随着清洁可再生能源的不断发展,利用洋流能为水下微型无线传感器提供电能已成为研究热点。水下涡激振动能量俘获系统是一种在浅海低流速条件下利用涡激振动效应俘获洋流能的发电装置。本文将非线性恢复力、单向轴承及齿轮齿条机构与振...随着清洁可再生能源的不断发展,利用洋流能为水下微型无线传感器提供电能已成为研究热点。水下涡激振动能量俘获系统是一种在浅海低流速条件下利用涡激振动效应俘获洋流能的发电装置。本文将非线性恢复力、单向轴承及齿轮齿条机构与振动钝体结合,提出一种新型基于洋流能的涡激振动能量俘获系统。采用Van der Pol方程描述流体和钝体间的耦合效应,建立系统流-固-电耦合动力学方程。对系统进行稳定性分析,得到系统在单稳、双稳及三稳态情况下的参数数值范围,将3种稳态下系统的振幅比进行对比,发现系统处于三稳态时具有较强的发电优势。借助数值仿真,通过钝体振动的时域图、相图、分岔图及庞加莱截面详细研究流体参数(水流流速)和结构参数(质量比和阻尼比)对系统位移响应的影响,并分析单向轴承对传动轴转速的影响。分析质量比和阻尼比对发电功率的影响。结果表明,三稳态系统拥有非常丰富的非线性动力学行为,出现混沌运动、多周期运动及准周期运动,阻尼比的变化主要影响发电功率的峰值,而质量比的变化主要影响涡激振动的共振区间范围。展开更多
开式转子发动机具备高效率、高燃油经济性的优点,然而开式转子叶片巨大的噪声辐射是亟待解决的问题。基于非定常涡格法、涡粒子法和Ffowcs-Williams and Hawkings方程,发展了不依赖于空间体网格的开式转子气动-噪声高效预测方法,引入三...开式转子发动机具备高效率、高燃油经济性的优点,然而开式转子叶片巨大的噪声辐射是亟待解决的问题。基于非定常涡格法、涡粒子法和Ffowcs-Williams and Hawkings方程,发展了不依赖于空间体网格的开式转子气动-噪声高效预测方法,引入三维普朗特-葛劳渥法则,进行可压缩性修正。针对NASA(National Aeronautics and Space Administration)SR-7A单排开式转子的起飞工况进行了验证计算,气动结果与NASA试验值和商业软件计算值的误差均小于1%,主要单音噪声与总声压级指向性结果预测误差可低至1 dB以内。在同等研究对象和硬件条件下,本文方法计算所需CPU核时低于通用URANS(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes)计算所需的1%。考虑起飞迎角下的周向不均匀来流畸变,系统研究了SR-7A单排转子在0°~20°来流迎角下的气动参数和噪声特性。结果表明,随着来流迎角的增大,转子的时均推力、功率、效率呈现指数增长趋势,转子桨盘内载荷时均值呈现线性增长趋势。转子各项载荷的非定常波动幅值随着迎角的增大而增加。单个叶片的载荷波动峰谷值与运动相位相比存在17°~56°的相位滞后现象,这与噪声周向指向性结果中的偏转非常相关。在0°~20°迎角内,转子上方总声压级从107 dB降低至99 dB,转子下方位置总声压级从107 dB升高至114 dB。此外,来流迎角与桨盘的相互作用会额外导致最高达73 dB的轴频率单音噪声。针对单排转子的噪声源项解耦分析表明,来流迎角对非定常载荷噪声的增益作用非常显著。本文开发的方法可以用较低成本得到开式转子的非定常气动及噪声特性,并且具备多角度的噪声源解耦能力,为未来低噪声开式转子设计提供了有力工具。展开更多
文摘随着清洁可再生能源的不断发展,利用洋流能为水下微型无线传感器提供电能已成为研究热点。水下涡激振动能量俘获系统是一种在浅海低流速条件下利用涡激振动效应俘获洋流能的发电装置。本文将非线性恢复力、单向轴承及齿轮齿条机构与振动钝体结合,提出一种新型基于洋流能的涡激振动能量俘获系统。采用Van der Pol方程描述流体和钝体间的耦合效应,建立系统流-固-电耦合动力学方程。对系统进行稳定性分析,得到系统在单稳、双稳及三稳态情况下的参数数值范围,将3种稳态下系统的振幅比进行对比,发现系统处于三稳态时具有较强的发电优势。借助数值仿真,通过钝体振动的时域图、相图、分岔图及庞加莱截面详细研究流体参数(水流流速)和结构参数(质量比和阻尼比)对系统位移响应的影响,并分析单向轴承对传动轴转速的影响。分析质量比和阻尼比对发电功率的影响。结果表明,三稳态系统拥有非常丰富的非线性动力学行为,出现混沌运动、多周期运动及准周期运动,阻尼比的变化主要影响发电功率的峰值,而质量比的变化主要影响涡激振动的共振区间范围。
文摘开式转子发动机具备高效率、高燃油经济性的优点,然而开式转子叶片巨大的噪声辐射是亟待解决的问题。基于非定常涡格法、涡粒子法和Ffowcs-Williams and Hawkings方程,发展了不依赖于空间体网格的开式转子气动-噪声高效预测方法,引入三维普朗特-葛劳渥法则,进行可压缩性修正。针对NASA(National Aeronautics and Space Administration)SR-7A单排开式转子的起飞工况进行了验证计算,气动结果与NASA试验值和商业软件计算值的误差均小于1%,主要单音噪声与总声压级指向性结果预测误差可低至1 dB以内。在同等研究对象和硬件条件下,本文方法计算所需CPU核时低于通用URANS(Unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes)计算所需的1%。考虑起飞迎角下的周向不均匀来流畸变,系统研究了SR-7A单排转子在0°~20°来流迎角下的气动参数和噪声特性。结果表明,随着来流迎角的增大,转子的时均推力、功率、效率呈现指数增长趋势,转子桨盘内载荷时均值呈现线性增长趋势。转子各项载荷的非定常波动幅值随着迎角的增大而增加。单个叶片的载荷波动峰谷值与运动相位相比存在17°~56°的相位滞后现象,这与噪声周向指向性结果中的偏转非常相关。在0°~20°迎角内,转子上方总声压级从107 dB降低至99 dB,转子下方位置总声压级从107 dB升高至114 dB。此外,来流迎角与桨盘的相互作用会额外导致最高达73 dB的轴频率单音噪声。针对单排转子的噪声源项解耦分析表明,来流迎角对非定常载荷噪声的增益作用非常显著。本文开发的方法可以用较低成本得到开式转子的非定常气动及噪声特性,并且具备多角度的噪声源解耦能力,为未来低噪声开式转子设计提供了有力工具。
