,参考文献64篇。

关键词：波浪前缘微小圆柱气动性能数值模拟 LSSVM、PSO算法参数优化

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水平轴风力机桨叶气膜加热的数值模拟与研究

水平轴风力机桨叶气膜加热的数值模拟与研究

作者：于妍鸿辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着当今社会的发展,越来越多的风力机机组建设在北方较寒冷或高海拔地区,当遇到冰冻雨雪天气,风力机桨叶片将会覆盖冰层,影响风力机的气动性。目前,还没有比较成熟的技术适用于风力机桨叶片的防、融冰现象。对于风力机桨叶结冰,一般都... 详细信息

随着当今社会的发展,越来越多的风力机机组建设在北方较寒冷或高海拔地区,当遇到冰冻雨雪天气,风力机桨叶片将会覆盖冰层,影响风力机的气动性。目前,还没有比较成熟的技术适用于风力机桨叶片的防、融冰现象。对于风力机桨叶结冰,一般都采取停机处理,这影响了电网系统正常运行和持久的利用,所以,能够有效防止风机桨叶的结冰的问题,对于风力机发电来讲具有重要意义。本文结合燃气轮机气膜冷却的研究成果,提出一种具有防、融冰功能的风力机桨叶片。本文主要研究成果：(1)通过对二维翼型进行结冰数值模拟,发现当攻角不同时,过冷水滴在翼型前缘结冰的位置也不同,主要受迎风攻角得限制;(2)通过平板三维模拟来初步了解小孔采用顺排布置时,小孔附近的流场和气膜加热效率的分布情况;(3)通过小孔的排列方式不同,对比发现叉排布置比顺排布置覆盖区域大,避免加热死区存在,为改善前缘温度的分布提供理论依据;(4)通过对叶片前缘三排小孔进行数值模拟,结果发现在吸力面、压力面和前缘都能形成气膜覆盖,并且攻角对第二排气膜孔的射流方向产生了很大影响;(5)气膜加热效率η,随着射流气膜距离气膜孔出口距离的增加,加热效率整体趋势减小;(6)通过应力分析和模态分析,发现小孔对整体风机叶片的结构、强度、应力和变形产生一定影响,但是影响并不是很大,不能造成结构共振的影响。

关键词：攻角气膜加热数值模拟有限元分析模态分析

单排孔射流在直线翼垂直轴风力机叶片中的数值模拟研究

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单排孔射流在直线翼垂直轴风力机叶片中的数值模拟研究

作者：刘盼盼辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

随着风电技术的迅速发展,风力机被广泛使用,装机数量一直处于不断增长状态。处于严寒状态下的风力机叶片表面会形成霜或冰等使风力机的气动特性降低,如果结冰严重还会使风力机被迫停机。这样一来就会降低风力机的年发电量,对风力发电非... 详细信息

随着风电技术的迅速发展,风力机被广泛使用,装机数量一直处于不断增长状态。处于严寒状态下的风力机叶片表面会形成霜或冰等使风力机的气动特性降低,如果结冰严重还会使风力机被迫停机。这样一来就会降低风力机的年发电量,对风力发电非常不利,故对风力机进行防、除冰的研究意义重大。本文提出了一种新的防、除冰方法——气膜加热法,对直线翼垂直轴风力机进行防、除冰的设计研究,通过观察叶片表面的成膜情况来确定风力机叶片被保护的程度。本文的研究采用的是数值模拟研究的方法。首先,对二维风力机进行数值模拟研究,通过对比圆柱孔、扩张孔和扇形孔的成膜情况和气动特性,确定气膜孔的最优形状;其次,对三维静叶片进行数值模拟研究,通过对比不同孔径和孔间距气膜加热效率,确定了孔径和孔间距的大小;再次,按照研究好的孔型、孔径和孔间距在风力机叶片上设置气膜孔,并对有孔的三维旋转直线翼垂直轴风力机进行变工况研究,确定出最佳的运行工况。最后,对有、无气膜孔直线翼垂直轴风力机气动特性进行对比分析,发现有无气膜孔的直线翼垂直轴风力机的风能利用系数和转矩系数几乎相同。

关键词：风力机结冰气膜加热气动特性数值模拟

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集气罩的设计及风力机流场的数值分析

集气罩的设计及风力机流场的数值分析

作者：张辉辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

我国风能资源丰富,风能具有的可再生和清洁的特点,风能的利用对于解决能源紧缺问题有着不可替代的作用,现今在风能利用上,主要以中大型水平轴风力机为主,但这种风力机对启动风速要求较大且噪音较大,在低风速区无法工作,低风速区如城市... 详细信息

我国风能资源丰富,风能具有的可再生和清洁的特点,风能的利用对于解决能源紧缺问题有着不可替代的作用,现今在风能利用上,主要以中大型水平轴风力机为主,但这种风力机对启动风速要求较大且噪音较大,在低风速区无法工作,低风速区如城市附近一般采用H型垂直轴升力型风力机,这种风机的尖速比不高,启动特性稍好,但相比较能量的利用还是不足。本文设计一种提高H型垂直轴风力机尖速比和低风速启动特性的方案,并且进一步对方案进行对比分析。本文首先运用空气动力学知识解释风力机四叶片在各象限内的受力理论和作功机理;其次运用数值模拟的方法模拟风力机的真实工作情况,确定了相应的扭矩、升阻比、功率等气动参数,对比加罩方案前后风力机参数,说明风机加罩方案有更理想的气动参数。结果表明,加集气罩后可以提高管中流速,风功率,风轮的风能利用系数。加扩压罩后提高了流速比,提高了风力机的发电效率。最后对整流板进行了设计和分析,结论:H型垂直轴风力机加罩后在低风速地区有更好的适应性。该论文有图92幅,表10个,参考文献52篇。

关键词： H型垂直轴风力机气动力性能气动特性数值模拟

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垂直轴风力机叶片前缘开主副孔成膜特性研究

垂直轴风力机叶片前缘开主副孔成膜特性研究

作者：孟凡丹辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

在全世界气候剧烈变化这个大环境下,频繁的出现极端天气,如果所处地区海拔比较高并且环境比较湿冷,风力机的叶片是非常容易结冰的,叶片结冰后会改变气动性能、降低风力机效率,所以研究风力机叶片防、除冰的方法具有非常重大的意义。本... 详细信息

在全世界气候剧烈变化这个大环境下,频繁的出现极端天气,如果所处地区海拔比较高并且环境比较湿冷,风力机的叶片是非常容易结冰的,叶片结冰后会改变气动性能、降低风力机效率,所以研究风力机叶片防、除冰的方法具有非常重大的意义。本文以燃气轮机气膜冷却技术为基础,提出一种气膜加热法来进行风力机叶片的防、除冰研究。本文运用数值模拟的方法对直线翼垂直轴风力机进行叶片的防、除冰设计研究。首先对二维无孔翼型进行数值模拟,根据双流管模型用MATLAB编程,将得到的风能利用系数与叶尖速比的曲线和数值模拟计算得到的曲线结果进行对比,验证了模型的正确性。然后在主流与射流速度比值不同的情况下,对建立的弦长与气膜孔直径比值不同的模型进行了数值模拟,分析其压强系数、失速特性及气膜加热有效度等,并将开孔模型与无孔模型进行了对比,以使不同的模型在降低开孔对气动性能影响的同时保证良好的加热效果。在研究中发现弦长与气膜孔直径比值不同的情况下,翼型处于不同相位角时,叶片开孔对翼型的气动性能影响不同,同时在主流与射流速度比值过低时,对翼型气动性能影响较大。最后进行三维模型的建立,以主气膜孔与副气膜孔相结合的方式数值模拟分析了三种不同工况下叶片表面形成气膜的效果,发现当主孔直径与副孔直径之差为1毫米,主孔与副孔中心间距为1.83倍的主孔直径时,叶片可以形成比较好的热气膜。

关键词：垂直轴风力机叶片结冰气膜加热数值模拟气动特性

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风力机叶片前缘离散缝射流成膜特性研究

风力机叶片前缘离散缝射流成膜特性研究

作者：陈诚辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

经济社会的高速发展,环境问题的日益加重,促使能源的需求和利用越来越多元化。开发与利用风能日益受到人们的重视。北方较寒冷或高海拔地区等极端气候条件下风力机叶片表面会形成霜或冰等,严重削弱风力机的气动特性,甚至造成风力机被迫... 详细信息

经济社会的高速发展,环境问题的日益加重,促使能源的需求和利用越来越多元化。开发与利用风能日益受到人们的重视。北方较寒冷或高海拔地区等极端气候条件下风力机叶片表面会形成霜或冰等,严重削弱风力机的气动特性,甚至造成风力机被迫停机。这样一来就会降低风力机的年发电量,对风力发电机运行非常不利,故对风力机叶片进行防、除冰的研究意义重大。本文基于燃气轮机气膜冷却原理,结合飞机机翼热气防除冰思想,提出一种新的防、除冰方法——气膜加热法。本文主要采用数值模拟研究手段。首先,对二维无孔风力机进行数值模拟研究,将数值模拟结果与基于双向多流管理论模型,采用MATLAB软件编写程序得到的计算结果对比,佐证数值模拟的可行性,并确定最佳叶尖速比。在此叶尖速比条件下,研究在不同射流速度下不同宽度缝孔翼型的气动特性,发现过高的射流速度会严重削弱翼型气动性能,而当缝孔宽度为3mm及射流速度不高于35m/s时,缝孔翼型气动性能与无孔相比差别不大。并对二维流场及温度场做深层次对比分析以探究射流扰流原因及气膜加热机理;其次,在二维分析基础上对三维风轮进行非稳态数值模拟研究,主要对一体缝及离散缝三维旋转域叶片前缘附近气膜加热有效度进行分析研究,发现离散缝在同样射流速度下,耗费更少的流量,并且气膜保护效果与一体缝相当,因此寻找最佳的射流缝孔高度及缝孔间距是本文一直所追求的,本文并未在这方面过多的研究分析,只是提出一种方法,希望将来有更进一步的深入研究。

关键词：风力机结冰气膜加热气动特性数值模拟