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转捩对压气机叶片气动阻尼的影响研究

热能动力工程 2024年第1期39卷 40-49页

作者：彭威李雪松任晓栋顾春伟清华大学能源与动力工程系燃气轮机研究所北京100084

为探究转捩对压气机叶片气动阻尼的影响规律,以某压气机平面叶栅R13为研究对象,通过7通道影响系数法,分别采用转捩模型和全湍流模型,计算了进口马赫数0.6工况下不同攻角和不同叶间相位角的气动阻尼。结果表明:转捩计算得到的攻角范围比... 详细信息

为探究转捩对压气机叶片气动阻尼的影响规律,以某压气机平面叶栅R13为研究对象,通过7通道影响系数法,分别采用转捩模型和全湍流模型,计算了进口马赫数0.6工况下不同攻角和不同叶间相位角的气动阻尼。结果表明:转捩计算得到的攻角范围比全湍流结果窄,同时转捩计算得到气动阻尼随着攻角的增大而逐渐高于全湍流结果,攻角为负值时两者相差较小;转捩和全湍流计算得到的气动阻尼在叶间相位角接近0°时差别较小,但在远离0°时差别较大;转捩影响通过叶片表面压力幅值和相位角改变叶片表面的气动功密度分布,并且主要通过影响压力相位角影响整体气动阻尼;在不同攻角和叶间相位角下,转捩和全湍流计算得到的压力相位角差别较大,导致整体气动阻尼不同;当压气机叶片表面中部存在明显的转捩现象并且攻角较大时,气动阻尼的计算需要考虑采用转捩模型。

关键词：转捩气动阻尼攻角叶间相位角压气机

大跨度单层柔性光伏支架结构气动阻尼的试验研究

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振动与冲击 2024年第10期43卷 21-29页

作者：徐海巍李俊龙何旭辉杜航丁焜炀楼文娟浙江大学建筑工程学院杭州310058 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司杭州311122 中南大学土木工程学院长沙410075

大跨光伏支架结构轻柔,在风荷载作用下易产生显著气动效应。为研究该类结构的气动阻尼特征,对不同风速和张力工况下两种典型倾角(0°和10°)的大跨度柔性光伏支架结构开展气弹风洞试验。基于气弹模型风洞试验结果,分别利用经验小波变换(... 详细信息

大跨光伏支架结构轻柔,在风荷载作用下易产生显著气动效应。为研究该类结构的气动阻尼特征,对不同风速和张力工况下两种典型倾角(0°和10°)的大跨度柔性光伏支架结构开展气弹风洞试验。基于气弹模型风洞试验结果,分别利用经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)和变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)结合改进的随机减量方法(random decrement technique,RDT)识别得到了柔性光伏支架结构在不同风速风向、组件倾角和拉索预张力下的气动阻尼比。研究结果表明,气动阻尼对风向角的变化较为敏感。当组件倾斜铺设时(10°倾角),大跨光伏结构气动阻尼在180°迎风向时会出现负值。张力增加可能导致高风速下平铺组件的气动阻尼比显著降低。气动阻尼比随风速的增加整体呈减小趋势,低风速下基本为正值,而高风速下可能出现负气动阻尼。不同方法识别出的气动阻尼比结果存在一定的差异,但反映出的气动阻尼的变化特征具有一致性。

关键词：变分模态分解(VMD) 经验小波变换(EWT) 气弹试验气动阻尼柔性光伏支架结构

考虑气动阻尼影响的海上风电筒型基础整机运行状态振动模拟研究

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海洋工程 2024年第1期42卷 11-23页

作者：董霄峰贾业萌李文倩姜军倪周欢天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350 天津城建大学经济与管理学院天津300384 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

运行状态下由叶轮旋转效应产生的气动阻尼对海上风电结构振动影响显著,然而当前的数值模拟方法受到计算能力与施加气动阻尼方式的限制,无法真实高效地表征气动力对振动的影响,使得模拟结果与实际工程存在偏差。针对上述问题,以某海上风... 详细信息

运行状态下由叶轮旋转效应产生的气动阻尼对海上风电结构振动影响显著,然而当前的数值模拟方法受到计算能力与施加气动阻尼方式的限制,无法真实高效地表征气动力对振动的影响,使得模拟结果与实际工程存在偏差。针对上述问题,以某海上风电场内1台筒型基础整机为研究对象,考虑气动阻尼效应搭建了整机顺风向振动的简化理论模型,研究气动阻尼对运行状态下整机振动的折减效果,并以折减系数形式引入到数值模型计算中再与原型观测结果进行对比。研究表明:所建理论模型与数值模型的一阶自振频率与实测数据反馈值均相差较小,两类模型对实际工程的适用性良好;理论模型与数值模型同风速下的振动差值稳定,两者动力学上具有很好的同步性;停机工况与运行工况下,模拟塔筒顶部振动位移均方根值与原型观测均方根值平均误差分别为12.19%与7.99%,说明基于考虑气动阻尼效应的振动理论模型对数值模拟结果进行折减是可行的,模拟精度可以满足工程需求。

关键词：海上风电筒型基础有限元模型气动阻尼原型观测

计及气动阻尼效应的接触网正馈线舞动特性(英文)

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Journal of Measurement Science and Instrumentation 2024年

作者：李彦哲金相龙赵珊鹏张友鹏王思华李万润甘肃长风电子科技有限责任公司电子技术研究所兰州交通大学自动化与电气工程学院

针对大风区接触网正馈线舞动特性，提出脉动风场下考虑动态风攻角与气动阻尼效应的计算方法。建立实际尺寸的接触网正馈线流场模型，利用Davenport风功率谱以及线性滤波法模拟脉动风场，并通过编辑Profile文件控制计算域入口风速，仿真... 详细信息

针对大风区接触网正馈线舞动特性，提出脉动风场下考虑动态风攻角与气动阻尼效应的计算方法。建立实际尺寸的接触网正馈线流场模型，利用Davenport风功率谱以及线性滤波法模拟脉动风场，并通过编辑Profile文件控制计算域入口风速，仿真计算脉动风场下正馈线气动特性。建立接触网正馈线结构动力学数学模型与有限元模型，并对正馈线有限元模型施加风荷载，仿真分析正馈线自身运动引起的气动阻尼对其舞动响应的影响，研究考虑气动阻尼时正馈线舞动位移的频域特性，同时与ASCE No.74中计算气动阻尼方法进行对比。结果表明：考虑气动阻尼效应时正馈线舞动幅值显著减小；竖直位移与水平位移一阶共振效应明显减弱，两种方法计算所得舞动轨迹较吻合，本研究对于进一步明确大风区接触网正馈线无覆冰舞动机制具有重要的意义。

关键词：接触网正馈线气动阻尼脉动风场舞动特性非线性动力分析

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基于后缘小翼的翼型动态失速主动控制试验

航空学报 2024年第3期45卷 105-120页

作者：李国强宋奎辉覃晨赵光银吴霖鑫杨永东国防科技大学空天科学学院长沙410073 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所绵阳621000

针对旋翼动态失速导致的非定常载荷增加和失速颤振问题,开展了基于后缘小翼的翼型动态失速主动控制试验,试验雷诺数Re=7.0×10^(5),减缩频率k=0.097。采用动态压力测试手段,重点分析了后缘小翼不同振荡相位差、幅值、平衡迎角对翼型动... 详细信息

针对旋翼动态失速导致的非定常载荷增加和失速颤振问题,开展了基于后缘小翼的翼型动态失速主动控制试验,试验雷诺数Re=7.0×10^(5),减缩频率k=0.097。采用动态压力测试手段,重点分析了后缘小翼不同振荡相位差、幅值、平衡迎角对翼型动态失速的影响规律。结果表明,后缘小翼能以振荡周期T的1/2为时间间隔,周期交替地改变翼型的气动性能,在后缘小翼与翼型振荡相位差为0°的条件下,实现了俯仰力矩峰值降低54.9%的控制效果,同时更大的后缘小翼振荡幅值能实现更好的非定常载荷控制效果,但过大的振荡幅值有可能导致失速颤振。后缘小翼振荡平衡迎角的引入能起到调节升力系数、气动阻尼的作用。

关键词：后缘小翼动态失速失速颤振气动阻尼旋翼

风电机组纯钢塔架和组合式塔架动力特性对比研究

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太阳能学报 2024年第1期45卷 334-341页

作者：陈俊岭高洁冯又全丛欧同济大学土木工程学院上海200092 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司上海200092 北京天杉高科风电科技有限责任公司北京100176

对某风电场2.0 MW风电机组120 m高单管式风力发电钢塔和钢-混凝土组合式风力发电塔的振动进行长期监测,分别采用峰值拾取法(PP)和随机子空间法(SSI)对塔架的模态参数进行识别和分析,并与数值分析结果进行对比。结果表明:两座塔架的振动... 详细信息

对某风电场2.0 MW风电机组120 m高单管式风力发电钢塔和钢-混凝土组合式风力发电塔的振动进行长期监测,分别采用峰值拾取法(PP)和随机子空间法(SSI)对塔架的模态参数进行识别和分析,并与数值分析结果进行对比。结果表明:两座塔架的振动主要以前三阶模态为主,高阶模态的影响不可忽略。相较于钢-混凝土组合塔架,纯钢塔架受塔顶叶轮转动的影响更大,更易发生共振。模态阻尼中气动阻尼占比较大,其与环境风速和桨距角关系密切,与风速呈非线性关系,并且在桨叶变桨时变化明显。对比实测识别和数值分析结果发现,两座塔架的模态频率以及混塔的振型数值分析结果与实测结果比较吻合,钢塔的振型数值分析结果与实测结果存在差异,在运维养护时应重点关注。

关键词：风力发电塔模态识别振动特性气动阻尼有限元分析

均匀流场下平单轴光伏支架扭转气动失稳特征试验研究

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振动工程学报 2024年第5期37卷 838-846页

作者：马文勇康霄汉张晓斌陈伟谭强石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043 江苏国强兴晟能源科技有限公司江苏常州213363

由于发电量明显高于固定式光伏系统,平单轴光伏发电系统近些年得到了广泛的应用。平单轴光伏支架由于扭转刚度较低,在大风天气下容易出现扭转气动失稳现象,从而造成支架结构破坏。为了进一步深入了解该振动的发生条件和机理,本研究通过... 详细信息

由于发电量明显高于固定式光伏系统,平单轴光伏发电系统近些年得到了广泛的应用。平单轴光伏支架由于扭转刚度较低,在大风天气下容易出现扭转气动失稳现象,从而造成支架结构破坏。为了进一步深入了解该振动的发生条件和机理,本研究通过节段模型测振风洞试验研究结构自振频率、倾角、阻尼等参数对扭转气动失稳的影响,分析了气动阻尼和气动刚度随着风速和倾角的变化规律。研究表明,平单轴光伏支架的扭转气动失稳表现出较强的气动耦合效应,气动阻尼和气动刚度是影响平单轴光伏支架气动失稳的重要参数,对风速和倾角的变化较为敏感,该失稳现象具备自激振动的特点;扭转刚度的提高在某些倾角下可以有效地限制振幅,同时可提高结构在各倾角的临界风速;扭转气动失稳的倾角范围为-15°~20°,0°倾角附近临界风速较高,若采用小倾角进行保护时,建议将大风保护角度设为0°。

关键词：气动失稳平单轴光伏支架风洞试验临界风速气动阻尼

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考虑气动阻尼的失调叶盘强迫响应分析

航空动力学报 2022年第10期37卷 2224-2232页

作者：房明昌王延荣北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191 北京航空航天大学江西研究院南昌330096

基于与影响系数法相结合的基础失调模型(FMM)分析多种人为失调在叠加随机失调前、后的强迫响应。采用有限元和计算流体力学方法分别计算得到协调叶盘的模态和气动力影响系数,构建考虑气动阻尼的基础失调模型。通过求解矩阵特征值得到失... 详细信息

基于与影响系数法相结合的基础失调模型(FMM)分析多种人为失调在叠加随机失调前、后的强迫响应。采用有限元和计算流体力学方法分别计算得到协调叶盘的模态和气动力影响系数,构建考虑气动阻尼的基础失调模型。通过求解矩阵特征值得到失调叶盘的模态频率、振型和阻尼比,进而采用模态叠加法得到失调叶盘在行波激励下的强迫响应。结果表明:失调叶盘的强迫响应在考虑气动阻尼后明显减小。以交替失调叶盘为例,在适当范围内增大失调量可以减小强迫响应,该模型的相邻叶片频率差宜取6%,对应失调量为4.32。此外,增大间隔一个叶片的相邻叶片频率差有利于进一步减小强迫响应。

关键词：强迫响应叶盘人为失调基础失调模型(FMM) 气动阻尼

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海上漂浮式风机气动阻尼效应全耦合数值分析

中国海上油气 2023年第6期35卷 144-154页

作者：赵仕伦陈鹏飞程永权上海勘测设计研究院有限公司上海200335 上海海上风能资源开发利用工程技术研究中心上海200335 中国长江三峡集团有限公司湖北武汉430010

海上漂浮式风机的风轮气动阻尼效应对基础运动有重要影响。建立了基于气动-水动-弹性-伺服的全耦合漂浮式风机数值模型,通过自由衰减动态模拟,利用轮毂单一自由度运动模型评估漂浮式风机的纵摇阻尼水平范围;根据初步评估的纵摇阻尼水平... 详细信息

海上漂浮式风机的风轮气动阻尼效应对基础运动有重要影响。建立了基于气动-水动-弹性-伺服的全耦合漂浮式风机数值模型,通过自由衰减动态模拟,利用轮毂单一自由度运动模型评估漂浮式风机的纵摇阻尼水平范围;根据初步评估的纵摇阻尼水平,设置风浪联合工况矩阵对漂浮式风机进行气动阻尼的动态评估。结果表明,动态工况下的漂浮式风机气动阻尼效应与简单评估模型中通过闭环方法计算获得的阻尼曲线变化趋势保持一致;气动阻尼效应对纵摇运动功率谱密度(PSD)曲线影响不显著,能够减缓纵摇运动幅度;与纵摇运动耦合的纵荡固有频率PSD峰值显著体现气动阻尼效应;相同波浪工况下,气动阻尼效应抑制浮体纵摇运动平均值,纵摇PSD曲线及极值统计结果也得出相似结论;小于额定风速时,气动阻尼效应减小纵摇角极大值与平均值之差;高于额定风速时,气动阻尼效应减小浮体纵摇幅值。研究结果为海上漂浮式风机气动阻尼效应评估提供了参考。

关键词：海上漂浮式风机气动阻尼全耦合模型数值模拟浮体运动响应