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空间分割全局灵敏度方法研究及其在风机叶片极限载荷工况中的应用

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工程力学 2024年第5期41卷 224-233页

作者：马远卓赵翔李洪双赵振宙许波峰河海大学能源与电气学院南京211100 中国飞行试验研究院飞机所西安710089 南京航空航天大学航空学院南京210016

全局灵敏度分析,旨在考量结构系统中各输入随机变量对输出响应不确定性及风险水平影响的重要度。它能为后续的可靠度评估、故障诊断、系统设计、预测及优化等提供重要参考。尽管各类全局灵敏度分析方法不断涌现,但高维复杂结构(如风机... 详细信息

全局灵敏度分析,旨在考量结构系统中各输入随机变量对输出响应不确定性及风险水平影响的重要度。它能为后续的可靠度评估、故障诊断、系统设计、预测及优化等提供重要参考。尽管各类全局灵敏度分析方法不断涌现,但高维复杂结构(如风机叶片结构)灵敏度分析仍是目前的难题。该文针对空间分割全局灵敏度分析方法的三种可能计算形式及最优分割方案展开研究,通过标准算例分析和误差理论推导,提出能充分利用样本信息、有效减轻计算负担的求解形式及分割方案,并将其应用于风机叶片极限载荷工况下的全局灵敏度分析中,同时为未来设计更为高效、经济和可靠的风机结构提供参考。

关键词：全局灵敏度分析 Sobol指标空间分割误差分析极限载荷

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格点有效场论中轻核性质的重整化群不变性

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第9期54卷 101-111页

作者：邓宝阁马远卓吕炳楠中国科学院理论物理研究所北京100190 中国科学院大学物理学院北京100049 密歇根州立大学稀有同位素束设施美国东兰辛48824 中国工程物理研究院研究生院北京100193

格点有效场论是原子核第一性原理计算的重要方法之一.它将手征有效场论与蒙特卡罗方法结合,从单核子自由度出发严格求解原子核多体问题.实际计算中,人们需要对手征有效核力进行正规化,引入有限的动量截断以消除发散.原则上最终计算结果... 详细信息

格点有效场论是原子核第一性原理计算的重要方法之一.它将手征有效场论与蒙特卡罗方法结合,从单核子自由度出发严格求解原子核多体问题.实际计算中,人们需要对手征有效核力进行正规化,引入有限的动量截断以消除发散.原则上最终计算结果应不依赖于人为设定的截断尺度,换言之,有效场论计算应具有重整化群不变性.但与此预期相反,近年来很多使用手征有效核力的计算中,发现结果较敏感地依赖于动量截断.本文将结合近年来发展的微扰量子蒙卡方法,基于格点有效场论,研究动量截断对^(3)H,^(4)He与^(16)O基态性质的影响.针对不同的动量截断构造了对应的手征核力,系统计算了这些原子核的基态能量、基态电荷分布与均方根半径.我们发现相比常用的非定域正规化方案,本文所使用的格点正规化方案能够很好地消除结果的动量截断依赖性.

关键词：格点有效场论核结合能电荷半径电荷密度分布重整化群不变性

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停机时风力机塔筒与叶片的涡激机理

太阳能学报 2024年第3期45卷 46-53页

作者：王丁丁赵振宙刘岩刘惠文马远卓罗乔河海大学能源与电气学院南京211100 南通河海大学海洋与近海工程研究院南通226004 南京工业职业技术大学江苏风力发电工程技术中心南京210023

大型化风力机存在塔筒与叶片的脱落涡相互诱导的现象,极大影响机组的安全运行。为探究两者涡激互扰特性,该文以NREL 5 MW风力机为研究对象,分别选取距离地面65、70、75和80 m高度的塔筒与叶片共存的二维截面,开展6、8、10、12与14 m/s... 详细信息

大型化风力机存在塔筒与叶片的脱落涡相互诱导的现象,极大影响机组的安全运行。为探究两者涡激互扰特性,该文以NREL 5 MW风力机为研究对象,分别选取距离地面65、70、75和80 m高度的塔筒与叶片共存的二维截面,开展6、8、10、12与14 m/s风况下数值模拟,并与单塔筒工况计算结果进行对比分析。研究结果表明,叶片与塔筒的尾涡存在严重相互诱导干涉;与单塔筒绕流工况相比,塔筒特定点压力值增长了1.5倍,升力系数出现多个响应幅值且其最大约为单塔筒的6倍;塔筒与叶片尾涡出现相互合并且脱落频率一致,涡激作用增强;塔筒-叶片工况下的涡脱频率较单塔筒降低,更易与风力机低阶固有频率出现交叉,风力机极可能出现共振。

关键词：风力机涡脱落计算流体力学涡激振动尾流

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基于格点有效场论的原子核电荷半径微扰计算

原子核物理评论 2024年第1期41卷 172-177页

作者：马远卓吕炳楠李宁王倩华南师范大学量子物质研究院原子亚原子结构与量子调控教育部重点实验室广州510006 Facility for Rare Isotope Beams Michigan State UniversityMI 48824USA 中国工程物理研究院研究生院北京100193 中山大学物理学院广州510275

原子核格点有效场论(Nuclear Lattice Effective Field Theory)是近些年发展起来的一种高精度原子核第一性原理计算方法。它将手征有效场论与格点量子蒙特卡罗方法有机结合起来,能够在统一的理论框架下构建核力与求解量子多体问题。近... 详细信息

原子核格点有效场论(Nuclear Lattice Effective Field Theory)是近些年发展起来的一种高精度原子核第一性原理计算方法。它将手征有效场论与格点量子蒙特卡罗方法有机结合起来,能够在统一的理论框架下构建核力与求解量子多体问题。近年来新发展出来的波函数匹配(wave function matching)方法与微扰量子蒙特卡罗方法(perturbative quantum Monte Carlo method)为解决著名的“符号问题”开辟了全新的路径。本工作在这些方法的基础上,通过计算两点关联函数发展出格点上电荷半径的微扰计算方法,验证计算表明了本工作的可靠性。使用手征N^(3)LO核力的计算能够很好地复现^(4)He、^(12)C与^(16)O的实验测量结果。

关键词：原子核电荷半径手征有效场论格点微扰计算

基于各项异性多项式分布的风力机三维尾流模型

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哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 153-161页

作者：凌子焱赵振宙刘惠文马远卓刘一格王丁丁河海大学能源与电气学院江苏南京211100

针对风切变效应及风切变与均匀流的风速差产生的质量亏损,本文提出了一种更先进的三维尾流模型,不同于以往高斯模型,该模型假设速度分布为多项式形状,采用了更加直观的物理尾流边界。此外,考虑到尾流边界的各向异性膨胀,给出了横向和垂... 详细信息

针对风切变效应及风切变与均匀流的风速差产生的质量亏损,本文提出了一种更先进的三维尾流模型,不同于以往高斯模型,该模型假设速度分布为多项式形状,采用了更加直观的物理尾流边界。此外,考虑到尾流边界的各向异性膨胀,给出了横向和垂向尾流边界扩展率的表达式,这使得该模型仅根据入流风条件及风力机参数即可确定2个方向上的扩展率。通过陆上(I0=13.4%, 9.4%)和海上(I0=6.9%, 4.8%)风况的大涡模拟数据对本文模型的预测精度进行验证研究。与传统模型相比,本文模型能够更好地预测风力机的垂向和横向的尾流分布,最大和最小误差均最小。

关键词：风电风电场风力机解析模型风速高斯分布大涡模拟湍流

基于鲸鱼优化算法的串列风力机主动尾流控制策略

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中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3702-3709,I0031页

作者：刘一格赵振宙马远卓凌子焱刘惠文刘岩罗乔河海大学能源与电气学院江苏省南京市211100 河海大学海洋与近海工程研究院江苏省南通市226004 南京工业职业技术大学江苏风力发电工程技术中心江苏省南京市210023

主动尾流控制技术通过协调风电场中每台风力机的运行状态,降低上游机组尾流对下游机组的负面影响,进而提高整场发电功率。为探究尾流控制的规律,以10台串列排布的风力机为研究对象,采用Jensen尾流模型与平方和叠加模型计算尾流速度分布... 详细信息

主动尾流控制技术通过协调风电场中每台风力机的运行状态,降低上游机组尾流对下游机组的负面影响,进而提高整场发电功率。为探究尾流控制的规律,以10台串列排布的风力机为研究对象,采用Jensen尾流模型与平方和叠加模型计算尾流速度分布,通过鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)优化风力机的轴向诱导因子分布,并与粒子群优化算法(particle swarm optimization algorithm,PSO)对比。研究结果显示:WOA优化效果更好,收敛速度更快,使风电场输出功率提高了5.63%~42.76%;轴向诱导因子的分布规律和风电场输出功率的优化效果受入流风速影响较小,受风力机的数量及流向间距影响较大。

关键词：风力机主动尾流控制尾流模型鲸鱼优化算法

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考虑叶片影响的风力机塔筒双自由度涡激振动研究

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太阳能学报 2024年第6期45卷 572-580页

作者：王丁丁赵振宙刘岩刘惠文马远卓刘一格河海大学能源与电气学院南京211100

研究叶片影响下风力机塔筒的涡激振动特性。首先,基于计算流体力学(CFD)方法、结构动力学理论以及重叠网格技术,建立塔筒结构的双自由度涡激振动仿真模型,通过与文献试验数据对比,验证模型的准确与适用性。并将该模型用于分析NREL 5 MW... 详细信息

研究叶片影响下风力机塔筒的涡激振动特性。首先,基于计算流体力学(CFD)方法、结构动力学理论以及重叠网格技术,建立塔筒结构的双自由度涡激振动仿真模型,通过与文献试验数据对比,验证模型的准确与适用性。并将该模型用于分析NREL 5 MW风力机塔筒与叶片的双自由度涡激振动。结果表明,采用重叠网格技术和CFD方法相结合,规避了由结构较大振幅所引发的网格畸变和负网格问题,获得了较高的计算精度。相比单塔筒振动工况,考虑叶片对塔筒影响后,两者的尾涡相互干扰与合并现象明显,导致塔筒的双自由运动更为复杂。在约化速度3~11范围内,塔筒横向最大振幅响应约为单塔筒工况的10倍,且振动频率出现“锁定”。

关键词：风力机流固耦合计算流体力学双自由度涡激振动

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复合材料风力机叶片参数化设计及优化

复合材料科学与工程 2024年第8期 39-44,90页

作者：金想想马远卓赵振宙许波峰李洪双河海大学能源与电气学院南京211100 南京航空航天大学航空学院南京210016

风力机叶片重量过大不仅会影响叶片的结构性能,还会增加运输、维修等成本。为解决叶片质量问题,本文选取经典的1.5 MW复合材料风力机叶片,叶片主梁、腹板、前缘和后缘分区铺设不同的复合材料。由于复合材料的铺设厚度从叶根向叶尖呈现... 详细信息

风力机叶片重量过大不仅会影响叶片的结构性能,还会增加运输、维修等成本。为解决叶片质量问题,本文选取经典的1.5 MW复合材料风力机叶片,叶片主梁、腹板、前缘和后缘分区铺设不同的复合材料。由于复合材料的铺设厚度从叶根向叶尖呈现递减趋势,且失效位置也多位于叶根处,故取距离叶根约1/3部分为研究对象来简化问题。为便于后期优化,采用ANSYS APDL参数化构建复合材料风力机叶片模型。考虑到陷入局部最优的情况,选择子集模拟优化方法进行随机优化。设计变量为腹板位置,约束函数为极限载荷下叶片满足位移及Tsai-Wu准则校核,目标为叶片重量最小。通过30组子集模拟优化统计结果可知:当腹板位置约在29.4%、53.3%弦长处时,相较于确定性设计,叶片减重约15.4%。最终结果表明,该优化方法在风力机叶片结构优化方面具有可行性,且优化结果对工程设计具有参考价值。

关键词：风力机叶片复合材料 ANSYS 结构优化子集模拟

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手征三体力与原子核第一性原理研究

中国科学:物理学、力学、天文学 2023年第10期53卷 90-100页

作者：马远卓李健国孙中浩胡柏山张爽许甫荣北京大学物理学院核物理与核技术国家重点实验室北京100871

从第一性原理(ab initio)出发研究原子核已经成为当今理论核物理领域的前沿方向,它不仅能够提供高精度的计算结果与可靠的理论预言,而且能够在有效场论的基础上建立起与底层基本理论(量子色动力学-QCD)联系的桥梁.近年来,随着手征核力... 详细信息

从第一性原理(ab initio)出发研究原子核已经成为当今理论核物理领域的前沿方向,它不仅能够提供高精度的计算结果与可靠的理论预言,而且能够在有效场论的基础上建立起与底层基本理论(量子色动力学-QCD)联系的桥梁.近年来,随着手征核力与量子多体理论的发展与完善,以及新一代超级计算机的不断涌现,原子核第一性原理研究取得了令人瞩目的成就.一方面,在手征有效场论框架下构建起来的核力能够高精度地复现核子-核子散射数据;另一方面,先进的量子多体方法已经能够将第一性原理计算的边界从轻核区推向中重质量核区、从深束缚的稳定核推向滴线区的不稳定核.最近10余年,我们在手征核力和量子多体方法两个方面开展了深入的研究,特别是,手征三体力与连续谱耦合效应.作为手征核力的重要成分,三体力对有限核与核物质的理论描述有着广泛和重要的影响,而连续谱效应则对滴线区原子核的理论计算非常关键.本文综述了我们在手征三体力和含连续谱第一性原理研究方面所取得的进展.

关键词：第一性原理手征三体力共振态连续谱滴线区原子核