垂直轴风力机非对称翼型叶片变攻角方法

分析了H型垂直轴风力机非对称翼型叶片在一定雷诺数下的升力系数和阻力系数的变化,给出了叶片攻角的合理变化范围。通过分析风轮旋转一周叶片攻角的变化,给出了不同叶尖速比下叶片攻角随其方位角变化的规律。利用Origin软件计算出上下风区叶片的安装角与攻角的对应关系,并确定合适的安装角。分析表明,通过改变风轮叶片的安装角来调整叶片的攻角,能使风力机始终保持较高的功率输出。     

风剪切下风力机组俯仰控制策略研究

为增加风电场总输出功率,采用大涡模拟(LES)方法,利用致动线法(ALM),基于开源CFD软件OpenFOAM对风剪切下的风力机组4种风轮俯仰工况进行数值模拟,对比每种工况下的风电场总输出功率,并结合流场参数分析输出功率存在差别的内在原因。结果表明:风电场上游风力机尾迹可对下游风力机性能产生严重影响;风轮俯仰角增加时,风电场上游风力机输出功率先增后减,下游风力机输出功率持续增加;仰角为9°时风电场总输出功率比无俯仰控制策略时提升393982.25 W。     

融合小翼对风力机气动性能的影响

文章利用CFD方法对不同参数叶尖融合小翼风力机额定工况下的气动性能进行了数值模拟。研究结果表明,风力机叶尖融合小翼能够使叶片输出功率和风力机总功率得到提升,但同时使叶片轴向推力、挥舞力矩增大。吸力面小翼比压力面小翼风力机功率高1.26%～1.37%,体现在叶片相对高度0.88以上区域叶片输出功率不同。小翼高度和等效长度的增加使叶尖损失减小,叶片输出功率增大。不同倾斜角度的小翼会改变叶尖流场分布,从而改变叶尖部分和小翼的功率输出。在风轮扫风面积相同的情况下,小翼倾斜角度为55°左右时风力机气动性能最优。     

凹变翼型对风力机气动性能影响的实验研究

为改进课题组自行设计某S型翼型结构,提高300 W小型水平轴风力机气动性能,本课题重点研究翼型吸力面凹变对风力机气动性能的影响。利用二阶迎风格式、S-A湍流模型数值模拟方法及内蒙古工业大学风能太阳能利用技术教育部重点实验室检测设备,探究风力机在3种定常风速、9种叶尖速比共27种工况下风轮的功率系数、功率、转矩等气动参数。与前期非凹变实验数据对比分析后发现:凹变翼型升力系数显著增加,阻力系数略有下降,当攻角为0°时最显著达15.63%,失速攻角推迟1°。凹变翼型使气体环流在吸力面凹变处实现导流,减小气流非定常波动、延迟叶片表面湍流扩散使能量损失降低,在额定工况下较原翼型风轮功率系数、功率、转矩提升2.24%、1.55%、5.36%。     

叶片旋向对风力机尾流特性影响的试验研究

采用一种简单、有效的方法来改善风力机尾流效应,提升下游风力机功率。进行叶片旋向对风力机尾流特性的试验研究,利用低频粒子图像测速（PIV）系统对NACA4415翼型的叶片进行扰流流场测试并采集风力机的尾流数据。当2台串列排布的风力机旋向不同时,首先在下游风力机前1D(D为风轮直径)处,叶尖涡涡核位置向中央尾迹区偏移,而外部主流区的流体在叶尖涡诱导区的输运和卷吸作用下持续进入中央尾迹区并与之掺混使得轴向速度恢复得更佳;进而分析下游风力机后1D的流场数据,结果显示：虽然下游风力机叶尖涡几何结构被“打碎”,但涡核能量却未降低;最后探讨影响风力机功率特性的因素,下游风力机入流角的增大促使下游风力机捕获更多风能,在风轮间距为2D时,逆向旋转的功率比比同向旋转时高4.70%,且功率比随间距增加其增幅逐渐减小。     

水平轴风力机组尾迹偏移控制策略研究

风场上游风力机的尾迹不仅导致下游风力机功率显著降低,且易引起疲劳载荷等结构问题。故通过CFD模拟两台5 MW风力机串列布置的风场,在考虑大气边界层环境的情况下,使用不同控制方法改变尾迹流向,使其偏离下游风力机风轮中心位置以提高风场总输出功率。结果表明:对上游风力机使用基于偏航和仰角的控制策略时尾迹偏移效果显著,尽管上游风力机的功率有所降低,但下游风力机输出功率增加,使得风场输出总功率得以提高;锥角控制的效果相反,增大锥角时尾迹并未产生明显的偏移而尾迹范围却扩大,导致风场总输出功率降低。     

风剪切来流下风力机流场特性与风轮气动载荷研究

以某33 kW两叶片水平轴风力机的风轮为研究对象,采用CFD方法,研究风剪切来流下水平轴风力机流场特性与风轮气动载荷的分布规律。结果表明:在剪切来流下,风轮上游来流风速随方位角的波动曲线偏离由理论计算得到的风速波动曲线;尾流区轴向速度呈现非对称性分布,轮毂上方叶尖涡和叶根涡的移动速度大于轮毂下方叶尖涡和叶根涡的移动速度;同时,风力机叶片和风轮的气动载荷随方位角呈现正余弦的变化趋势,风轮气动载荷功率谱曲线的峰值对应的频率与叶片通过频率的整数倍相关。当风剪切指数由0.1增大到0.5时,风轮转矩和推力的均方根分别减小2.28%和1.43%,但其波动幅值随风剪切指数的增大而增大,并且风轮转矩和推力随方位角的波动曲线存在相位偏移现象,风剪切指数越大,相位偏移现象越明显;风轮偏航力矩和倾覆力矩的均方根分别增大4.07倍和4.04倍,且其波动幅值随风剪切指数的增大而增大。     

新型变桨风力机结构设计与性能分析

为满足分布式电网发展要求,提高小型风力机风能利用率,防止大风条件损坏风力发电设备,文章设计了一种应用于小型风力机的新型主动统一变桨调节装置。文章介绍了装置的基本构造与工作原理,利用熔融沉积3D打印技术制作小比例模型验证了变桨装置的可行性,并通过数值模拟方法对功率输出性能及风轮载荷进行了模拟分析。模拟结果表明:通过适当调节桨距角大小,可有效控制风力机输出功率保持在额定功率值附近,且高转速条件下增大桨距角对功率输出性能有较强抑制作用;叶片应力集中区域主要在叶根及叶片中部靠近前缘部位,在功率调控过程中,随着桨距角与风速的增加,应力集中区域由叶中向叶根转移,最大应力值总体呈下降趋势。     

俯仰策略对两台串列风力机功率输出影响研究

为增加风电场总输出功率,基于大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法,采用致动线(Actuator Line,AL)技术,通过swak4Foam产生指数率风剪切,利用OpenFOAM对两台串列布置的5 MW风力机风电场进行不同叶轮俯仰数值模拟,对比各工况下风电场总输出功率,并结合流场分布云图分析总输出功率存在差别的内在原因。结果表明：风电场上游风力机尾迹会严重减弱下游风力机性能;俯仰策略可有效提升风电场总输出功率;俯仰角从0°增大/减小到±35°过程中,呈现出上游风力机功率先增后减、下游风力机功率持续增加的规律,风电场总输出功率升至极大值后开始下降;正俯仰角时风电场总输出功率较负俯仰角时的总输出功率更高。     

定常吸气对垂直轴风力机性能影响研究

定常吸气装置可有效提高垂直轴风力机气动性能,改善风轮流场结构及翼型动态失速特性。基于CFD方法对垂直轴风力机进行数值模拟,研究不同叶尖速比（TSR）下定常吸气对风力机气动及流场特性的影响,对比分析原始风力机及定常吸气作用下的风能利用率、整机转矩系数及涡量分布。结果表明：不同尖速比下定常吸气均可显著提高风力机气动性能,减小风轮载荷波动,降低最佳叶尖速比,提高风力机运行稳定性;叶尖速比为2.51时,风能利用系数增加34.69%;定常吸气削弱了风轮叶片间尾涡脱落的影响,抑制叶片前缘涡的形成,减缓了叶片的动态失速现象,对风轮流场有良好的改善效果。     

以大型风电场为核心的多能源互补发电系统

针对在集中进行大规模风电开发时,由于来流风速的随机性、间歇性与不可控性所带来的风电场出力波动和不可调度性,本文论述了在当前的技术条件下,国内外已经运行或提出的几种多能源互补发电系统的特点以及它们适合发展的范围。依据大型风电场出力负荷波动的特点,提出了与大型风电场组成互补系统的其他发电设备所要求具备的基本条件,给出了为解决风电大规模开发所带来的技术瓶颈所要研究的互补发电系统关键技术。     

水平风作用下火羽流的质量流率

在理想羽流和横流中射流思想的基础上,考虑水平风的影响,提出一个预测有风条件下羽流质量流率的理论模型.模型把羽流发展分成势流核心区、羽流弯曲段和顺流贯穿段3段,并假设有风条件下羽流截面形状仍然为圆形,垂直方向上横截面尺寸(半径)与高度为指数函数关系.采用量纲分析,获得水平风作用下非受限空间羽流质量流率理论公式,通过CFD...     

风电并网的静态电压稳定性研究

应用P-V曲线法对含风电场（基于变速恒频机组构成）的电力系统的静态电压稳定问题进行研究。提出基于连续潮流法的灵敏度指标来分析风电场并网后系统的静态电压稳定裕度及与相关支路的参与程度情况。通过含有变速恒频机组的风电场并网的简化模型算例进行了仿真研究,结果表明在电压稳定极限点附近,风电功率注入使得风电场及其附近节点成为电压不稳定的关键区域。     

集成探针气动部分的风洞标定

为了验证测量汽轮机内湿蒸汽的探针的性能以及分析流场实验数据,对探针在开式空气风洞和湿蒸汽风洞中作了标定,标定马赫数范围0.1～1.1,气流攻角从-10°～40°,气流偏转角从-10°～10°,这一范围测量得到的标定曲线完全覆盖了汽轮机末级前后可能出现的情况。通过比较在空气、过热蒸汽和湿蒸汽3种介质中的标定数据,提出了可以用空气风洞标定取代复杂的过热蒸汽或湿蒸汽风洞标定的结论。     

考虑大规模风电接入的电力规划研究

由于风电出力的不确定性、反调峰性和风电场选址的限制等问题,大规模风电并网后要求电力系统留有更多的备用电源和调峰电源,且电网结构薄弱远距离输送能力有限,使得多数风电场出力无法被消纳,对系统的稳定运行、电源规划和电网规划等方面造成了很大的负面影响,阻碍了风电的规模化应用。分析了大规模风电接入对系统可靠性、系统备用以及运营成本等带来的挑战,从电力规划角度回顾和评述了国内外风电接入系统在电源规划、电网规划以及电源电网协调规划等领域的研究进展和研究现状,明确了该领域的研究重点和研究方向。     

一种垂直轴螺旋形风力叶轮附近的三维湍流特征

以FIN翼型作为基本翼型,设计了一种垂直轴螺旋形风力叶轮。运用商用CFD软件Fluent对叶轮附近的三维湍流场进行了非定常数值模拟,分析了基本截面在不同迎风角度下的受力特征,获得了在最大力矩系数工况下流场中的流速和压力系数分布,并对比分析了不同扭角时的力矩系数。研究结果表明:采用不同迎风角度基本截面上的合力方向有较大差别,整个叶片上的力构成了复杂的力系;在最大力矩条件下,随着叶轮高度的变化,叶轮内的气流扩散区逐渐增大,压力系数分布逐渐减小;在不同叶片扭角条件下,力矩系数在叶轮旋转过程中的波动特征不同,90°叶片扭角力矩波动幅度较小,运行相对稳定。     

含风电场的电力系统潮流算法的改进

为了更好地计算含风电场的电力系统潮流,建立了异步风力发电机的稳态等值简化模型,并对原有电力系统潮流算法进行了改进。改进的算法在雅可比矩阵中引入了异步风力机滑差修正量,修正雅可比矩阵中对应风力发电机节点的元素,并运用MATALB编程实现含有风电场的电力系统潮流计算。将改进后的算法应用于接有风电场的4机11节点测试系统的潮流计算,结果和已有的两种典型潮流计算方法接近,表明改进后的潮流算法有效合理。     

高温气固两相流风洞的设计

为了模拟锅炉燃烧过程中的气固两相流流动工况,更好地研究其流动特性及测试方法,设计了高温气固两相流风洞.确定了风洞的主要技术参数及其控制回路.重点介绍了风洞的结构设计,其中以收缩段和进料装置的设计最为关键,借助Fluent软件对颗粒运动轨迹进行了数值模拟.计算结果表明:该设计方案能够保证试验段气固两相流的均匀性和稳定性.     

基于直流潮流计算的风电接入能力分析

依据电力系统分析中采用的直流潮流算法,研究了风电功率在静态安全约束下的传输功率能力,建立了传输功率约束的详细数学模型以及基于直流潮流的简化模型并给出了求解方法,对大规模互联电网建立了交流潮流与有功功率约束相结合的实用模型。通过系统中的算例表明,该方法简捷、可靠,能够满足实际分析计算需要。     

Gurney襟翼对风力机流动控制的数值研究

在风力机大厚度、低雷诺数专用翼型上加装Gurney襟翼进行数值模拟研究。获得了Gurney襟翼在不同襟翼高度下,襟翼高度对翼型气动特性的影响规律,给出最佳襟翼高度,最后探讨Gurney对风力机性能的控制机理。所得结果可为实际工程风力机的控制提供理论指导和技术支撑。