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太阳能学报 2023年第4期44卷 9-16页

作者：张强缪维跑刘青松常林森李春张万福上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为提升垂直轴风力机翼型综合气动性能,建立针对多运行工况的翼型优化设计方法。采用CST参数化方法表征翼型几何外形,通过优化的拉丁超立方抽样方法进行空间采样,利用CFD方法计算翼型气动力,并建立径向基函数神经网络代理模型,以翼型小... 详细信息

为提升垂直轴风力机翼型综合气动性能,建立针对多运行工况的翼型优化设计方法。采用CST参数化方法表征翼型几何外形,通过优化的拉丁超立方抽样方法进行空间采样,利用CFD方法计算翼型气动力,并建立径向基函数神经网络代理模型,以翼型小攻角下升力和失速攻角下升阻比最优为设计目标,采用多目标遗传算法在代理模型上进行寻优,获得适用于垂直轴风力机的专用翼型以提高其在不同尖速比下的旋转力矩。对风力机常用翼型NACA0018进行优化,结果表明:以翼型失速攻角和最大升阻比攻角为优化目标,不仅提高了单翼型的升力系数与升阻比,而且将优化翼型应用于垂直轴风力机时还可提升使整机力矩系数。

关键词：垂直轴风力机 CST参数化代理模型优化设计

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垂直轴风力机新型变桨控制策略参数组合气动分析

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太阳能学报 2023年第5期44卷 286-293页

作者：张强缪维跑刘青松李春张万福上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

低尖速比下垂直轴风力机攻角一般较大,流动分离现象较严重,可通过变桨调整叶片攻角以减少叶片流动分离提高其气动效率。以H型Darrieus垂直轴风力机为研究对象,基于攻角随相位角变化规律,提出一种俯仰角控制策略,此控制方式特点是在不同... 详细信息

低尖速比下垂直轴风力机攻角一般较大,流动分离现象较严重,可通过变桨调整叶片攻角以减少叶片流动分离提高其气动效率。以H型Darrieus垂直轴风力机为研究对象,基于攻角随相位角变化规律,提出一种俯仰角控制策略,此控制方式特点是在不同相位角时攻角成比例地减小,在大攻角时大幅减小攻角,而在小攻角时变化幅度较小,之后通过数值计算验证其效果。结果表明:所提俯仰角控制策略可显著提升功率系数;相较单一参数控制策略,不同参数组合的控制策略方式虽然在0°~180°(迎风区)与180°~360°(背风区)的风能捕获效率会相互影响,但提升效果也更好。此外,不连续的俯仰角速度将导致扭矩波动,通过采用权函数对俯仰曲线进行拟合可消除该波动。

关键词：垂直轴风力机变桨控制策略参数组合气动分析

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基于代理模型的风力机翼型动态失速优化设计

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太阳能学报 2023年第6期44卷 343-350页

作者：张强缪维跑常林森刘青松李春张万福上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为改善风力机翼型动态失速性能,利用代理模型方法替代计算流体力学(CFD)方法开展翼型动态失速特性优化设计。通过CST参数化方法构建翼型几何外形,采用优化的拉丁超立方抽样进行试验设计,获得样本点处的气动力参数,建立高斯过程回归模型... 详细信息

为改善风力机翼型动态失速性能,利用代理模型方法替代计算流体力学(CFD)方法开展翼型动态失速特性优化设计。通过CST参数化方法构建翼型几何外形,采用优化的拉丁超立方抽样进行试验设计,获得样本点处的气动力参数,建立高斯过程回归模型,依据改善期望最大准则增加样本点,不断提高模型精度。以降低风力机翼型的平均力矩与阻力系数为优化目标,以平均升力系数不降为限制条件,采用受自然启发的全局进化类遗传算法进行寻优。结果表明:与原始翼型相比,优化翼型综合气动性能更优,尤其是平均阻力与平均力矩系数,分别减小9.57%与16.6%;此外,优化翼型可抑制后缘涡向前缘发展,在一定程度上改善动态失速。

关键词：风力机翼型动态失速 CST参数化代理模型翼型优化

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伸缩式斜柱对垂直轴风力机气动性能影响研究

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太阳能学报 2023年第5期44卷 376-383页

作者：欧华浩叶舟刘青松李根罗帅李春上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为改善垂直轴风力机动态失速特性,提出一种可随风力机方位角变化而自动伸缩的斜柱结构翼型。以NACA0021翼型为研究对象,采用数值模拟方法,分析其对垂直轴风力机动态气动性能的影响。结果表明:伸缩式斜柱在作用方位角内可显著抑制流动分... 详细信息

为改善垂直轴风力机动态失速特性,提出一种可随风力机方位角变化而自动伸缩的斜柱结构翼型。以NACA0021翼型为研究对象,采用数值模拟方法,分析其对垂直轴风力机动态气动性能的影响。结果表明:伸缩式斜柱在作用方位角内可显著抑制流动分离并提高垂直轴风力机转矩,最大风能利用系数较原始翼型提高13.6%;同时,伸缩式斜柱可使最佳工况点向低尖速比偏移,提高整机运行过程中的稳定性。

关键词：垂直轴风力机主动控制流动分离气动性能伸缩式斜柱尖速比

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风透镜优化构型对垂直轴风力机气动性能研究

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太阳能学报 2023年第3期44卷 39-45页

作者：张唯叶舟李春李仙东欧华浩上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

风透镜是一种应用于垂直轴风力机的新型外部辅助装置,为探究风透镜结构对垂直轴风力机气动性能的影响,通过数值模拟的方法,结合贝塞尔曲线对其构型进行优化设计。结果表明:风透镜具有较好的聚风性能,有助于垂直轴风力机气动性能的提升,... 详细信息

风透镜是一种应用于垂直轴风力机的新型外部辅助装置,为探究风透镜结构对垂直轴风力机气动性能的影响,通过数值模拟的方法,结合贝塞尔曲线对其构型进行优化设计。结果表明:风透镜具有较好的聚风性能,有助于垂直轴风力机气动性能的提升,风透镜结构参数中扩散器半开角对风力机气动性能影响较大,法兰次之。风透镜优化构型后可进一步提升垂直轴风力机的风能利用系数和力矩系数,风能利用系数最高可达参考垂直轴风力机的8.60倍,并使垂直轴风力机在更大叶尖速比工况下仍保持较高运行效率,进一步提升其有效运行工况范围。

关键词：风力机数值模拟气动性能垂直轴风透镜贝塞尔曲线

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基于离散元方法的U形管中颗粒不稳定性

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化工进展 2024年第11期43卷 6083-6090页

作者：周英贵高信白鹏博凡凤仙盐城工学院环境科学与工程学院江苏盐城224051 上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

对填充颗粒物料的U形管施加竖直振动时,颗粒将呈现由一个分支向另一个分支定向迁移的不稳定性,该现象对颗粒物料的输运产生重要影响。为探究U形管中颗粒不稳定性的动力学行为及机理,基于离散元方法对颗粒动力学过程进行可视化模拟,分析... 详细信息

对填充颗粒物料的U形管施加竖直振动时,颗粒将呈现由一个分支向另一个分支定向迁移的不稳定性,该现象对颗粒物料的输运产生重要影响。为探究U形管中颗粒不稳定性的动力学行为及机理,基于离散元方法对颗粒动力学过程进行可视化模拟,分析了初始颗粒填充状况对颗粒不稳定性的影响,揭示了颗粒不稳定性的发展与饱和阶段速度场演化特性,考察了壁面摩擦对颗粒不稳定性的影响。结果表明,颗粒不稳定性与自放大效应有关,其发展阶段受到颗粒初始填充状况的影响;而最终饱和阶段U形管两分支颗粒表面高度差与颗粒初始填充状况无关,这与实验报道一致。在颗粒不稳定性的发展阶段,U形管向下运动过程中,水平段颗粒向两竖直分支膨胀,颗粒传输到颗粒量较多而底部颗粒速度较小的分支;在饱和阶段,U形管向下运动时,颗粒量较多分支中的惯性效应引起颗粒底部速度较大,抑制了水平段颗粒向其中的传输,导致颗粒表面高度差的增长停止。壁面滑动摩擦系数过小或过大时,颗粒定向迁移的现象均无法发生。

关键词：颗粒物料不稳定性数值模拟 U形管竖直振动离散元方法

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基于正交试验凹槽-襟翼垂直轴风力机数值研究

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太阳能学报 2023年第5期44卷 294-301页

作者：李根刘青松李春缪维跑岳敏楠上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为改善垂直轴风力机气动特性,对凹槽-襟翼开展研究。以NACA0021翼型为研究对象,采用正交试验设计对格尼襟翼高度、格尼襟翼位置及凹槽直径等参数进行组合,通过数值计算对垂直轴风力机气动性能与流场结构进行研究,分析凹槽-襟翼流动控制... 详细信息

为改善垂直轴风力机气动特性,对凹槽-襟翼开展研究。以NACA0021翼型为研究对象,采用正交试验设计对格尼襟翼高度、格尼襟翼位置及凹槽直径等参数进行组合,通过数值计算对垂直轴风力机气动性能与流场结构进行研究,分析凹槽-襟翼流动控制机理及对垂直轴风力机的作用效果。结果表明:格尼襟翼高度是影响垂直轴气动性能的主要因素,且襟翼高度为1.75%c、位置为1.50c及凹槽直径为1.50%c时效果最佳;同时,凹槽-襟翼通过改变尾缘库塔条件以加速翼型吸力面流体流动,从而改善流动分离,增加翼型表面压差,提高垂直轴风力机气动性能;凹槽-襟翼在低尖速比时对垂直轴风力机作用效果较明显,当尖速比为2.33时,凹槽-襟翼垂直轴风力机平均风能利用系数较原始翼型最大可提高35.82%。

关键词：垂直轴风力机凹槽-襟翼流动控制尖速比风能利用系数

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基于深度学习风力机齿轮箱的故障诊断

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太阳能学报 2023年第5期44卷 302-309页

作者：肖俊青金江涛李春许子非罗帅上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

风力机齿轮箱因长期处于多噪声、高转速工况下运行,振动信号呈现非线性特性,致故障信息难以准确有效提取。基于此,提出自适应白噪声平均集成经验模态分解(CEEMDAN)与卷积神经网络(CNN)联合故障辨别与诊断方法。利用CEEMDAN较强的非线性... 详细信息

风力机齿轮箱因长期处于多噪声、高转速工况下运行,振动信号呈现非线性特性,致故障信息难以准确有效提取。基于此,提出自适应白噪声平均集成经验模态分解(CEEMDAN)与卷积神经网络(CNN)联合故障辨别与诊断方法。利用CEEMDAN较强的非线性特征分解能力将振动信号分解,多重相关系数筛选有效故障特征分量组并剔除冗余分量,再将最佳分量组输入CNN实现故障诊断。结果表明:不同故障状态和信噪比下,较EMD-CNN与EEMD-CNN方法,均突显了所提方法良好的鲁棒性与泛化性。

关键词：风电机组故障诊断信噪比卷积神经网络相关性分析法

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基于深度强化学习的多攻角翼型流动控制研究

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动力工程学报 2024年第12期44卷 1887-1897页

作者：尤孙钰靳智昊董祥瑞宋杨蔡小舒上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流传热重点实验室上海200093

针对弱湍流条件下大攻角翼型产生的流动分离现象,采用柔性演员评论家(Soft Actor-Critic,SAC)深度强化学习(Deep Reinforcement Learning,DRL)算法训练神经网络,并对其进行闭环主动流动控制策略研究。在复杂环境下,通过增添零质量射流约... 详细信息

针对弱湍流条件下大攻角翼型产生的流动分离现象,采用柔性演员评论家(Soft Actor-Critic,SAC)深度强化学习(Deep Reinforcement Learning,DRL)算法训练神经网络,并对其进行闭环主动流动控制策略研究。在复杂环境下,通过增添零质量射流约束,采用三射流进行优化策略研究,获得不同攻角条件下的平均阻力系数。结果表明:使用DRL训练得到的策略控制射流速度,可以高效抑制翼型流动分离;在单射流控制、翼型攻角分别为10°、13°、15°时,平均阻力系数分别减少25%、15.3%、11.7%;在大攻角条件下,基于DRL的主动流动控制方法具有良好的效果,验证了该方法在抑制翼型流动分离中的高效性;合成射流的引入也可以使智能体寻找到更好的控制策略,使阻力系数进一步减小。

关键词：流动控制深度强化学习弱湍流条件多攻角翼型

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变流量水源热泵系统频率与阀开度联合调控策略

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化学工程 2024年第4期52卷 77-81,94页

作者：章轻歌陶乐仁程哲铭丁夏杰上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 上海市动力工程多相流动与传热重点实验室上海200093

为提高变流量水源热泵系统在实际应用过程中的运行性能,分别进行恒定压缩机频率变膨胀阀开度和恒定阀开度变频率实验,提出一种频率-阀开度联合调控的策略并进行协同控制实验,研究该策略对于水源热泵系统性能的影响,并与仅使用电子膨胀... 详细信息

为提高变流量水源热泵系统在实际应用过程中的运行性能,分别进行恒定压缩机频率变膨胀阀开度和恒定阀开度变频率实验,提出一种频率-阀开度联合调控的策略并进行协同控制实验,研究该策略对于水源热泵系统性能的影响,并与仅使用电子膨胀阀或压缩机频率调控进行对比。结果显示:较低频率下电子膨胀阀的调节区间减小,适当增加冷冻水温度可以扩大其调控范围,最高制热量和最优性能系数C_(OP)对应的阀开度相同;频率为45—55 Hz时,调控区间较小,改变冷冻水进水温度对频率的调节特性影响不大,制热量随着频率的升高而升高,C_(OP)随着频率的升高而降低,可根据用户的不同需求选择较优的频率值;频率-阀开度的联合调控策略使系统在2个工况下的最高C_(OP)比仅使用阀开度调节提高了10%和9.9%,比使用频率调节提高了6.5%和7.6%。

关键词：水源热泵压缩机电子膨胀阀联合调控性能系数

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