水平轴风力机气动性能计算模型

基于片条理论建立了水平轴风力机气动性能计算模型,考虑叶尖损失、轮毂损失、叶栅理论及失速状态下动量理论的失效对片条理论进行了修正,并且考虑了风剪切、偏航、风轮的结构参数和风力机安装参数对计算模型的影响,使得理论模型更接近于实际工况中的风力机。应用所设计的气动性能计算程序对一台1．3MW的失速调节风力机进行了气动性能计算,与国外大型商业软件的计算结果取得了良好的一致性,从而验证了模型的正确性和实用性。     

直径比对组合型垂直轴风力机气动特性影响仿真计算

与Savonius风轮组合使用是解决直线翼垂直轴风力机启动性不佳的主要手段。Savonius风轮与直线翼垂直轴风力机直径的比值(简称直径比),是影响组合型垂直轴风力机性能的重要因素。为了研究直径比对组合型垂直轴风力机气动特性的影响,对直径比分别为0.25,0.33,0.5的组合型风力机以及直线翼垂直轴风力机进行仿真计算。计算基于二维定常不可压缩流体的方程,采用标准模型,计算风速为12 m/s。计算包括直线翼垂直轴风力机及3种直径比的组合型风力机的动态输出力矩,同时,对动态输出力矩最优的组合型风力机与直线翼垂直轴风力机的静态启动力矩进行计算与分析。结果表明,组合型垂直轴风力机的最佳直径比为0.5,此时组合型风力机的最大风能利用系数相对于直线翼垂直轴风力机提高了7.1%,平均启动力矩提高了约2倍。     

风力机风轮非定常气动载荷计算

运行中的风力机风轮经常受到自然风变化带来的非定常气动力的作用。数值模拟这一非定常气动力对于风力机的安全优化运行和性能改进具有重要意义。文章介绍了所开发的基于粘性修正的三维速度势面元方法,以速度势方程作为流动控制方程,使用Prandtl-Schlichting方法考虑空气在叶片表面的粘性作用。通过与风力机的试验数据对比显示,计算值均与试验值吻合良好,显示了用该计算方法估算风力机三维非定常气动力和扭矩的应用价值。     

风力机叶片翼型气动性能设计计算方法的分析与研究

基于翼型理论和线性动量理论对叶片翼型截面升力公式的计算,导出对非设计工况来流角计算的迭代式.应用牛顿-拉普森迭代法对来流角进行计算,根据结果再计算叶片截面的升力、推力、切向力、功率等气动参数.提出一种风力机叶片翼型气动性能的计算和校核设计方法.     

水平轴风力机稳定偏航气动性能计算

采用涡流柱理论替代动量叶素理论(Blade Element Momentum,BEM)中的动量理论建立了风力机处于稳定偏航时的气动性能计算模型,考虑了叶根旋涡和偏航引起的流动膨胀对诱导速度的贡献.计算结果与文献实验数据的比较表明:轴流来流状态时能较好的预测平均诱导速度因子,攻角的误差是由普朗特(Prandtl)叶尖/轮毂损失模型的不足引起;偏航工况时,在叶片中部攻角预测较为准确,但将叶根旋涡简化为半无限长涡丝以及忽略桨盘上环量沿展向和周向的变化会使得叶根和叶尖处的攻角计算误差较大.     

垂直轴风力机叶轮气动性能计算

分别采用CFD计算软件数值模拟和一维流管模型法对垂直轴风力机气动性能进行计算。数值模拟采用Fluent软件,流场计算使用添加附面层的非结构网格,通过计算得到垂直轴风力机非定常流动特性。通过引入能量损失模型修正,建立新的垂直轴风力机一维流管气动性能计算方法。分别使用两种方法对叶轮的气动性能进行计算对比,结果表明:两种方法所得结果一致性较好,均具有一定的计算准确性。     

基于自由尾迹方法的风力机气动特性计算

建立了适合于水平轴风力机气动特性分析的自由尾迹计算方法。该方法中,桨叶模型采用二阶升力线理论,尾迹使用畸变的自由尾迹模型,以更好地模拟流场特性及桨尖三维效应,采用松弛迭代方法对尾迹涡线进行离散求解。计算了风力机处于轴流工况时桨尖涡位置及诱导速度分布,并与BEM计算结果和文献实验数据进行比较。结果表明,自由尾迹方法计算结果优于BEM理论,并得到详细的尾迹结构和三维流场,具有较好的实用性。     

并网型垂直轴风力机的基本构成与气动特性

本文通过对升力型垂直轴风力机叶轮内部气流的适当简化,建立了矢量气动数学模型,分析了叶素在任意方位角下的叶片静态气动力特性,并给出了垂直轴风力发电机组运行所需要的气动条件。文章还简要讨论了垂直轴风力机的叶片设计问题,指出实度对其效率影响较大,给出实验得出的最佳实度。     

帆式风力机风轮气动特性的试验研究

我国帆式风力机的利用历史十分悠久,它在农业生产和制盐业中发挥着积极作用,其特点是结构简单,造价低,使用方便。为了充分发挥帆式风力机的效能,提高风能转换效率,较准确地评价风轮的气动特性,为风力机、配套水泵的设计提供依据,我们对常用的帆式风力机的风轮模型在风洞中进行了气动特性试验,在风洞中分别测定了不同参数的12组叶片的空气动力特性和最低起动风速。这12组叶片是由     

变桨距风力发电机特殊运行状态的仿真实验

关注国内研究较少的风力发电机的特殊状态,基于FAST平台选择了特定的变桨距风力发电机模型,对于风力发电机的启动、关机和故障过程3大类中的7个特殊状态进行了仿真实验。将所得结果在MATLAB中绘图,得到了风力发电机风轮转速和发电机电磁功率在各个特殊状态下随时间变化的曲线,并对各个过程进行了简要的分析。     

某1 MW水平轴风力机叶片气动设计及载荷计算

基于片条理论,考虑了叶尖损失、叶根损失、叶柵影响和重载荷下对片条理论参数修正的情况下,完成了某1 MW水平轴风力机叶片的气动设计,并对其气动性能进行了评估;最后根据IEC规范对叶片在不同风况状态下进行载荷计算,所得结果可为同类风力机气动设计和结构设计提供参考。     

水平轴风力机的几个关键气动问题探讨

水平轴风力机是最有效的风能转换装置之一 ,在世界各地得到了广泛的应用。本文讨论了在风力机的研究和开发过程中所遇到的几个关键气动问题 ,在分析这些问题产生原因的基础上 ,介绍了目前的研究现状和研究水平。本文并结合问题所涉及的基本理论 ,以及学科发展的趋势 ,提出了解决问题的基本方法 ,以及发展方向和近期可望达到的目标等     

新型双风轮风力机气动特性的三维流场数值模拟

基于Simplic算法,采用SST κ-ω湍流模型,利用Fluent6．3数值模拟软件对新型的小型双风轮风力机的气动特性进行了三维流场研究,并与同规格单风轮风力机的三维流场进行了比较．结果表明：与单风轮风力机相比,随着后风轮叶片数目的增加,新型双风轮风力机的湍流强度变大,风力机运行的稳定性在一定程度上有所降低;当后风轮的叶片数目合理时,后风轮对前风轮的影响较小,且可以有效地捕捉到前风轮的漏风,使得新型双风轮风力机的风轮在获得较大迎风面积的同时可以保持较高的转速,进而能够高效地实现风能的两级利用,明显提高发电功率和增大风能利用系数．     

半潜式平台浮式风力机的动态响应

平台的稳定是保障海上漂浮式风力机能够安全运行的基础。为了保障海上平台的稳定及漂浮式风力机的安全运行,基于Semi-submersible平台的NREL(国家可再生能源实验室)5 MW漂浮式风力机模型,采用辐射/衍射理论并结合有限元方法,调用水动力学软件AQWA(水动力学分析软件),考虑风、浪、流载荷的联合作用,对平台的动态响应进行数值模拟分析,得到了F-K力(波浪力)和绕射力对平台6个自由度运动的影响以及各波浪力随波浪频率的变化趋势。结果表明:平台在低频波浪时容易出现较大响应;随着海洋环境恶劣程度的增加,平台的动态响应增大;垂荡方向的时域和频域响应程度均小于纵荡方向。     

小型风力发电机应用分析及评价

简要介绍了小型风力机的应用现状,从政策、技术优势、风资源利用以及投资经济性等多方面分析了小型风力机的发展优势,并对小型风力机的发展趋势进行了展望。     

垂直轴风力机叶片翼型结冰的数值计算

为研究寒冷气候条件对直线翼垂直轴风力机叶片表面结冰的影响,对该种风力机叶片常用的NACA0015翼型进行了翼型结冰的数值模拟计算.计算基于二维定常不可压缩流体的N-S方程,并引入离散相模型DPM.参照实际风力机野外工作环境参数,通过改变风速和空气中水滴流量等条件,计算了在8种典型攻角下的翼型表面结冰分布情况.结果表明:气流中所含的过冷水滴量和风速是影响风力机翼型表面结冰的关键因素;风速较低时,水滴流量的影响占主导作用;翼型攻角不同,其表面结冰的厚度、面积和生长趋势不同.在一定攻角范围内,翼型表面的结冰面积随翼型迎风面积、风速和空气中水滴流量的增加而增大.在一定条件下,结冰面积可达到翼型面积的30%以上.     

风力发电机叶片设计与气动性能仿真研究

运用叶素理论和气动理论,基于设定的风力机性能参数对风轮叶片进行三维设计。利用Gambit建模软件对风力机单叶片进行三维建模,再用Fluent软件进行风力机叶片气动性能的数值模拟,仿真叶片气动流场流态,并计算叶轮的升力、阻力和扭转力矩;验证风力机气动性能数值模拟的可行性和可靠性;计算发电机组功率和风能利用效率等性能参数。对风力发电机叶片的设计和气动数值模拟计算分析的工作可深化对风力发电机组三维叶片的气动性能的了解,仿真风力发电机组气动流场,能为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供技术参数和指导意见。     

S型风力机气动设计

概述S型风力机的工作原理以及优缺点。系统分析了影响S型风轮气动性能的外形参数,总结出S型风力机达到最优气动性能时的外形参数。以最优外形参数为基础设计完成额定功率为300W的S型风力机的气动外形,所得结果可以同类型风力机的设计提供理论指导。     

风力机大型化发展中的总体设计技术

简单介绍当前风能利用的发展,分析风电技术发展的趋势和主要特点;主要讨论风机大型化、柔性化等趋势引起的大型风机总体设计所面临的主要问题,总体设计技术是涉及气动、气动弹性、结构设计等多个学科、多方面的综合性问题,直接决定着大型柔性风机的性能、可靠性和寿命。本文主要分析了攻克总体设计难题所必需优先解决的风力机气动弹性载荷计算、气动弹性稳定性等问题。同时简要阐述了发展海上风机需要优先解决的相关技术问题,指出海上大型风力机分析首先需要着重考虑风—波联合作用下的机组气弹分析问题和考虑到近海风力机桩基特性的波浪载荷问题。