三叶结构半转式立轴风力机控制方法仿真研究

结合实际三叶结构半转式立轴风力机模型,分别采用传统PID控制与ANN-PID控制方法进行了仿真研究,结果表明采用ANN-PID控制具有更好的控制效果.     

新型立轴风力机及其功率与风能利用效率计算

介绍了一种用于风力发电的新型立轴风力机的工作原理,并针对3叶结构样机提出了风力机风能利用效率的计算方法.采用部分积分数学方法分析计算了3叶结构立轴风力机的功率与扇叶的结构尺寸的关系,为风力机结构设计提供了基本分析方法.     

基于有限元法的立轴风机风轮振动特性分析

采用有限元方法建立了立轴风力机风轮的振动分析模型,分析了离心力对风轮固有频率的影响,并运用此模型对500 kW风力机风轮的振动模态作了仿真分析,得到风力机运行过程中风轮的固有频率与外激励频率之间关系的Campbell图,为立轴风力机结构的振动特性设计提供参考.     

基于有限元法的立轴风机风轮振动特性分析

采用有限元方法建立了立轴风力机风轮的振动分析模型，分析了离心力对风轮固有频率的影响，并运用此模型对500kw风力机风轮的振动模态作了仿真分析，得到风力机运行过程中风轮的固有频率与外激励频率之间关系的Campbell图，为立轴风力机结构的振动特性设计提供参考．     

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...     

新型立轴风力机的建模及控制策略研究

以三叶结构新型立轴风力机为研究对象,介绍了该风力机的数学模型建立过程及风力机工作过程中风速在额定风速以上时的浆距角控制策略,并运用MATLAB/SIMULINK模块对其进行了相应的仿真研究,仿真结果表明了该模型的合理性和控制方法的可行性.     

轮轨式垂直轴风力机自适应车轮发电平台设计与分析

垂直轴风力机相对于水平轴风力机而言具有诸多优点.基于轮轨式垂直轴风力机工作原理,进行总体结构设计.车轮发电平台是轮轨式垂直轴风力中的重要部件,主要起发电和转向作用.设计一种车轮直接带动各小型发电机的分布式车轮发电平台结构,使驱动发电机转动的车轮始终与发电机处于同一个摆动平台.该车轮发电平台可随着运行轨道曲率变化而不断自适应地转动,具有各发电机机械转动能被平稳输入的优点.设计防倾覆装置安装于风力发电小车底板上,可调整其与轨道之间的间隙,保证风力机运行时不发生倾覆.运用有限元技术对车轮发电平台受力关键零件进行静力学强度分析,验证设计的结构满足强度要求.     

小翼对水平风力机流场特性的改变

实验和数值模拟已经证明了风力机叶片的叶尖添置小翼,可以提高风能转化效率。为了清楚地了解小翼对风力机动力放大的影响,对加小翼和不加小翼的风力机流场——速度场和压力场的特性进行了分析。这个分析是基于对风力机加V(8.8×8)型小翼和不加小翼时叶轮周围流场数值模拟的结果。可以看出小翼对风力机的叶端产生的影响较大,即加大了风力机叶端的压差和速度。同时结合一定位置的压力和速度图的分析,可以看出小翼使风力机叶尖的漩涡强度降低,提高了能量的转换,从而提高了效率。     

动物运动仿生的反思与出路

提出了一种结构简单的不对称转动机构一半转机构。空中、水里、陆上运动的动物具有不同的运动方式,因此半转机构也必须用不同的方式去实现它们的运动效果。用半转机构实现飞行仿生的可能性可以借助Weis—Fogh机构的原理得到确认。用半转机构实现水中与陆地上的动物运动效果仿生也是可能的。     

立轴风力机的拉索设计

拉索立轴风力机的拉索在设计时要满足风力机顶端的刚度要求和拉索本身的强度要求,且拉索对风轮顶端的约束刚度和拉索自身的振动特性受拉索的截面刚度、质量、垂度、预紧张力等因素的综合影响,提出了一种结合有限元法的循环确定拉索设计关键参数的方法,并通过一算例验证了该方法是可行的.     

垂直轴风力机中马格纳斯效应力最大化与叶片转速的研究

在基于马格纳斯力驱动的垂直轴风力机理论研究的基础上,研究了风场中旋转柱形叶片所能够获取最大马格纳斯力的方法. 从最大风能利用率和最低能耗角度出发,把叶片在风力机中所处动态方位角与叶片的合理旋转速度联系起来,提出了旋转叶片的最大功率跟随的叶片转速控制问题并进行系统研究,为马格纳斯力驱动的垂直轴风力机的控制和实际应用提供理论基础.     

基于流固耦合的风力发电机周围流场特性分析

为了提高风能利用效率,合理设计风电场,基于ANSYS Workbench有限元仿真平台以水平轴风力发电机为研究对象,在额定工况条件下对风力发电机周围流场特性进行了流固耦合分析,得到了风力发电机尾迹及叶片附近旋转域流场的风速、风压分布.结果表明:在风力发电机后不同距离的截面处,其湍动能沿竖直方向均呈现“M”型变化趋势;在水平方向上,部分流经叶片的空气产生了旋转,并具有向四周扩散的现象;在叶片旋转域中,沿叶片径向其风压与风速不断增大.     

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.     

基于粗糙集和支持向量机的肿瘤图像识别

设计了一种基于粗糙集与支持向量基的乳腺肿瘤图像识别方法.其基本思想是首先对图片进行降噪预处理,接着提取纹理和形状特征构成表征医学图像的特征矢量,然后将特征离散归一化处理,再用粗集方法进行特征属性约简,最后利用支持向量基进行识别.结果表明,该方法取得了比较理想的识别效果.     

基于MATLAB的垂直轴风力机仿真研究

为了描述垂直轴风力机的输出特性,对垂直轴风力机运行风况、传动系统以及转速控制系统在MATLAB/SIMULINK模块中进行建模.以5 kW垂直轴风力机为例,运用双向多流管模型得到该风力机不同叶尖速比下的功率系数,并将数据导入MATLAB并运用曲线拟合工具箱得到该5 kW垂直轴风力机的风轮数学模型,从而建立SIMULINK模型.将风轮模型与其它模型组成风力机模型,给定风力机的一些运行参数,得到了可供分析的数据.通过仿真研究表明,MATLAB/SIMULINK可以较好地模拟风力机从风轮到传动系统的整体性能,为今后研究垂直轴风力机的整体性能提供参考依据.     

Blade pitch control of straight-bladed vertical axis wind turbine

Collective pitch control and individual pitch control algorithms were present for straight-bladed vertical axis wind turbine to improve the self-starting capacity.Comparative analysis of straight-bladed vertical axis wind turbine(SB-VAWT) with or without pitch control was conducted from the aspects of aerodynamic force,flow structure and power coefficient.The computational fluid dynamics(CFD) prediction results show a significant increase in power coefficient for SB-VAWT with pitch control.According to the aerodynamic forces and total torque coefficient obtained at various tip speed ratios(TSRs),the results indicate that the blade pitch method can increase the power output and decrease the deformation of blade;especially,the total torque coefficient of blade pitch control at TSR 1.5 is about 2.5 times larger than that of fixed pitch case.Furthermore,experiment was carried out to verify the feasibility of pitch control methods.The results show that the present collective pitch control and individual pitch control methods can improve the self-starting capacity of SB-VAWT,and the former is much better and its proper operating TSRs ranges from 0.4 to 0.6.     

风力机设计软件WTD1．0气动设计性能分析

为了研究分析风力发电机设计软件WTD1．0（一套基于考虑了流动三维气动效应数学模型的设计软件）的性能,选取一实际的风力机为计算模型。对WTD在叶轮功率计算、叶片的安装角分布、风轮的转速、叶片翼型弦长分布、叶片扭转角分布设计等方面的功能进行了计算分析,并对WTD在叶轮的启动力矩、多叶片（叶片数超过6片）叶轮的气动计算和设计的功能等进行了分析研究。通过计算分析,发现设计软件WTD1．0在叶轮功率计算、叶轮结构尺寸设计、叶轮启动力矩计算及多叶片叶轮计算设计方面均有较好的表现,并能正确地反映风力机叶轮的气动理论,在一定程度上提高了风力发电机的气动设计水平。     

双层反转垂直轴风力机的流场特性数值模拟

针对由垂直轴风力机运行过程中的动态失速问题所导致的功率系数较低的问题,提出双层反转构型的垂直轴风力机. 通过在传统垂直轴风力机内侧设置反转向辅助叶片的方式,改善垂直轴风力机流场,从而提高其功率系数. 将该风力机与传统垂直轴风力机进行计算流体动力学数值模拟对比分析,研究不同叶尖速比情况下两者流场特性的差异以及双层风力机内外层风轮起始运转相位差的影响. 通过计算得到的内层辅助叶片的时均扭矩系数为正,不需要额外功率输入. 外层叶片的扭矩系数结果表明,采用这种构型会降低叶片上游区域扭矩系数的峰值,同时大幅提高下游区域扭矩系数,从而实现时均发电效率的提高. 对流场中涡系结构进行分析,结果表明,功率系数提升的原因是内层辅助叶片的反向旋转抑制了主叶片的动态失速. 特别是当叶尖速比为1.85时,在初始相位差为90°的对比算例中,与传统垂直轴风力机相比,新构型下的叶片时均扭矩系数提高了43.92 %.     

尾缘射流式垂直轴风力机气动特性数值分析

为抑制翼型表面流动分离并提高风力机叶片气动性能,将可靠性较高的吹气射流技术应用于垂直轴风力机叶片尾缘。采用数值模拟方法分析不同尾缘射流角度对垂直轴风力机风能利用系数、力矩系数及单叶压力与整机涡量的影响。模拟结果表明:在最佳尖速比(2.63)时,10°射流可以有效降低翼型尾缘脱落涡频率,有效控制叶片尾迹效应,整机效率及运行稳定性均优于0°尾缘射流式垂直轴风力机;在较低尖速比时,风力机单叶力矩峰值均集中在120°相位角,尾缘10°射流对整机力矩系数有显著提升效果;在较高尖速比时,单叶翼型压力面存在较大正压区,风能利用系数最大可提高11%左右,气动性能明显优于无射流垂直轴风力机。尾缘射流降低了风力机叶片所需承受的轴向载荷,提高了风力机输出功率。不同角度尾缘射流均能有效降低叶片表面流动损失进而延缓流动分离,数值结果为尾缘射流式垂直轴风力机的工程应用提供了部分参考价值。     

变风速下风力机叶片载荷特性研究

根据风力机的气动理论,并考虑风切变和风力机结构、几何参数的影响,建立了风力机叶片的气动载荷计算模型。以基本风速、渐变风速、阵风风速和脉动风速4种风速类型建立了变风速模型,并应用于叶片载荷计算模型,实现变风速下的叶片气动载荷的计算。以某MW级风力机为对象,给出了数值计算流程并进行了实例计算,结果显示：风力机叶片的气动载荷主要分布在叶片的中段和叶尖,且载荷大小随风速起伏变化,叶根的气动载荷随风速变化的趋势不明显,风速较大时,叶片上的载荷波动较为显著。结果可为叶片的结构设计和动力学分析提供参考。