下载文档原格式
82研究与探索Research and Exploration ·工艺流程与应用中国设备工程 2023.11 (下)燃气取样分析技术是航空发动机燃烧室效率测量、温度测量及排放指标评估最重要的技术手段。
然而，在当前的取样技术中，对于燃烧室全包线范围的出口气流状态，取样探针始终无法将样气保持在合适的取样温度范围，这给燃烧效率测量和燃烧室出口温度计算带来了较大的系统误差。
为了解决该问题，可通过换热数值分析设计合理的取样换热结构，进而采用单独设置取样循环保温系统对样气进行控温。
其中涉及的关键问题之一是高温高压气体管内流动热流固耦合及散热控制。
国外在高超声速流场、热和结构之间多场耦合问题方面进行高温高压气体管内流动热流固耦合及散热控制研究宋天1，单智超2，丁林1（1.重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，重庆 400044；2.中国航发四川燃气涡轮研究院，四川 绵阳 621000)摘要：燃气取样分析技术是航空发动机燃烧室效率和温度测量最重要的技术手段之一。
本文针对高温燃气取样过程中的高温高压气体在取样管内流动换热问题展开研究，分析了取样管内样气Ma 数、压力、温度分布和出口温度控制方法。
结果表明，样气压力和温度在取样管入口处先骤降后上升，样气Ma 数在入口段首先急剧上升然后大幅下降。
通过改变出口压比可调节出口样气温度，可实现390～430K 的温度调节。
关键词：热流固耦合；燃气取样；可压缩气体；散热控制中图分类号：V439.5 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2023）11（下）-0082-03了长期系统的研究，无论是基础研究还是实际工程应用研究都取得了许多有益的进展，多场耦合分析的思想和应用已经逐渐深入工程实际。
国内研究主要集中于流场的气动加热与固体结构传热之间的耦合问题，对于高超声速流场、热和结构之间多物理场耦合特征和规律的认识还不够深入，缺乏长期的、系统的基础研究，同时也缺乏实际的工程应用研究，其相关多场耦合建模与分析方法和研究手段还有待进一步发展和完善。
0 引言由于我国大量风力发电机分布在北方高寒地区且大型化趋势明显，因此在运行中因冰雪覆盖而造成的运行故障、设备老化、安全隐患和发量损失成为亟需解决的问题[1-2]。
在风电场运行阶段，覆冰会导致风速和风向出现测量误差，使风电机组偏航；同时，还会改变叶片翼型和表面粗糙度，影响气动特性和发电出力[2]。
覆冰可导致叶片质量失衡，使其产生振动和共振；在低温条件下，润滑油黏性和润滑特性的改变可能间接影响机械元件的运转特性，导致变速箱等元件过热、加速老化，从而使风机寿命大幅缩短。
不仅如此，雪水渗流还可能导致控制系统失灵。
当叶片旋转时，叶片覆冰可被抛射至相当于叶片顶端高度1.5倍的地方，可能造成安全事故[2-5]。
此外，因覆冰而导致的电量损失约占年度发电量的5%~25%[6]。
为了解决覆冰问题，国内外研究人员研发了多种风力机叶片防除冰技术和方法，其中主要包括主动停机、防水防冰涂料、热空气技术、电磁脉冲技术、超声波和低频振动技术[7]。
由于风力机所处环境复杂且技术尚不成熟，因此除无须进行任何改造或者设备增添的主动停机之外，其他技术均处于理论研究和试验阶段。
例如，涂抹防冰剂效果不明显且需要人工操作，存在较大的安全隐患；停机等待覆冰自行融化耗时长，存在抛冰风险；人工作业除冰安全风险大。
总之，现有技术在能耗、工艺和安全等方面都有各自的缺陷。
为了解决上述问题，该文设计了一款风力机叶片除冰机器人，它能够高效、智能地去除风力机叶片上的积冰，减少停机时间，提高发电效率，避免人工除冰的安全隐患。
1 整体设计风力机叶片除冰机器人的设计目标是安全、高效和智能地完成风力机叶片防冻除冰作业，主要的功能模块包括移动机组、图像识别系统、热风除冰系统、预防系统以及远程控制系统，设计思路是集各模块功能于一体，通过建模完成风力机叶片除冰机器人的结构设计（图1），再根据模型选材、叶片的承载能力，并结合理论计算预测该机器人的相关参数（表1）。
2 功能模块设计风力机叶片除冰机器人各功能模块的工作流程如图2所示。
第20卷第9期装备环境工程2023年9月EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING·73·低温极端载荷作用下船艏结构损伤演化过程研究赵南1,2，汪高飞1，葛辛辛1，李飞1，张占阳1（1.中国船舶科学研究中心，江苏 无锡 214082；2.深海技术科学太湖实验室，江苏 无锡 214082）摘要：目的掌握船舶在极地低温极端环境中航行时，船舶艏部结构遭遇冰山等极端载荷作用下的主要参数对结构损伤演化过程的影响，揭示船舶艏部结构的失效机理。
方法以船舶艏部结构为研究对象，基于数值仿真方法，开展不同碰撞场景、环境温度、撞击速度、冰体塑性应变、船体材料本构模型、撞击角度等参数对结构损伤的影响研究。
结果建立了数值仿真简化模型，获得了不同参数对结构损伤的影响规律。
结论材料模型对船体结构损伤的影响较小。
随着航速增加、撞击角度增大，船体损伤范围增大。
随着船体材料性能增强，撞击区刚度增大，船体结构损伤范围减小。
形成的损伤演化模拟方法可为极地极端环境下船舶结构损伤演化分析提供技术手段。
关键词：低温；损伤演化；数值仿真；极端载荷；本构模型；艏部结构中图分类号：U661.4 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)09-0073-08DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2023.09.008Damage Evolution of Bow Structure under Low Temperature and Extreme LoadZHAO Nan1,2, WANG Gao-fei1, GE Xin-xin1, LI Fei1, ZHANG Zhan-yang1(1. China Ship Scientific Research Center, Jiangsu Wuxi 214082, China;2. Taihu Laboratory of Deepsea Technological Science, Jiangsu Wuxi 214082, China)ABSTRACT: The work aims to obtain the effect of main parameters of ship bow structure under extreme loads such as icebergs on the evolution process of structural damage when ships sail in the polar low-temperature extreme environment, and reveal the collapse failure mechanism of ship bow structure. With ship bow structure as the research object, and based on numerical simu-lation. The effects of different collision scenarios, ambient temperature, impact velocity, plastic strain of ice, material constitu-tive model of ships, impact angle and other parameters on structural damage were studied. A simplified numerical simulation model was established, and the effects of different parameters on structural damage were obtained. The material model has little effect on the damage of hull structure. With the increase of speed and impact angle, the damage range of hull increases. The damage range of the hull structure decreases with the increase of the material properties and the stiffness of the impact zone. The damage evolution simulation method developed in this paper can provide technical means for ship structure damage evolution analysis in the polar extreme environment.KEY WORDS: low-temperature; damage evolution; numerical simulation; extreme load; constitutive model; bow structure收稿日期：2023-07-07；修订日期：2023-08-19Received：2023-07-07；Revised：2023-08-19引文格式：赵南, 汪高飞, 葛辛辛, 等. 低温极端载荷作用下船艏结构损伤演化过程研究[J]. 装备环境工程, 2023, 20(9): 73-80.ZHAO Nan, WANG Gao-fei, GE Xin-xin, et al. Damage Evolution of Bow Structure under Low Temperature and Extreme Load[J]. Equipment·74· 装 备 环 境 工 程 2023年9月北极圈油气和各类矿产资源十分丰富，目前已经成为各国索取资源的供给基地[1]。
