海上随机风速作用下风力机叶片动力响应分析

通过自行编制的Davenport风谱程序建立了更加贴近实际工况的风场,以UG建立的叶片三维实体模型为研究对象,对海上随机风速作用下风力机叶片的位移和应力响应进行了数值模拟与分析.结果表明:叶片最大挥舞振幅及其承受的最大Mises应力均随平均风速的增加而增大;最大挥舞振幅沿翼展方向呈非线性增大趋势,并在叶尖处达到振幅最大;最大Mises应力出现在叶片中部靠近前缘的位置,而在叶根和叶尖部位相对较小.     

计及蜂窝芯层的垂直轴风力机叶片主梁结构优化设计

针对主梁采用蜂窝芯层后垂直轴风力机叶片会出现重量激增的问题,提出通过主梁的结构优化来达到叶片轻量化设计的目的。利用Fluent软件计算叶片的气动力,应用多项式拟合分别建立主梁结构参数与叶片的质量、最大等效应力的响应面方程;以叶片的质量最小为设计目标,利用遗传算法优化腹板的位置和厚度以及蜂窝芯层的厚度、胞元斜壁长,研究优化前后叶片在额定工况下最大的位移、应力和应变。结果表明：优化后叶片的质量减少了8.14%,且位移、应力和应变分别减少3.92%、29.39%和35.32%,结构性能得到明显提高。     

碳纤维与玻璃钢风力机叶片动力特性的对比分析

以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象,分析了碳纤维与玻璃钢(GRP)材料的叶片和风轮在静止工况下的模态频率与振型,对比了两种叶片在额定工况下的应力与位移。研究结果表明:两种材料的叶片均表现出较高的抗扭能力,碳纤维风轮的抗摆振能力更强;碳纤维与GRP叶片位移及应力分布相似,刚度较低的GRP叶片使得其位移响应值很大、应力响应值相对较小。     

基于Davenport谱风机叶片旋转状态下的应力分析

为了确保风力机叶片安全可靠运行,对其进行了旋转工况下的应力分析.以UG建立的叶片实体模型为研究对象,运用更加贴近实际工况的Davenport风谱建立了近海风场,利用Newmark法求解了结构运动方程,并在与文献试验结果对比的基础上,数值模拟了叶片应力分布.研究结果表明,风力机叶片的位移响应与应力响应幅值均随来流风速的增加而增加,旋转速度和来流风速均对叶片在相对弦长和相对翼展方向上的最大mises应力变化趋势有明显影响,该结果可以为风力机叶片优化设计提供参考.     

风力机叶轮单向流固耦合工程分析方法研究

风力机风轮的叶片根部为叶轮最薄弱的结构位置.为提高风力机的运行可靠性,对叶片根部进行动态响应分析,利用逆向工程重构风力机叶片,运用ANSYS WorkBench搭建流固耦合模型,研究风力机在运行环境风载荷作用下的叶片整体位移和应力分布.依据叶轮叶片在三维流场的动力响应,进一步研究风轮在复杂工况下运行的稳定性,为风力机的...     

10MW风力机叶片设计与动力特性

为了研究大型风力机叶片在静止和转动状态下的振动模态及其变化特点,通过叶素动量理论和复合材料的叶片设计方法完成了10 MW风力机叶片的设计.基于多体系统动力学理论和超级单元模型,结合动力学分析软件ADAMS对静止状态下叶片的线性特征值进行了分析,考虑叶片的弹性变形和旋转,应用刚性积分方法对叶片的非线性控制方程进行数值求解,通过傅里叶谱分析方法,实现风轮旋转条件下的运转模态识别.结果表明,在动力刚化效应作用下,叶片的固有频率会随着转速的增加而增大.     

风力机复合材料叶片流固耦合分析

为了给风力机叶片优化设计及研发工作提供准确的数据,减少成品的开发周期,降低成本,并保证风力机的安全运行,提出一种针对铺层后风力机风轮及叶片并利用ANSYS Workbench进行单向流固耦合分析的方法.主要在传统翼型NACA4412模型下进行叶片建模改进,应用铺层设计把叶梢、叶根、展向等改成渐变式厚度并进行流固耦合分析.数值模拟结果表明:叶片在风速13 m/s时叶尖部分压力最大,此时叶片弦长及其厚度处于最小状态,叶片中部靠近叶片前缘的位置为应力最大处.     

基于CiteSpace分析近十年来我国风力机叶片研究热点

运用CiteSpace可视化软件对中国知网数据库中文期刊在2011～2020年期间所涉及风力机叶片研究热点进行总结计算分析,得到开展风力机叶片研究的研究机构、学者及关键热点问题等相关知识图谱.通过对比分析得出：近十年来的风力机叶片研究热点及发展方向;相关文献发文量及发展趋势,整体处于稳定态势;研究机构及学者主要集中在相关高校,地域性研究显著.综合以上各种风力机叶片的研究热点及方向,对我国风力机叶片的发展态势进行了阐述,为利用可再生能源技术的提升及风力机的研究提供重要参考.     

达里厄风力机恶劣工况下气动特性的数值模拟

以一台具有三个叶片的达里厄风力发电机为例,分析了不同相位叶片的受力特点;基于Fluent软件,采用雷诺时均N-S方程和k-ωSST模型,结合MRF旋转坐标系技术对垂直轴风力发电机进行了二维数值模拟,研究了该垂直轴风力机的风轮扭矩的周期性变化规律,确定了一个旋转周期内的恶劣工况。通过对恶劣工况下不同来流风速和转速时的瞬态数值模拟获得了其流场特征。研究表明:叶片之间的干扰和风轮的气流泄露将在不同程度上影响风力机的性能,并模拟计算了增加叶片后的扭矩变化规律。     

用频响函数曲线拟合法识别壳体模态参数

叶片工作在大气湍流随机变化的恶劣环境中，具有曲线边界，自振频率的求解是对其进行动态设计的需要，大部分叶片工作中常常先于整机破坏而导致整个设备停止运行，其振动参数的识别对其设计制造具有指导意义，通过对风力机叶片进行动态测试，由频率分析的单模态曲线拟合方法及复峰值曲线拟合方法方得到了叶片的前八阶振型曲线图，二者结果比较一致，并找出了结构的薄弱问题，试验结果表明，此叶片一阶频率小于该叶片在额定转速下的三倍转速频率，这可能是该叶片容易失效的原因之一，对风力机叶片的结构动力修改及结构动态优化设计提出了参考意见，为叶片动态设计打下了基础。     

风电机组Ⅱ区功率与叶片气动载荷协同控制

为了研究风力发电机组在低于额定功率时的最大风能捕获以及叶片的气动载荷,使得风力发电机组在整个生命周期内高效稳定地运行,提出了一种功率与载荷的协同控制方法,通过过渡区预变桨的方式控制风力发电机组功率与叶片气动载荷.采用所提出的功率与载荷协同控制策略在Matlab软件上搭建风力发电机组的仿真模型,计算得出了风力发电机组的功率和叶片气动载荷的数据,结果显示,协同控制策略能够在低于额定风速区域保持功率基本不变的情况下有效减小叶片的气动载荷,由此证明了所提出的协同控制策略的可行性.     

升力型风力机与升阻型风力机气动性能分析

为深入研究升阻型风力机与升力型风力机的气动性能,基于CFD软件,采用k—wSST湍流模型,利用双滑移网格技术对2者的启动风速和切入风速进行流场计算,研究在低风速下2种风力机的气动性能。结果显示：升阻型风力机具有较大的启动力矩、较小的切人风速以及较小的启动风速;升阻型风力机在低风速下比升力型风力机更容易启动,且在失速之前升阻型风力机的输出功率较大,但在失速之后升阻型风力机输出功率低于升力型风力机。     

不同类型风力发电机噪声的对比试验研究

不同类型风力发动机在正常运转时,产生噪声是不同的。在本论文中利用现代声学测试手段对200W浓缩风能型风力发电机和普通型风力发电机运转时产生的噪声进行实地测试,经对比分析可知浓缩风能型风力发电机的噪声低于普通型风力发电机;叶轮是风力发电机噪声来源的主要部件;两类风力发电机的噪声都随着风速的增加而非线性增加。     

风力机叶片二元翼段静气动弹性机理

针对风力机叶片翼型静气动弹性的发散速度、载荷重新分布等问题,在线弹性范围内,基于气动弹性力学理论,推导出适用于风力机叶片二元翼段静气动弹性的基本方程.以攻角为输入量,压力为输出量,翼型的弹性扭角为系统的反馈量,建立了风力机叶片弹性翼型的气动弹性反馈模型.在危险风速工况下,对3种典型翼型的风力机叶片二元翼段进行了计算分析,得到了扭转刚度、刚心与气动中心距离对风力机叶片二元翼段的发散速度、附加扭角和升力分布的影响.研究了不同翼型对风力机叶片二元翼段附加扭角和升力分布的影响,结果表明,当扭转刚度较小时,附加扭角的增加在一定程度上提高了翼型的气动性能;当扭转刚度较大时,附加扭角增加较小,对翼型的气动性能影响较小.     

威布尔分布风速下基于遗传算法的风力机叶片优化设计

考虑了风速的威布尔(Weibull)分布,以年发电量最大为目标函数,运用遗传算法对某1.5 MW风力发电机叶片的气动性能进行了优化设计:将叶片沿展向分为13段,以每段的功率作为遗传算法的适应度函数.优化所得的气动外形参数体现了比Wilson方法和额定风速下的遗传算法更为合理的结果,弦长和扭角更趋于流线型分布,且扭角整体呈减小的趋势.     

恒转矩与恒功率控制对漂浮式风力机性能的影响

介绍了漂浮式风力机模型及支撑结构的动力学模型,并针对风力机位于额定风速以上时的控制策略进行讨论,利用FAST软件对漂浮式风力机进行建模,分别采用恒转矩控制策略和恒功率控制策略对3种形式的漂浮式风力机进行仿真。结果表明,如果从降低风力机输出电功率波动的方面考虑,采用恒功率控制效果更好。       

风力发电机叶片的雾凇覆冰数值模拟

为了解风力发电机叶片覆冰情况,以某型300 kW风力发电机叶片为研究对象,根据切片-重构的思想,将叶片划分为有限个截面,基于叶片覆冰的物理过程,采用边界元法对风力发电机叶片的空气流场进行计算;采用拉格朗日法分析计算水滴在叶片表面的碰撞过程;通过迭代计算和冰形重构模拟覆冰增长过程,从而建立风力发电机叶片三维雾凇覆冰增长模...