垂直轴5叶片阻力型风力机的数值分析

文章采用滑移网格技术对垂直轴5叶片阻力型风力机的瞬态流场进行了数值模拟计算,首先通过对计算区域出口边界上风速的数值分析,得到了恰当的计算区域大小;分析了风车输出功率随风车所处位置的变化规律,确定了风车在计算区域中的合理位置,以及此时风车的风能利用率;并进一步通过改变叶片宽度,得到了优化的叶片宽度及相应的风能利用率。结果显示,对于风轮半径为2 m、叶片宽度为0.76 m的5叶片风力机风车,在风速为6m/s时,当风力机转速为12 r/min其功率达到最大,且风能利用率为19.3%;对于相同风轮半径的风车,优化的叶片宽度为0.8 m,并且在风速为8 m/s时,其风能利用率在转速为17 r/min状态下达到最大值24.3%。     

垂直轴5叶片阻力型风力机的动态特性

采用CFD对风轮直径为4 m的垂直轴5叶片阻力型风力机的瞬态流场进行数值模拟. 通过对不同入口风速和风力机转速条件下风力机流场和力矩系数随时间的变化情况的计算模拟,分析了垂直轴5叶片阻力型风力机的动态特性. 结果表明,流场和力矩系数的变化具有周期性,随转速增加,力矩系数的均值和周期均减小,振荡幅度增大;随风速增加,力矩系数均值和振荡幅度均大幅上涨. 力矩系数呈调制波形式,风速对曲线形态有较大影响. 随风速增大,风力机的最佳转速和风能利用率逐渐增加. 当入口风速从7.5 m/s增加到9 m/s时,风力机的最佳转速和风力机的风能利用率最大值分别从13 r/min和23.2%增加到19 r/min和25.8%.     

提高大型风力发电机组发电量的研究

风能不可能全部转化为机械能,风轮从自然界中所获得的能量是有限的,在风速不同的情况下,以计算方法得出风力机输出、转子速度、功率系数和叶尖速比之间的关系,尽可能实现最大限度的捕获风能.     

某大型风力机复合材料叶片的有限元分析

复合材料是一种比强度和比模量均较高的材料,通过铺层角的优化设计,在一定范围内还可以改变其性能,提高其承载能力。复合材料已在大型风机叶片结构设计中获得成功应用。叶片是风力机受力最为复杂的部件,也是最重要的部件之一。风力机想要获得较高的风能利用系数和较大的经济效益,其基础就是设计良好的叶片。近年从全球风力发电的现状和趋势来看,风电装机容量逐年上升,其根本原因就在于风力发电所具有的环保性和可再生性,因此风力发电还有巨大的发展空间。本文结合叶片的工作特性对某大型风机复合材料叶片进行了有限元分析,为保证风机叶片结构设计的可靠性及经济性提供了依据。     

垂直轴阻力差型风力机驱动水输运过程的功率匹配

以垂直轴阻力差型风力机和水泵之间的配合为对象,试验研究了风力机驱动水输运过程的功率匹配问题,并提出了理论预测方法。通过测试同一风力、不同传动比情况下水泵的工作状况,研究了风力机驱动水泵的最高循环效率及相应的最佳传动比。结果显示:对于风轮半径为1.2 m的半圆弧形5叶片风车,以及小型螺纹拖泵BPZ-18,在2组鼓风情况下,风车叶片处风速为6 m/s和传动比为37.8时,水泵的水流量也达到最大,风力机动力与水泵之间达到了最佳的配合,与理论预测结果比较接近。结果对风能系统的开发应用具有重要意义。     

大型风力机复合材料叶片技术及进展

本文介绍了大型风力机复合材料叶片技术现状,叙述叶片气动、结构、工艺等关键技术.随着风力机组向大容量方向发展及海上风能的开发利用,将对风力机复合材料叶片的设计、材料及制造提出了挑战.     

大型风力机叶片气弹稳定分析

本文采用铰接刚性叶片模型对大型风力机叶片进行了气弹稳定分析,建立了叶片动力学方程。即把质量和刚度非均匀分布的弹性叶片简化为与其具有相同一阶频率的铰接刚性叶片。气动力采用准定常叶素理论计算,轴向诱导速度通过动量定理求出。叶片的稳定分析采用多变量Floquet理论。最后按照本文方法对"十五"科技攻关项目,1.5MW风力机叶片进行了稳定计算。     

循环流化床半干法脱硫装置烟道流场模拟优化

在循环流化床半干法脱硫系统中,流场特性对于系统安全稳定运行、提高脱硫效率至关重要,其中,流场均匀性和稳定是整个系统的关键点。只有流化床设计和输送设备合理才可能保证脱硫系统的稳定高效运行。采用CFD数值模拟方法,结合某300 MW燃煤机组炉外半干法脱硫工程实例,针对脱硫塔区域烟道以及除尘器后烟道的流场进行建模计算,研究半干法脱硫系统普遍存在的烟气流场不均匀性问题及有效的改善措施。试验建立了2个模型,模型A范围自预除尘器出口4个喇叭口的联箱至布袋除尘器入口,此区域为主要脱硫反应的发生区;模型B范围自布袋除尘器出口至引风机入口联箱,该区域优化主要目的为降低系统阻力。计算过程中分析了不同导流叶片的布置位置、数量对烟气速度场、速度矢量及压力场特性的影响。优化结果表明,在模型A预除尘器出口采用典型的扩容联箱方案可以提升流场均匀性。但需考虑在扩容流速降低带来的积灰现象,调整烟道、钢结构积灰荷载的设计,提高安全裕度。在脱硫塔底部设置一块导流叶片,可以有效改善偏流现场,保证进入文丘里的烟气速度均匀性,同时系统阻力也得到较好控制,总阻力在2 200 Pa左右。布袋除尘器出口烟道(模型B)的核心优化要素为降低系统阻力。在弯头1处设置导流叶片,可有效改善速度分布,降低烟道阻力。导流叶片的数量为1～2片时效果较差,导流叶片的数量超过3片时,阻力基本达到最优值,气流分布也较好。弯头2处的导流叶片对降低阻力、提高烟气流场均匀性的影响不大。     

SCX分级机进料管流场数值分析与结构优化

以FLUENT软件为计算平台,气相采用欧拉模型,颗粒相采用DPM模型对SCX超细分级机进料管内流场进行了数值模拟,进料管内部流场不均匀,存在明显的偏流现象。在弯管处添加导流片进行优化,对比分析了导流片数量、尺寸和间距分布形式对压力、速度和颗粒质量浓度分布的影响。结果表明:导流片的添加提高了进料管流场的品质;当导流片数量为5,尺寸为1/4圆弧并在前后加长150 mm(半径的1.2倍),并按等间距分布时,进料管内压力、速度和颗粒质量浓度分布较为均匀,为后续的分级提供了良好的前提。     

带导流叶片的JLX型旋风分离器数值模拟研究

为了确保IGCC燃气轮机长时间平稳运行,IGCC粗煤气需要在进入燃气轮机前将气流中携带的尘粒脱除。文中针对IGCC特定的工艺条件,开发了一种新的JLX型径向进口旋风分离器,并采用Fluent软件进行了数值模拟,研究了相关参数对分离器性能的影响。结果表明:螺旋导流叶片可有效改善流场分布,并实现对粉尘颗粒的预分离;随着导流叶片旋转圈数的增加,压力损失和切向速度随之增加,粒级效率先增加后趋于平缓,1.5圈为最优旋转圈数;随着导流叶片螺旋倾角的增加,环形空间切向速度和压力损失也随之减小,而较小的导流叶片螺旋倾角对提高粒径大于7μm的粉尘颗粒粒级效率是有利的。     

1.5MW风机叶片模具加热工艺研究与技术创新

在大型风力机复合材料叶片的生产过程中,模具起着至关重要的作用.为了满足风力机复合材料叶片生产的关键工艺要求,采用新型的复合材料叶片模具作为核心工艺装备成为必备条件.通过对复合材料叶片模具的制作工艺研究和技术创新,使得新型模具完全满足了大型风机复合材料叶片生产的所有工艺需求.其中,模具的加热方式采用水(油)加热或电加热,要求所产生的热量可以均匀地传递到模具复合材料型面上,并达到产品叶片固化所需的温度.     

风力机展会聚焦叶片制造

正2016年第7届风力机叶片制造大会将于12月12日到14日在德国杜塞尔多夫召开,本届会议将聚焦叶片制造和叶片腐蚀。大会将和西门子风能、DNV GL、Aerox先进聚合物、3M和Fraunhofer IFAM等公司一起探讨解决叶片腐蚀,并向听众提供他们的见解。大会将从AMI咨询公司的一份市场分析报告开始,同时LM风能公司将讨论大型叶片的设计和产业化。为了设计更长且可靠的叶片,叶根技术的发展是必要的。通过分享一个案例     

基于汽热法风力机叶片除冰传热分析

基于气热法对风力机叶片除冰的传热计算进行分析,主要为给定空气加热器输出热量后,对除冰时间的传热分析进行计算。首先介绍了风力机叶片结冰的机理和气热法除冰的原理,然后进行传热过程中的对流换热以及导热的理论计算,从而得到了各个传热过程中的传热量,并且估算出最佳除冰温度下空气加热器的最小输出热量,最后通过仿真实例计算出理论上达到除冰要求时所需要的时间。对叶片进行传热分析可以评估除冰系统运行时的效率,提高除冰系统的经济性,同时也为工程传热计算提供依据。     

非稳态传热与流动离散格式的相容性对计算效率影响的研究

相容性研究一般针对差分格式,除Du Fort-Frankel与Lax-Friedrichs等经典条件相容格式,计算中还存在其他类似格式,如非线性方程,离散方程的系数是待求变量的函数时,采用显式计算系数,而待求变量采用隐式所导致的条件相容格式,本文称为显隐结合格式。主要研究了导热系数为温度函数的显式表示带来的相容性问题、SIMPLE算法求解流动方程时动量方程离散系数与压力修正方程离散系数只做一次更新带来的相容性问题。研究表明非所有的条件相容格式都会降低数值计算效率,研究结果对加深相容性的理解与应用起到积极作用。     

风电叶片前缘防护技术进展

风电叶片作为风电机组捕获风能的唯一构件,其安全可靠运行是风力发电机组获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础。由于叶片在恶劣的环境中长周期运行,叶片前缘容易出现腐蚀现象。而叶尖前缘部位比较薄且叶尖运转的线速度最大,该部位的腐蚀是整个叶片中最为严重的。叶片前缘腐蚀对机组的发电量有很大影响,随着风电机组的大型化发展,叶片前缘腐蚀成为风电领域亟待解决的问题。本文综述了风电叶片前缘腐蚀对机组性能的影响、造成叶片前缘腐蚀的主要因素、风电叶片前缘防护的技术进展,提出了未来叶片前缘防护的关注重点。     

基于ANSYS建模的风力机叶片模态分析及稳定性分析

以1MW水平轴风力机叶片为例,应用ANSYS有限元软件,通过APDL参数化语言实现风力机叶片的有限元建模。模型建好后可以直接设置单元类型、材料参数、剖分网格,进行有限元计算。本文主要利用ANSYS建模技术对风力机叶片进行模态分析及稳定性分析。     

风电市场:纤维增强材料的机遇

1全球概况风电是发展最快的可再生能源,也是复合材料行业一个迅速增长的市场。据报道,在2005年和2006年,全球风电装机容量的增长率均超过25%,在2006年底全球风电装机容量超过70 000 MW。一些最大的风力发电机已超过5 MW,甚至10MW的巨型风力机也正在研制之中。而目前,绝大多数风力机的转子叶片、大多数机舱罩和整流罩都采用复合材料制造,且风力机的规格越来越大,一个大型的海上风力机叶片重量可能达到20t,所以,这些风力机部件为复合材料创造了一个非常强大的市场。     

基于正交试验的扭转流换热器壳程结构优化

建立扭转流管壳式换热器周期性全截面数值计算模型,采用对比实验验证了数值模拟方法及其结果的可靠性。影响扭转流换热器壳程流体换热和流阻性能的主要因素有相邻两组类梯形导流板间距、导流板宽度、导流板倾斜角度以及每组导流板的数量。设计正交试验,综合研究各参数对扭转流换热器壳程流体传热系数、压降及综合性能的影响,并对影响显著的结构参数进行了优化。结果表明,在研究参数范围内,影响扭转流换热器壳程流体综合性能的主次顺序为：相邻两组导流板间距>每组导流板数量>导流板倾斜角度>导流板宽度。综合性能最优的结构参数组合是相邻两组导流板间距为100mm、每组导流板个数为2、导流板倾斜角度为52.5°、导流板宽度为100mm,综合性能最高为114.9。研究结果为管壳式换热器壳程结构参数进行多目标优化提供了一种新方法,具有一定的指导意义。     

风力机叶片结构强度复合材料力学分析方法研究

截面结构强度分析校核方法是风力机叶片设计优化的关键问题。针对现有的叶片工程力学计算方法精度不高、有限元分析方法计算开销较大的问题,在研究风力机复合材料叶片结构设计模型的基础上,基于复合材料力学理论,推导出计算叶片截面周向各处拉伸和剪切应变的计算公式;在叶片生命周期内的极限载荷下,对某1.5 MW叶片进行了结构强度计算和分析,通过与该叶片在当量极限载荷下的测试结果对比,验证了所述方法的有效性。     

基于响应曲面法的风力机叶片覆冰载荷影响因素分析

以NACA4412翼型风力机叶片为研究对象,通过搭建风力机试验台,以风速、温度、湿度和运行时间为影响因素,利用响应曲面分析法,设计四因素三水平试验方案。采用覆冰叶片整体变形量作为评价指标,探究四个因素对风力机叶片覆冰载荷的影响。运用Design-Expert 8.0数学统计软件,建立覆冰风力机叶片变形量多元响应函数模型,分析因素与响应值变形量之间的响应曲面关系,预测覆冰叶片的变形情况。通过试验验证该回归模型的准确性和可靠性,为风力机叶片覆冰载荷相关研究提供理论依据。该研究对进一步提高风力机运行稳定性,降低运维成本具有重要意义。