基于双盘面多流管模型立轴风轮变桨方法研究

叶片旋转一周,攻角随方位角近似呈正弦曲线变化,力矩随之上下波动。传统变桨重在改善最大攻角对应方位角的叶片性能,且改善程度随攻角减小而减弱。提出在小攻角区域采用大桨角,在大攻角区域采用小桨角,重点改善小攻角区域性能的变桨思路。以采用NACA0012,高2 m和旋转直径2 m的两叶片H型风轮为研究对象,基于双盘面多流管模型,分析变桨方案下尖速比分别为4.5和5时,攻角、切向力系数、转矩和风能利用系数的变化规律。研究结果表明新变桨方案下小攻角区域的攻角、切向力系数、转矩,较定桨方案均有明显提高;增大了高性能区域范围,缩小低性能区域;风能利用系数在尖速比5时提高了18.9%。计算结果与试验结果及文献计算结果均吻合良好,证明了计算结果具有一定的精度。     

大粗糙度弦向分布对风力机气动性能影响

针对5 mm大尺度蚊虫尸体在叶片上的附积问题,采用带转捩的k-ω SST湍流模型,以NERL Phase VI风力机为研究对象,从不同弦向覆盖位置入手,对大粗糙度下风力机气动性能进行数值模拟。研究结果表明,粗糙度对风力机整体做功具有较大影响,粗糙度越大效率降低越显著;粗糙度使在叶片靠近叶尖位置的吸力面促成小型低压涡,转捩提前;该效应在大尺度粗糙条件下表现明显,附着涡强度也更大;在叶片压力面添加75%c粗糙度会使翼型产生的气动损失最大。     

烟囱阴影下风力增压式太阳能烟囱电站性能探究

文章以西班牙太阳能烟囱电站为原型,采用太阳射线追踪法加载太阳辐射,对太阳能烟囱电站和风力增压型太阳能烟囱电站进行三维数值模拟,探讨烟囱阴影下系统的流场特性和太阳入射角度对系统性能的影响。研究结果表明:烟囱阴影区蓄热层表面、集热棚表面温度突降,导致热气流与蓄热层表面、集热棚表面进行对流换热,造成热量损失;随着太阳入射角增加,系统轴功率和集热棚效率均明显下降;风力增压装置形成的出口负压可以削弱阴影所造成的气流掺混等不利影响,因而风力增压型太阳能烟囱电站涡轮机轴功率的变化幅度相对常规太阳能烟囱电站较为平缓。     

风力机三维旋转效应模型研究

在NREL phase VI实验数据的基础上,比较6种不同的三维旋转效应模型。6种模型分别与自由涡尾迹方法耦合,计算该算例叶片的气动性能,并比较6种模型计算的差异。三维旋转效应模型能提高自由涡尾迹方法预估风力机气动性能的准确性,且准确度与是否准确地修正叶片径向截面翼型数据直接相关。     

风、浪对海上风电机组振动特性的影响及控制策略

建立了波浪模型,分析了风力机气动载荷和气动转矩中与水动频率相关的脉动分量产生的原因,并基于GH Bladed平台仿真验证了这种脉动的存在性。为减小这种脉动以及风切变和塔影效应对风力机产生的影响,将积分后的塔顶振动加速度信号与统一变桨距参考信号叠加,减小统一变桨距信号,结合风力机输出功率的3倍频风轮旋转频率(3P)脉动分量以及每支叶片的方位角将其转换为该叶片的桨距角调节信号,实现变桨距控制。仿真结果表明,所提变桨距控制策略不仅能有效平缓风、浪引起的海上风力机叶根挥舞载荷的脉动,还能明显减小其气动转矩以及输出功率的波动,在减小风轮疲劳载荷的同时提高了海上风力机的输出电能质量。     

苏北区域台风外围风特性研究及对风电机组选型的影响

利用台风“温比亚”影响期间苏北区域4座测风塔的实测风数据,对苏北沿海平原地区台风外围影响下的风切变、湍流强度和阵风系数进行对比分析,同时探讨台风外围风特性对风电机组选型的影响。结果表明：台风外围各扇区风速在由海岸到内陆约50 km内衰减最为明显,随后风速衰减逐渐放缓;台风外围各扇区风切变、湍流强度和阵风系数均在由海岸到内陆约50 km内增大最为明显,随后有逐渐稳定的趋势;台风期间的风切变相较同风向上完整年的大风风切变低8%~13%,有利于主轴承和变桨轴承的降载;湍流强度和阵风系数之间表现为正相关关系;台风外围大风速段的代表湍流强度相对完整年的偏大,超出机组的设计水平,可通过单独在台风期间实施桨角控制策略进行降载。     

考虑叶片相互影响风力机涡流发生器参数化建模

参数化模型可解决数值计算中涡流发生器(Vortex generators,VGs)实体建模带来网格数量大的问题。基于升力线和三角翼理论,考虑了叶片间相互影响,建立了反向旋转、由三角翼构成的阵列式VGs的参数化涡模型,给出三角翼的最大环量值计算方法,以源项加入N-S方程,用于模拟VGs对叶片气动性能的影响。分别采用阵列式和单一叶片模型计算安装于平板的VGs环量特性,并与文献试验数据进行对比,结果显示:在0°≤α≤18°内,阵列式模型的计算误差仅为4.8%,在α=24°误差为13.2%;单一叶片模型计算结果随攻角增大而较大偏离试验数据,α=24°最大误差达49.4%。模拟了DU91-W2-250直叶片上5组VGs的气动特性,两模型对比结果显示阵列式模拟结果与试验值更加吻合。从流场模拟来看,实体建模和阵列式参数化模型得到的流场基本一致。     

基于数字图像处理的风电机组叶片裂纹损伤识别方法研究

为实现风电机组叶片损伤检测的高效化、智能化、便捷化,研究一种基于数字图像处理技术的风电机组叶片裂纹损伤识别以及裂纹类型判断和特征参数提取的方法。以无人机采集的风电机组叶片图像为研究对象,通过对比灰度化、滤波、阈值分割等图像处理步骤的多种算法,对形态学处理方法进行改进,首先选用平均值法对叶片图像进行灰度处理,其次使用中值滤波对图像进行去噪处理,再次使用Otsu阈值分割以实现裂纹区域的分割,然后基于改进的形态学方法提取出完善的叶片裂纹损伤区域,最后基于连通域原理完成裂纹区域的框取。基于上述算法设计风电机组叶片裂纹损伤识别系统以实现叶片裂纹图像检测的可视化处理、裂纹类型判断及裂纹特征参数提取等功能。结果表明,该系统对于风电机组叶片裂纹损伤检测具有可靠的识别精度,识别准确率为85%,实现了风电机组叶片裂纹损伤的自动识别与特征参数提取,提高了叶片裂纹损伤的检测效率。     

中速永磁风电机组控制系统滤波器研究及应用

针对2 MW中速永磁机组控制系统开发项目,进行适用于该新型技术路线的风电机组控制系统滤波器的仿真设计与应用研究。文章介绍了中速永磁风电机组控制原理,揭示了滤波器在整个控制系统中的重要作用;基于MATLAB平台的m语言,通过滤波器的仿真设计与验证,研究滤波器频域参数对滤波器性能的影响,实现了时域参数与频域参数的相互转换;设计出适合中速永磁机组控制系统使用的滤波器,以配合控制系统的稳定运行。该研究为采用中速永磁技术路线的风电机组控制系统滤波器设计及应用提供了参考。