风力机叶片翼型气动性能数值模拟

采用数值模拟方法对NACA23012,NACA4412,S809,S810等4种常用风力机叶片翼型进行了研究,分析了翼型静止与振荡时的气动性能.随着攻角的增加,静止翼型的升力系数先增大后减小,其阻力系数一直增大,显示出NACA4412翼型具有较好的低风速启动性能;振荡翼型的升力系数随着攻角的变化呈现一个闭合迟滞环曲线,显示出振荡翼型S809的动态失速迟滞效应最为明显.文章参照模拟结果和对比试验数据,验证了数值模拟的可靠性.     

水平轴风力机桨叶覆冰数值模拟

利用CFD软件对所取多个翼型截面为基准下的风力机桨叶和风轮覆冰进行数值模拟,在针对三维风力机桨叶结冰时,采取截取多个翼型进行二维覆冰模拟得出覆冰冰形,从二维覆冰的形状和覆冰的覆盖区域以及覆冰量的规律去判断整个桨叶覆冰的属性,且在之后针对风力机桨叶覆冰前后性能进行对比分析。研究结果对风力机桨叶的覆冰机理和风力机运行控制具有一定意义,且为风力机桨叶覆冰的实验研究提供了理论基础和对比数据。     

风力机叶片翼型结冰的气动性能数值模拟

采用Fluent软件模拟分析了攻角为0～90°时,结冰对NACA 63418翼型气动性能的影响,并与结冰前翼型的气动性能进行对比。结果表明,结冰对翼型的气动性能有明显的影响,当攻角为0～25°时,结冰使翼型的失速提前发生;当攻角大于25°时,结冰使翼型的阻力系数明显增大,升力系数也有一个明显的上升过程,并在50°攻角附近达到最大值后开始下降。     

水平轴风力机叶片翼型流场的数值模拟

为了直观形象地探讨水平轴风力机叶片翼型的气动特性,利用计算流体力学软件FLUENT对水平轴风力机叶片常用翼型NACA63425流场进行了数值模拟,得出了翼型NA-CA63425在不同来流攻角下的升力系数、阻力系数、升阻比和不同流攻角下的流场流线图和翼型表面的压力分布。根据模拟结果对不同攻角下尾迹漩涡分离流动进行了分析和比较,得出该翼型气动特性随攻角的变化规律。     

水平轴风力机叶片翼型结冰的数值模拟

通过计算流体力学(CFD)的方法对水平轴风力机桨叶翼型的霜状积冰进行了数值模拟。模拟采用四阶龙格-库塔法求解水滴运动轨迹,假定水滴在与叶片相碰撞的点处完全凝结,并且冰沿着翼型表面法向方向增长,通过模拟得到了某风力机厂家提供翼型在不同时间段叶片表面结冰后形成的冰形,同时利用FLUENT软件模拟了风力机叶片翼型周围流场的变化,并与结冰前该翼型的气动性能进行了对比。研究结果表明与干净翼型相比,在模拟气象条件下的结冰翼型的最大升力系数大约减少了27%,阻力系数增加了约38%,失速攻角降低了4°。根据模拟可以认为,结冰后翼型提前进入失速区是造成桨叶气动性能恶化的主要原因。     

转捩对S809翼型气动特性影响的数值模拟

以S809翼型为例分析了转捩对水平轴风力机翼型气动特性的影响.首先采用多种湍流模型对S809翼型开展了全湍流数值模拟,观察了忽略转捩条件下的翼型升阻力特性,然后开展了考虑转捩的数值模拟,分析了转捩对翼型升阻力特性和尾缘分离的影响.结果表明,在附着流动状态下,数值模拟中忽略转捩会导致翼型升力系数被低估约10％,阻力系数则被成倍高估;转捩对翼型尾缘分离也有一定影响,转捩点越靠近前缘,尾缘附近附面层速度型的饱满程度降低,抵抗逆压梯度的能力减弱,尾缘分离越容易发生.     

基于人工神经网络的风力机叶片覆冰预测方法

安装在寒冷地区的风力机叶片不可避免地发生覆冰现象,叶片覆冰位置和覆冰质量的不同导致其固有频率发生不同的改变.基于覆冰叶片的固有频率利用人工神经网络技术,实现预测叶片的位置和质量信息.将2 kW风力机叶片划分为叶尖、叶中和叶根,分别进行自然环境覆冰试验和覆冰叶片模态试验,得到不同位置覆冰质量和前4阶固有频率的对应关系,用...     

基于振型曲率的风力机叶片覆冰检测技术

为深入研究基于振动理论的风力机叶片覆冰诊断技术,对不同覆冰状态下的风力机叶片进行动力特性模拟实验。通过研究各阶次下、各温度下振型曲率与覆冰的关系,定义覆冰位置特征值和覆冰程度特征指标。借助Matlab软件拟合得到覆冰位置诊断阈值函数以及厚度计算公式,从而建立风力机叶片覆冰状态定量检测指标体系。最后对所提出的覆冰状态诊断指标体系做实例验算,结果表明该方法对风力机叶片覆冰状态识别具有较高的准确度。     

6种风力机叶片翼型的气动性能数值模拟研究

选取NACA4412,NACA4418,FFA-W3-211,FFA-W3-360,FX60-126和NREL-S809等6种常用风力机叶片翼型,进行二维几何建模和计算域网格划分,运用FLUENT软件对风力机叶片翼型的空气动力性能进行数值模拟和仿真分析;并与实验数据进行参照、对比和分析,验证数值模拟的可靠性.对风力机叶片常用翼型进行气动数值模拟计算和分析,可深化了解风力机翼型的气动性能,为风力机叶片翼型选型和叶片翼型改型设计和研发工作提供技术参数和指导意见.     

基于Fluent的风力机叶片翼型气动性能数值计算

风力发电是新能源利用的重要方式,风力发电机叶片翼型的气动参数特性分析对叶片翼型设计具有重要意义。采用数值方法研究不同攻角时NACA4415翼型的气动特性。利用ICEM对NACA4415翼型进行结构化网格划分,建立S-A湍流模型进行数值计算。结果表明在6°攻角时翼型存在最大升阻比,此时翼型的气动性能最佳,对风能利用率最高;14°攻角时翼型开始出现失速,翼型后部出现的气流分离是造成失速的主要原因。     

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.     

基于Fluent的风力机叶片翼型气动性能数值研究

为了对风力机叶片翼型特性进行研究,通过Fluent软件对NACA4412翼型的不可压缩流动特征参数进行数值仿真研究。计算迭代得到翼型在0°~20°攻角下的升阻力系数,描述了各气动特性变化关系规律,分析了不同攻角下压力和速度分布云图。结果表明:随着攻角的增大,升阻力系数均增大,升阻比在4°~6°时达到最佳值,翼型左右两侧的高压区向翼型下表面移动,上部低压区域向翼型前端移动,翼型上部高速部分往前缘移动,气动绕流的分离点位置前移,为风力机叶片气动性能分析和叶片位置铺层提供重要参考。     

风力机叶片翼型优化设计

为设计出气动性能优异的风力机翼型,运用CST参数化方法表述翼型外形特征以控制翼型型线,利用自适应遗传算法耦合XFOIL软件的翼型优化方法,以翼型NACA 63-215为优化算例,在设计工况下寻优,得到一种升力系数、阻力系数、升阻比、力矩等气动特性均较NACA 63-215更优的翼型,证明了该优化方法的可行性,为风力机翼型优化设计提供了参考。     

NREL 5 MW风力机气动特性的数值模拟研究

以NREL 5 MW风力机为研究对象,忽略风轮的仰角和锥角,采用CFD数值模拟方法并选用SST湍流模型研究均匀来流条件下不同风速时风力机的输出功率,并与FAST软件的计算结果进行比较。分析叶片展向不同截面的压力分布和径向速度流场,讨论风力机尾流场速度和湍动能的变化规律。研究结果表明,沿着叶片展向自叶根至叶尖,吸力面压力逐渐降低,低压区覆盖面积逐渐增大;压力面压力逐渐升高,前缘与尾缘附近压力增幅较大。风穿过风轮能量被大量吸收,风轮对来流的阻塞作用主要集中在近尾流区。风轮后随着流体从近尾流区运动到远尾流区湍动能逐渐减小。     

基于WiFi技术的风力机叶片覆冰监测系统研究

根据风力机叶片运行环境特点,开发出基于WiFi无线信号传输的叶片覆冰状态监测系统。在人工环境实验室中,模拟叶片洁净状态和覆冰状态,利用所开发系统对实验叶片的振动模态信号进行检测,从模态振动信号中提取叶片的状态信息,并将检测结果与有线监测系统的检测结果进行对比,验证了该监测系统的准确性和可靠性。     

基于运行参数特征的风力机叶片覆冰诊断方法

为更好地解决工程实际中的叶片覆冰问题,通过建立叶片覆冰状态特征参数处理模型,提取出能反映叶片覆冰状态的6种故障特征指标,并将其作为输入,将叶片覆冰状态作为输出,建立风电机组叶片覆冰诊断的BP神经网络模型,利用实际风电机组数据采集与监视控制(SCADA)系统数据构造BP神经网络的训练样本和测试样本。结果表明:所构建的叶片覆冰诊断模型能准确地诊断出叶片覆冰状态。     

垂直轴风机叶片覆冰数值模拟及其气动性能研究

研究升力型垂直轴风机叶片的覆冰特性,为风机的防冰、除冰系统研发提供帮助。文章对垂直轴风机叶片的雾凇覆冰物理过程进行了分析,建立了风机叶片覆冰的数值计算模型。通过SST k-ω湍流模型求解旋转叶片周围的空气流场,利用拉格朗日法获得过冷却水滴的运动轨迹及碰撞情况,结合覆冰时间推进法得到叶片表面的覆冰形貌,并通过流场计算分析覆冰对风机气动性能的影响。利用该计算模型研究了不同叶片翼型、叶片数量以及叶尖速比λ对垂直轴风机叶片覆冰的影响。结果表明:当风机的λ增大时,风机叶片表面的覆冰更多的向叶片前缘尖端区域集中,叶片后缘的覆冰量减少;在同一覆冰条件下,不同叶片翼型、叶片数量和λ对垂直轴风机的整体覆冰量、单个叶片的覆冰量以及叶片表面的最大覆冰厚度均产生重要影响;不同叶片翼型、叶片数量和λ的风机的静态扭矩特性受覆冰影响差异大。