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。     

风力机叶片高升力系数法的气动设计研究

在动量-叶素理论和Betz理论的基础上,结合PROPID软件进行功率为1.5 MW水平轴风力机叶片的气动设计研究。叶片气动设计采用高升力系数法,叶片剖面采用NPU-WA系列高升力、高升阻比风力机专用翼型,在叶片性能预测中采用叶尖损失、轮毂损失和Viterna失速模型。设计结果表明采用先进风力机翼型并运用高升力系数法设计的大功率风力机叶片的弦长较小,叶片面积较小,有利于减轻叶片的重量,同时降低制造成本。     

风力机气动与结构CAD软件

叙述了应用于风力机气动与结构CAD软件“Blade Desing for Windows”,该软件了对翼型气动数据和截面坐标数据的数据库管理,采用片条理论,考虑到角度干扰系数,实度,风剪,偏航等因素对风力机气动性能的影响,对风力机气动性能进行计算,并在此基础上发展了水平轴风力机浆叶气动外形的总体优化设计方法。     

复合材料风力机叶片气动/结构一体化优化设计

基于多学科优化理论,提出复合材料风力机叶片气动/结构一体化优化设计方法。采用多岛遗传算法,以叶片的气动和结构性能为约束、质量为目标,对复合材料风力机叶片进行优化设计。气动性能分析采用叶素动量理论,考虑叶梢损失和轮毂损失。结构分析采用有限元方法对风机叶片三维参数化CAD模型进行分析。算例结果证明了该方法的有效性,对实际的工程设计有较强的参考价值。     

某新翼型风力机叶片的设计与气动性能试验

利用作者所在课题组最新研发的某风力机新翼型,基于Wilson法,通过MATLAB编写的叶片设计计算程序获得了某300 W小型水平轴风力机新翼型叶片的相关数据,并制做了实体叶片。通过气动性能试验,验证了程序的可靠性。为进一步比较在相同设计条件下,新翼型叶片在气动性能方面的先进性,以NACA4415为设计翼型进行了叶片的设计计算,并制作了相应的翼型叶片。通过气动性能试验,验证了新翼型叶片的气动性能优于NACA4415翼型叶片。     

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。     

风力机叶片气动设计及偏载计算

风力发电机组叶片的气动特性直接影响到机组效率,考虑了风力机叶片气动损失,运用Schmitz方法对1MW定桨风力发电机组的叶片进行了气动设计.叶片从叶根到叶尖采用了不同翼型,以满足叶片强度和气动性能的要求.不同翼型之间采用了3次样条插值后的过渡翼型,同时叶根和叶尖也进行了处理,以满足工艺和实际的要求.在所设计的风力机叶片的基础上,计算了风力机的偏载特性,由于风力机起动与空载时,Schmitz方法误差较大,该文采用了Schmitz理论的扩展算法来计算风力机的偏载特性.设计结果表明,基于Schmitz理论设计的多翼型风力机叶片考虑了叶片的损失,方法简单,计算出来的叶片弦长和扭角符合实际叶片的规律.采用了扩展算法后的偏载特性曲线,考虑了各种损失,与实际风力机表现的特性规律相符.     

基于元胞遗传算法的风力机叶片优化设计

采用经过叶尖损失、轮毂损失及失速状态下动量理论修正的片条理论为基础,在满足设计功率的前提下,以最大升阻比系数为优化目标,以叶片的形状参数弦长、扭角为优化设计变量,通过元胞自动机遗传算法对风力机叶片进行优化。最后应用该优化模型对某2 MW变桨距风力机叶片进行优化设计,并对优化结果进行比较分析,验证了该算法的有效性,为风力机叶片的后续研究奠定了基础。     

风力机翼型大迎角气动性能评估方法

风力机叶片翼型的气动数据是风力机叶片设计和性能评估的基础,全迎角范围的翼型气动数据有助于准确预测风力机的功率以及极限气动载荷。分析了风洞实验、CFD方法获取翼型气动数据的优缺点,着重阐述了基于实验数据建立的半经验公式-Viterna模型。提出了一种结合CFD与Viterna模型快速评估翼型全迎角范围气动性能的方法,另外为了提高预测风力机输出功率的准确性,利用前面的方法获得的翼型气动数据与叶素理论计算风力机功率时,要考虑尖端损失与桨毂损失。     

小型变桨距风力机的气动优化设计

基于叶素动量理论分析了小型风力机的气动性能分析模型,并提出了叶片的气动优化设计方法.结合叶片制造和应用中的实际要求,设计了10 kW小型变桨距风力机叶片的气动外形.计算结果表明,设计叶片具有良好的气动性能,验证了该设计方法有效实用.     

工业汽轮机大型排汽缸气动分析与结构优化

为了改善工业汽轮机排汽缸气动性能,降低流动损失,采用数值模拟方法对一种大型工业汽轮机排汽缸的气动特性与流场结构进行了计算与分析.揭示了造成工业汽轮机排汽缸气动损失的重要方面,同时提出了针对排汽缸重要结构参数的多种优化方案,并进行详细计算与分析.针对每种优化方案,阐明了优化机理与工业汽轮机排汽缸本身的优化局限性.研究结果...     

冲角对导向涡轮叶栅气动性能影响研究

汽轮机组运行时,冲角的变化可能在叶栅流道内造成流动损失.因此有必要研究来流冲角的变化对涡轮叶栅内流动的影响.通过导向叶片进口气流与轴向偏转一10°,0°和10°建立三个工况.用ANSYS CFX流体动力学软件分别对三个工况进行数值仿真,结果发现仿真叶片的后加载特性具有很好的冲角适应性,在压力面和吸力面的大部分范围内冲角...     

对转涡轮气动技术研究进展

对转涡轮技术是有效提高发动机功率密度、效率,减少陀螺效应的重要技术手段之一,但其设计难度大,在实际工程应用中仍面临一系列技术挑战。本文主要从对转涡轮在不同领域中的应用、气动设计及性能分析、内部流动分析及优化和气动试验技术四个方面对近十年来国内外对转涡轮气动技术的研究进展进行综述,并指出未来应进一步深入认识不同类型对转涡轮内部复杂流动机理及调控方法,加强试验技术研究,为实现对转涡轮在不同领域中的应用提供技术支撑。     

带有可调导叶的径流涡轮气动特性的研究

采用数值模拟的方法对单级径向涡轮在导向叶栅的不同开度、不同工况下的全流场进行了三维模拟分析。研究表明,可调导叶对涡轮性能的影响是叶栅收敛度、气流冲角与出气角的综合影响。在综合考虑了导叶损失以及叶轮损失的基础上,提出了变几何径向涡轮随速比变化的调节方案。     

后部加载叶型的气动优化设计

本文对哈尔滨汽轮机有限责任公司30万kW汽轮机静叶栅的两套改型方案进行了实验验证，通过对实验结果的详细分析，得出了决定后部加载叶型气动性能的三个主要因素，即前缘圆直径，吸力面出口逆压段梯度与逆压梯度大小的合理匹配、尾缘圆直径。实验结果表明应用“前更轻后更重”后部加载叶型的73B具有更好的气动性能。     

变几何涡轮对涡轮气动性能的影响研究

针对自由涡轮导向器叶片可调的多级轴流涡轮进行气动性能研究。结果表明:通过改变自由涡轮导向器叶片角度可以调节多级涡轮的流量、效率、膨胀比分配和功率分配,自由涡轮导向器叶片角度变化对涡轮流场和各级静叶损失产生明显的影响。     

Aerodynamic performance prediction of a 30 kW counter-rotating wind turbine system

In the present work, the aerodynamic performance prediction of a unique 30 kW counter-rotating (C/R) wind turbine system, which consists of the main rotor and the auxiliary rotor, has been investigated by using the quasi-steady strip theory. The near wake behavior of the auxiliary rotor that is located upwind of the main rotor is taken into consideration in the performance analysis of the turbine system by using the wind tunnel test data obtained for scaled model rotors. The relative size and the optimum placement of the two rotors are investigated through use of the momentum theory combined with the experimental wake model. In addition, the performance prediction results along with the full-scale field test data obtained for C/R wind turbine system are compared with those of the conventional single rotor system and demonstrated the effectiveness of the current C/R turbine system.