风力机加V型小翼后的性能变化

试验和数值模拟证明,在风力机叶片的叶尖添加小翼,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,文章基于叶轮周围流场的数值模拟结果,分析了加V型小翼和不加小翼的风力机流场-速度场和压力场特性。可以看出,小翼对风力机叶片叶端的影响较大,风力机叶尖的漩涡强度降低,能量转换效率提高。     

叶片数及弦长对升力型垂直轴风力机的影响

文章基于非对称翼型NACA4415,以功率系数为依据,以CFD仿真为手段,研究了在不同尖速比下叶片数与叶片弦长对升力型垂直轴风力机气动性能的影响,以及不同尖速比和叶轮实度不同时,垂直轴风力机功率系数的变化。研究结果显示,该类升力型垂直轴风力机叶轮实度取0.25~0.45,尖速比λ取2.5~3.4时,具有较高的功率系数。流场分析表明,当叶片弦长与叶片数的变化对流场的扰动能力小于垂直轴风力机从流场中获取风能的能力时,叶片弦长与叶片数的变化会增加垂直轴风力机的功率系数;反之,垂直轴风力机的功率系数降低。该研究为此类20 k W垂直轴风力机的设计与选型提供依据。     

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。     

基于叶片变形偏航下风力机叶片绕流流场的研究

针对偏航工况下风力机叶片与流场之间的相互作用而产生的变形影响叶片绕流流场问题,基于叶片变形对不同偏航工况下水平轴风力机叶片绕流流场进行双向流固耦合数值计算,分析偏航工况对风力机叶片变形和表面应力的影响,在此基础上研究不同偏航工况对叶片绕流流场的影响.结果表明,不同叶片上的变形和应力呈现不均匀性,且随偏航角增大,不均匀性...     

改进型格尼襟翼对垂直轴风力机气动性能的影响

直线翼垂直轴风力机气动效率普遍较低,为此提出一种具有内侧、外侧、双侧格尼襟翼和凹槽格尼襟翼的翼型叶片以提升其气动性能。通过数值模拟研究6种新型叶片对垂直轴风力机风能利用率、力矩系数、流场结构和叶片切向力等气动性能的影响。结果表明：6种格尼襟翼叶片均可在一定尖速比（TSR）范围内提高风能利用率,外侧凹槽格尼襟翼最大风能利用率可提高17.92％;外侧格尼襟翼与双侧凹槽格尼襟翼相比原始叶片可有效降低风力机载荷波动并提高平均力矩系数;双侧dimple-GF可改善动态失速特性,明显抑制旋涡发展;单叶片切向力在上游区明显增大,有效提高了风力机气动性能。     

吹气控制策略对垂直轴风力机气动性能的影响

为改善垂直轴风力机周围流场结构并提升气动性能,在风力机叶片中采用外吹式流动控制,并提出5种吹气控制策略,通过数值模拟的方法研究不同吹气控制策略对垂直轴风力机气动性能的影响,进一步分析在最佳吹气流动控制策略时的涡量场与载荷波动。研究表明:采用上开口抛物线控制策略时的风力机气动性能最佳,当最大吹气动量系数为0. 025时,风能利用系数及平均力矩系数提升26%,并可抑制大涡的形成及发展,同时改善翼型表面压力分布。     

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．     

不同扩散体对建筑增强型垂直轴风力机气动性能的影响

为研究不同建筑扩散体对建筑增强型直线翼垂直轴风力机的气动性能与流场结构的影响,采用CFD数值模拟的方法,以NACA0021为叶片翼型的多叶片建筑增强型直线翼垂直轴风力机为对象,研究其在不同建筑扩散体及不同尖速比下的气动性能。结果表明:建筑增强型直线翼垂直轴风力机存在最佳尖速比;不同建筑扩散体对提高直线翼垂直轴风力机风能利用率影响较大,在所选取的8种建筑扩散体模型中,梯形建筑扩散体下的直线翼垂直轴风力机在尖速比为4.62时标准化风能利用率可达1.560 7,而A1翼型式建筑扩散体下的直线翼垂直轴风力机前后压差较小,风能难以利用。     

基于烟线法的直线翼垂直轴风力机静态流场可视化试验

为探明直线翼垂直轴风力机自起动性能与风力机叶片迎风角度的关系,设计制作了一台具有3枚NACA0018翼型叶片的直线翼垂直轴风力机模型.通过风洞试验测试了直线翼垂直轴风力机在不同风速下自起动性与叶片迎风角度的关系;利用烟线法对风力机的静态流场进行了可视化试验,获得了不同叶片迎风角度下风力机周围流场的流迹线图像;分析了风力机自起动性与叶片翼型、叶片个数、叶片受力情况和周围流场的关系.     

叶片实度对建筑增强型垂直轴风力机气动性能的影响

采用数值模拟的方法对建筑环境中具有不同实度的建筑增强型垂直轴风力机进行模拟。对NACA0021翼型作为叶片截面的三叶片原始直线翼垂直轴风力机周围流场进行数值模拟并与实验值进行比较,且进行了网格无关性验证,验证了计算模型的合理。结果表明:随实度的增加,建筑增强型风力机气动性能与自启动性能得到大幅改善,风力机平均力矩增大,风能利用率最大提升至4.47倍,但其载荷波动也非常剧烈,对结构安全性与可靠性提出更高的要求。实度过小则无法有效地捕获风能;实度过大则叶片之间的干扰增加,最大风能利用率增幅可降低至3.11倍。     

不同材质风力机叶片绕流流场特征变化PIV实验研究

考虑风力机叶片变形对绕流流场的影响,通过粒子图像测速（PIV）方法,采集两副翼型相同、材质分别玻璃聚酯（叶片Ⅰ）和玻璃聚醋内部填充泡沫（叶片Ⅱ）的水平轴风力机叶片绕流流场信息,对不同测试截面处流场数据进行分析。研究结果表明：相比于叶片Ⅰ,相同工况下,叶片Ⅱ的总体涡量、回流区的面积和时均速度更大,轴向雷诺应力更小;随着相对轴向距离的增加,时均速度在相对高度方向波动减小,材质对轴向雷诺应力影响逐渐减弱。实验工况下,叶片材质对绕流流场特征的影响大于叶尖速比对其的影响,并沿径向方向有增大的趋势。     

切出风速下风力机变桨故障叶片气动特性及准静态结构响应分析

为探究大型水平轴风力机达到切出风速停机后变桨故障叶片的气动特性及准静态结构响应,基于计算流体力学方法对NREL 5 MW风力机变桨故障/成功叶片气动侧状态进行分析,并利用双向弱流固耦合及曲屈分析对典型方位角下变桨故障叶片展开研究。结果显示：切出风速下变桨故障叶片挥舞力矩平均值为变桨成功叶片的13.8倍,且前者的流场尾迹更为明显。此外,180°方位角变桨故障叶片较之0°方位角变桨故障叶片应力及叶尖位移分别减小29.8%和32.7%,一阶屈曲因子增加20.2%。     

PIV measurements of flows around the wind turbines with a flanged-diffuser shroud

The wind turbines with a flanged-diffuser shroud -so called ＂wind lens turbine＂- are developed as one of high performance wind turbines by Ohya et al. In order to investigate the flow characteristics and flow acceleration, the paper presents the flow velocity measurements of a long-type and a compact-type wind turbines with a flanged-diffuser shroud by particle image velocimetry. In the case of the long type wind turbine, the velocity vec- tors of the inner flow field of the diffuser for turbine blades rotating and no blades rotating are presented at Rey- nolds number, 0.9x105. Fur~thermore the flow fields between with and without rotating are compared. Through the PIV measurement results, one can realize that the turbine blades rotating affects as suppress the disturbance and the flow separation near the inner wall of the diffuser. The time average velocity vectors are made on the av- erage of the instantaneous velocity data. There are two large vortices in downstream region of the diffuser. One vortex behind the flange acts as suck in wind to the diffuser and raise the inlet flow velocity. Another large vortex appears in downstream. It might be act as blockage vortex of main flow. The large blockage vortex is not clear in the instantaneous velocity vectors, however it exists clearly in the time average flow field. The flow field around the wind turbine with a compact-type flanged-diffuser shroud is also investigated. The flow pattern behind the flange of the compact-type turbine is the same as the long-type one. It means that the effect of flow acceleration is caused by the unsteady vortices behind the flange. The comparison with CFD and PIV results of meridional time-average streamlines after the compact-type diffuser is also presented.     

Numerical prediction of wind turbine noise

This paper develops and validates the first principle based numerical method for predicting the noise radiated from the rotating Horizontal-Axis Wind Turbine (HAWT) blades. The noise radiated to the far-field was predicted by the code based on Ffowcs Williams–Hawkings (FW–H) equation, using both original non-permeable formulation and permeable formulation. A commercially available CFD solver, ANSYS CFX 11.0, was used to calculate the flow parameters on and around the blade surface that are required for FW–H codes. A capability of the solver for modelling the flow field around the wind turbine blades was validated by comparing with the experimental results of NREL phase VI wind turbine blades. The FW–H codes were validated using acoustic results of UH-1H helicopter rotor in hover and Hartzell aircraft propeller in forward motion, which were measured in anechoic wind tunnel facility. Then the developed FW–H acoustic codes were applied to calculate the noise radiated from NREL Phase VI wind turbine blades.     

定常吸气对垂直轴风力机性能影响研究

定常吸气装置可有效提高垂直轴风力机气动性能,改善风轮流场结构及翼型动态失速特性.基于CFD方法对垂直轴风力机进行数值模拟,研究不同叶尖速比(TSR)下定常吸气对风力机气动及流场特性的影响,对比分析原始风力机及定常吸气作用下的风能利用率、整机转矩系数及涡量分布.结果表明:不同尖速比下定常吸气均可显著提高风力机气动性能,减...     

分形尾缘叶片气动性能及流场数值模拟

针对风力机存在尾流效应问题,通过在垂直轴风力机叶片尾缘布置分形孔的方法,建立分形叶片三维实体造型,进行了分形叶片和原始叶片三维非定常不可压流动的分析,得出叶片绕流流场数值模拟结果,重点研究具有分形特征的尾缘对叶片尾流流场及叶片气动特性的影响。结果表明:分形叶片对改善叶片尾流流场有较显著作用。在8°~18°攻角范围内,分形叶片升、阻力系数随攻角变化波动性小于原始叶片;当攻角大于原始叶片失速攻角时,这种波动性差距更大。分形孔的存在使叶片周围流场结构及气动参数对攻角变化敏感性降低:在攻角大于原始叶片失速攻角时,分形叶片阻力系数随攻角变化标准差仅为原始叶片的0.6倍,升力系数标准差仅为原始叶片0.4倍。研究结果将改善垂直轴风力机叶片尾流互相干扰及水平轴风力机叶尖脱落涡情况。     

近零冲角下环型压气机叶栅的弯曲叶片表面静压的研究

在环型扩压叶栅实验风洞上对近零冲角进口流场畸变下的常规直叶栅、正倾斜叶栅、正弯曲叶栅、S型叶栅进行了叶片表面静压测量，分析了不同的弯曲叶片对表面静压分布的影响。结果表明正弯曲叶片、正倾斜叶片和S型叶片可以提高根部静压．减小了低能流体在轮毂区的堆积，流场结构大为改善，轮毂区的气流分离和堵塞减轻，提高了扩压能力，降低轮毂区的端壁损失。     

叶片弯曲对扩压叶栅出口流场的影响

通过由常规直叶片、正弯曲叶片、反弯曲叶片组成的三种矩型扩压叶栅在低速风洞上的实验研究,测得了叶栅出口流场、研究了零冲角下常直叶栅、正弯曲叶栅、反弯曲叶栅对出口总压损失分布情况和二次流速度矢量的影响,讲座了叶片弯曲对扩压叶栅出口流场的改善作用。     

风力机叶片气动降载与流动分离控制技术综述

风力机大型化已成为风电技术发展的主要趋势。但随之而来的叶片尺寸增大、气弹特性增强、多尺度流动等问题将导致叶片处于更加复杂严峻的风况及载荷环境。为提高叶片应对复杂风况及载荷的能力,提高叶片气动效率,有必要采用先进有效的流动控制技术以满足叶片气动降载与流动分离控制的需求。针对当前主流的流动控制技术进行了介绍,并对较具发展潜力的尾缘襟翼与自适应襟翼研究现状进行了重点介绍。现阶段流动控制技术并未在风力机叶片中得到广泛应用,一方面在于流动控制技术尚难与叶片现有主体控制技术相结合,以达到相辅相成的控制效果;另一方面在于对于部分控制技术,如自适应襟翼等,其控制特点尤其是其在风力机实际运行中的控制特点尚不明确。后续研究中,对于叶片气动降载,应结合更为先进的控制方法与更可靠的研究手段开展尾缘襟翼控制与叶片主体控制的协同控制研究;对于流动分离控制技术,应侧重于改善被动控制技术在非适用工况下的不良影响,同时开展流动控制技术在整机中的实验与数值研究,加快流动分离控制技术的实际应用。