摘要：目的对YSZ和LaMgAl11O19双陶瓷热障涂层不同预热温度和厚度条件下的残余应力进行仿真研究,指导双陶瓷热障涂层的优化设计。方法用Abaqus有限元软件模拟双陶瓷涂层样件制备以及冷却过程中的径向、轴向和剪切残余应力。通过在25~275℃之间每隔50℃选取一个温度点作为样件的预热温度进行仿真,评价不同预热温度下黏结层与双陶瓷层的残余应力值,根据残余应力值确定优化的预热温度为75~125℃。选取100℃预热温度,保持YSZ和LaMgAl11O19双陶瓷层的总厚度为300µm,以50µm为一个区间调整双陶瓷层的厚度比值,研究YSZ和LaMgAl11O19的厚度变化对黏结层和双陶瓷层界面残余应力的影响,确定YSZ和LaMgAl11O19的厚度均为150µm时,获得的残余应力最小。对优化后的陶瓷顶面和不同材料分界面的残余应力进行分析。结果预热温度以及YSZ和LaMgAl11O19的厚度对涂层残余应力有显著影响,预热温度取75℃和125℃之间时,残余应力值普遍较小,其最大值仅为8.2 MPa。预热温度取100℃,YSZ和LaMgAl11O19的厚度均为150µm时的残余应力值普遍较小,其最大值仅为55.2MPa,出现在黏结层和基体材料的界面上。结论预热温度对样件边缘位置的残余应力具有明显的影响,最大残余应力出现在优化的双陶瓷热障涂层基体和黏结层的界面处,从而降低了陶瓷层剥落的风险。

摘要：基于自研的OPTShip-SJTU优化软件,通过改变鸭尾型线,对波浪中航行的国产VISTA型豪华邮轮的总阻力系数、量纲一纵摇和垂荡幅值进行了综合优化和分析。优化过程中采用自由变形、优化拉丁超立方采样方法、计算流体力学、Kriging近似模型以及多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),得到了供决策者选择的Pareto优化解集,选取了4个优化鸭尾进行了数值模拟和验证。鸭尾两侧型线向前收缩和中部型线向后延伸,邮轮的总阻力系数、量纲一纵摇和垂荡幅值可同时得到优化;鸭尾向后伸展,量纲一垂荡幅值略有增加,总阻力系数和量纲一纵摇幅值有所降低,纵摇和垂荡存在优化冲突。研究中采用的优化方法和流程可用于豪华邮轮水动力性能优化,所得结论可为邮轮鸭尾型线设计提供参考。

摘要：采用壁面模化大涡模拟方法,通过近壁面边界层内层流动的壁面应力模型模化处理以及边界层外层和远场流动直接数值求解,对均匀来流中的SUBOFF潜艇主体模型周围的流动进行数值模拟。分析模型平行中体监测点处的壁面脉动压力特性,获得壁面脉动压力的自功率谱密度曲线。平行中体区域的湍流边界层发展较为充分,不同测点处的脉动压力自功率谱密度变化基本相同,随频率增加而逐渐降低。

摘要：目前常用的预报非线性水动力噪声的方法是可穿透积分面FW-H方程,但是当涡量穿过积分面的瞬间会产生虚拟的声压信号,导致计算准确性下降。论文基于原始的FW-H方程预报线性噪声,使用直接体积分方法预报非线性噪声,消除虚假信号干扰,并结合双网格方法来降低计算量。使用开源CFD工具包OpenFOAM求解器进行流场大涡模拟及声学预报计算。以SUBOFF潜艇为研究对象,从近场和远场角度分析非线性声压频域分布特征,并对双网格方法的计算精度和效率进行了分析。研究结果表明,在声网格尺度合适的前提下,双网格方法能够显著提高非线性噪声的计算效率并保证计算精度。

摘要：随着人们对风力发电经济性要求的提高,风机叶片逐渐变得更长、更柔软,风电场也在不断向深远海发展。因此有必要研究气弹性耦合情况下平台运动对风机叶片和风机发电功率的影响。基于弹性致动线模型,研究了纵摇、纵荡运动对浮式风机叶片气弹性的影响,分析了气动功率、气动推力和叶片变形。研究发现:由于强迫运动产生了额外的附加速度,15 MW风机气动功率波动可达3个标准差,风机的平均气动功率也因此而减小;叶片弯曲和扭转变形沿叶片展向呈非线性分布,叶尖挥舞变形最大值可达14 m,在设计塔架、叶片预倾角时应当预留出一定的变形空间;由于平台纵摇运动附加在各截面处的速度不同,叶片的变形会呈现出非对称的波动,这会使风力机叶片产生额外的气动载荷波动和结构响应。

摘要：随着现代社会的飞速发展,传统化石能源已无法满足人们日益增长的能源和环保需求。近年来,风电产业发展迅速,然而受叶片几何尺度限制以及运行中的偏航和剪切风等因素的影响,风机发电功率受到一定限制。该文以NACA2412翼型为研究对象,参考鸮翼前缘做变形处理,基于开源软件OpenFOAM,使用RANS与LES湍流模型分析低雷诺数下,非光滑前缘突节对风机叶片气动性能的影响。数值模拟结果表明:在大攻角下,前缘突节能够改变流向分布规律,减小吸力面的失速,有效缓解由于失速带来的有效功率突降。并同时与原型翼型数据进行对比,发现非光滑前缘突节在一定程度可改善叶片的气动性能,有利于叶片气动功率的提高和提高风机的发电功率。

摘要：随着海上风电产业的快速发展,大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用,但仍面临较大的挑战。一方面,在风、浪等环境载荷的作用下,浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用;另一方面,风力机大型化使得叶片细、长、薄的特点愈发突出,叶片柔性变形十分显著,这会影响到浮式风机的耦合性能。基于两相流CFD求解器naoe⁃FOAM⁃SJTU,结合弹性致动线模型和等效梁理论,建立了浮式风机气动—水动—气弹性耦合响应计算模型,并对规则波和剪切风作用下Spar型浮式风机的气动—水动—气弹性耦合响应进行了数值模拟分析。结果表明,风力机气动载荷使得叶片挥舞变形十分显著,而叶片的扭转变形会明显降低风力机的气动载荷。此外,风力机气动载荷会增大浮式平台的纵荡位移和纵摇角,同时,浮式平台运动响应会导致风力机气动载荷产生大幅度周期性变化。进一步地,叶片结构变形响应会使得浮式风机尾流场的速度损失和湍动能有所降低。

摘要：由于原设计沉井施工方案采用三次制作、两次下沉的施工方法,下沉方式采用排水下沉,因此对沉井的偏移难以控制。为了保证施工质量和施工安全,通过优化施工方案,将施工方法改为多节制作、多次下沉,下沉方式改为排水下沉和不排水下沉结合,使沉井得以顺利实施。

摘要：随着风电产业向深远海发展,浮式风机已经成为海上风机未来的发展趋势。由于复杂的风浪联合环境载荷作用,浮式风机作业时通常会产生大幅度的运动响应,这一方面会使得浮式风机系统受到的水动力载荷更加复杂,另一方面会影响浮式风机的输出功率。因此,如何有效地抑制浮式风机系统的运动响应就成为了设计的关键。基于非稳态致动线模型和两相流求解器naoeFOAM-SJTU,进行了带垂荡板的浮式风机耦合性能研究。首先在OC3-Hywind Spar平台上附加垂荡板,并结合NREL-5 MW风力机建立带垂荡板的浮式风机模型。其次对比不同形状的垂荡板对Spar-5 MW型浮式风机气动—水动耦合结果,分析相同风浪联合作用条件下垂荡板形状对浮式风机耦合响应的影响。研究结果表明:垂荡板能够减小纵荡和垂荡等运动响应幅值,但是对纵摇运动响应影响较小;当垂荡板直径和吃水位置相同时,相同风浪条件下圆形垂荡板能使浮式风机的气动平均功率增大约0.844%,而正方形垂荡板却使平均功率减小1.492%,这说明圆形垂荡板对浮式风机系统的作用效果整体而言优于正方形。

摘要：随着海上风电产业的快速发展,海上风机的发展方向逐渐趋于大型化。同时,海上环境复杂多变,剧烈的风浪流耦合条件会对风机气动性能产生较大影响,使得大型浮式风机气动性能的研究尤为重要。该文以某款17 MW浮式风机为研究对象,基于课题组自主开发求解器FEWT-SJTU数值研究了风浪联合作用下浮式风机的气动性能,对比分析了不同平台运动自由度对气动性能的影响。研究结果表明:风机气动性能受纵荡运动和纵摇运动影响严重,除纵荡、纵摇外的其他4个自由度运动可有效减弱叶根切向弯矩的波动幅度;纵荡运动和纵摇运动影响气动性能的本质区别导致单纵荡条件和其他条件的气动功率和气动推力输出在相位上存在差异。该文为大型浮式风机的设计与开发提供了关键技术支撑。