基于数值模拟的导线覆冰类型临界条件分析

准确判断覆冰类型是覆冰量增长准确预测的基础.基于Fluent离散相模型计算了圆柱形导线外部气流流场分布和水滴运动轨迹,得出了不同环境下的水滴碰撞系数,根据覆冰雨、雾凇增长的定义,结合导线覆冰热平衡模型,提出了一种基于数值模拟推断出雨、雾凇类型对应的外界条件的方法.通过导线覆冰数值仿真与分析,得出了导线覆冰类型与碰撞特性...     

覆冰导线舞动的非线性数值模拟

基于覆冰导线所受空气动力的特殊性和导线大幅运动的几何非线性,采用具有3个平动自由度和1个扭转自由度的二节点单元获得覆冰导线非线性动力学有限元方程,并采用对加速度中心差分、对速度向后差分的时间积分法求解有限元方程,编制了相应的计算程序,并以算例验证该方法的正确性.     

小型垂直轴风机的数值模拟与试验对比研究

利用试验和数值模拟两种方法对一种新型阻力型垂直轴风机的输出功率进行研究。在数值模拟中采用k-ε和SST k-ω两种湍流模型计算了风机在不同风速和转速下的输出功率,并与试验值相比较,验证了数值计算结果的可靠性,分析了不同湍流模型对数值计算结果和风轮流场的影响。     

单导线覆冰舞动的非线性数值模拟

提出了一种单导线覆冰舞动的教值模拟方法,基于更新拉格朗日列式推导了可考虑轴向扭转和大变形效应的两节点索单元,建立了连续多档导线舞动的有限元模型,采用四阶荣格—库塔法对覆冰导线的舞动进行了数值求解,并研究了初始张力对舞动的影响.算例结果表明,该方法可行、有效,且具有较高的计算效率.     

覆冰翼型气动性能和噪声特征的数值研究

利用Fluent软件预测了风力机翼型在覆冰状态下的气动性能和气动噪声,采用大涡模拟与基于Lighthill声类比的FW-H模型相结合的方法模拟了不同覆冰状态下的声压级频谱和功率谱密度分布特征,分析了攻角和来流风速对声压级频谱和功率谱密度分布特征的影响。结果表明:覆冰使翼型的气动性能下降,升力减小,气流与壁面提前分离并进入失速区;明冰对翼型气动性能的影响最显著,霜冰次之;翼型覆冰后气动噪声明显增大,尤其覆明冰时翼型的气动噪声更突出;翼型覆冰前后气动噪声均随攻角增大而提高,未达到和超过失速攻角时气动噪声分别呈低频离散特性和宽频特性;来流风速对气动噪声的影响体现在总声压级上,各监测点的总声压级均随来流风速的增大而增强。     

架空导线覆冰及脱冰的数值模拟研究

分析了架空导线覆冰及脱冰的数值模拟方法,构建了大档距架空导线的有限元模型,数值仿真计算了1 000 m大档距单挡导线脱冰的动力响应,对架空导线覆冰及脱冰数值模拟仿真研究有一定参考价值.     

垂直轴风力机叶轮气动性能计算

分别采用CFD计算软件数值模拟和一维流管模型法对垂直轴风力机气动性能进行计算。数值模拟采用Fluent软件,流场计算使用添加附面层的非结构网格,通过计算得到垂直轴风力机非定常流动特性。通过引入能量损失模型修正,建立新的垂直轴风力机一维流管气动性能计算方法。分别使用两种方法对叶轮的气动性能进行计算对比,结果表明:两种方法所得结果一致性较好,均具有一定的计算准确性。     

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.     

摇摆式垂直轴风力机气动特性数值模拟

针对垂直轴风力机无需对风,湍流风风向不断变化的情况,提出转轮轴向力随风向摇摆的垂直轴风力机,利用摇摆产生的切向风和来流风共同作用下的风能,提高气动性能.采用RNG k-ε湍流模型对三叶片摇摆式风力机进行模拟,研究风向变化的周期、幅角以及摇摆迟滞时间对固定式和摇摆式垂直轴风力机力矩系数的影响规律.结果表明:与固定式垂直轴...     

垂直轴风力机三维效应的数值模拟研究

文章针对二维和三维垂直轴风力机的数值模拟的差异,提出了风力机的三维效应是造成模拟差异的主要原因。运用计算流体力学方法对某直线翼垂直轴风力机模型进行了二维和三维的数值模研究。通过比对实验得到的风力机功率系数,发现三维模拟结果与实验值吻合。观察尖速比为1.5时二维和三维垂直轴风力机的速度型分布曲线、流向速度云图和涡量云图,研究了阻塞效应、叶梢涡、支撑结构和塔架对数值模拟结果的影响。研究发现:在二维的数值模拟中,风力机没有受阻塞效应影响,功率系数被严重高估;三维的数值模拟能够模拟出全部的流畅细节,受叶梢涡和支撑结构的影响,风力机的功率系数明显降低。     

覆冰导线舞动作用下杆塔结构破坏过程数值模拟

为考察输电杆塔在覆冰舞动工况条件下破坏过程及倒塌机理,以110 kV肖湖432线输电杆塔为例,基于有限元软件MIDAS建立杆塔结构模型,利用Matlab模拟出导线覆冰舞动荷载波形,在MIDAS中建立时程荷载函数,对杆塔结构施加导线舞动荷载进行动力时程分析,并对杆塔结构的破坏机理、破坏形态及塔材变形的发展情况进行了模拟分析。结果表明,杆塔的破坏是由于部分交叉斜撑发生较大变形,使主材侧向约束显著弱化,随着时间的推移在杆塔的薄弱位置发生破坏,并最终导致倒塔;数值模拟结果与杆塔结构实际的破坏形式相符,验证了该方法的正确性。     

叶片转角对小型Savonius风机气动性能的影响

Savonius风机是一种典型的垂直轴风力发电机,通过对其进行流固耦合分析,研究叶片转角对风机气动性能的影响.利用ANSYS的CFX流体模块,流体湍流模型选择基于RANS的标准k-ε湍流模型,对风轮进行流固耦合分析,从而获得叶片产生的力矩情况,并计算了风机的功率特性.利用求解结果,得到了力矩系数与叶片转角之间的关系.分析了风机叶片在旋转一周中所产生的最大扭矩以及负扭矩所处的位置和范围.通过分析转角对风机性能的影响,可为今后的Savonius风机叶片形状优化和效率提升提供参考.     

垂直轴风力机两种翼型气动性能比较研究

叶片是风力机最重要的组成部分,在不同的风能资源情况下,翼型的选择对垂直轴风力机气动特性有着重要的影响。文章分别以NACA0018翼型(对称翼型)和NACA4418翼型(非对称翼型)建立3叶片H型垂直轴风力机二维仿真模型。应用数值模拟的研究方法,从功率系数、单个叶片切向力系数等方面比较两种风力机模型在不同叶尖速比下的气动特性,并采用风洞实验数据验证了流场计算的准确性。CFD计算结果表明:在低叶尖速比下,NACA4418翼型风力机气动特性优于NACA0018翼型风力机,适用于低风速区域;在高叶尖速比下,NACA0018翼型风力机气动特性较好,适用于高风速地区。而且在高叶尖速比时,NACA0018翼型在上风区时,切向力系数平均值要高于NACA4418翼型,在下风区时,NACA418翼型切向力系数平均值高。该研究可为小型垂直轴风力机翼型的选择提供参考。     

襟翼对垂直轴风力机性能影响的数值模拟

采用能够模拟风力机转子与定子间相互作用的滑移网格技术对NACA0015三叶片直翼式垂直轴风力机进行了二维非定常数值模拟,在此基础上对翼型上、下表面分别加装高度为2％翼型弦长的不同形式襟翼,对4种襟翼改型进行了转矩系数和功率系数的研究并与原型进行了对比．结果表明：NACA0015三叶片直翼式垂直轴风力机在尖速比为3．5时达到最大输出功率;内侧格尼襟翼比原型的输出功率最大可提高约4％;流线型襟翼对降低风力机的运行阻力起到一定作用;当尖速比提高到4以后,由于风力机的运行阻力大幅度增加,叶片加装襟翼反而会降低垂直风力机的功率．     

扇形覆冰导线舞动的力学模型分析与仿真模拟

针对扇形覆冰导线的舞动问题,以中山口某输电线路覆冰导线舞动为例,应用龙格－库塔法在Matlab仿真软件中对扇形覆冰导线舞动模型进行了非线性数值求解和数值模拟分析,并假设输电线路的档间舞动为驻波,分析了气动力与导线扭转振动速度的耦合,提出了扇形覆冰导线舞动的三自由度舞动方程。结果表明,当扇形覆冰导线的扭转频率与横风向频率接近时扭转舞动激发横风向舞动,符合Nigol舞动机理,相同条件下扇形覆冰导线的舞动幅度比新月形覆冰导线大,数值模拟舞动振幅与实测结果相符,为扇形覆冰导线舞动机理的研究提供了参考。     

吸能超双疏防覆冰涂层对风机叶片防覆冰影响研究

为了解决风机叶片的覆冰问题,对风机叶片基材涂覆吸能超双疏防覆冰涂层,研究吸能超双疏防覆冰涂层的接触角、滚动角、覆冰减少率、冰粘结力、低温脱冰性能和表面温升。通过实验表明:吸能超双疏防覆冰叶片样板具有超疏水、超疏油性能,覆冰比空白叶片样板减少了55%,水平粘结力比空白叶片样板减少了99%,垂直粘结力减少了89%;吸能超双疏防覆冰涂层表面有温升效果,-2℃环境温度下,晴天天气涂层表面温升为4.2℃,多云天气涂层表面温升为2.4℃,阴天天气涂层表面温升为1.7℃。因此,超双疏防覆冰叶片具有超双疏、减少覆冰量、降低冰附着力和低温脱冰的性能,改善了风机运行中叶片覆冰的问题。     

垂直轴风力机气动性能及控制策略

针对垂直轴风力机的气动性能及其控制问题,以计算流体力学为基础,对H型垂直轴风力机分别进行二维和三维模拟,并利用实验数据对模型结果进行验证,发现二维模拟时k-εRealizable模型表现更好,三维模拟时则k-ωSST模型更佳.同时,对旋转过程的流场特征进行分析.此外,利用试验验证变量泵-定量马达型液压传动方案的可行性,...     

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。     

风透镜优化构型对垂直轴风力机气动性能研究

风透镜是一种应用于垂直轴风力机的新型外部辅助装置,为探究风透镜结构对垂直轴风力机气动性能的影响,通过数值模拟的方法,结合贝塞尔曲线对其构型进行优化设计。结果表明：风透镜具有较好的聚风性能,有助于垂直轴风力机气动性能的提升,风透镜结构参数中扩散器半开角对风力机气动性能影响较大,法兰次之。风透镜优化构型后可进一步提升垂直轴风力机的风能利用系数和力矩系数,风能利用系数最高可达参考垂直轴风力机的8.60倍,并使垂直轴风力机在更大叶尖速比工况下仍保持较高运行效率,进一步提升其有效运行工况范围。     

叶片交叠布置垂直轴风力机气动性能研究

对麦克马斯特大学H型垂直轴风力机进行改进,交错布置其叶片,设计了一种叶片交叠布置垂直轴风力机。基于CFD方法计算典型工况下叶片交叠布置垂直轴风力机的功率,结果表明,在相同几何尺寸和工况下叶片交叠布置垂直轴风力机的功率系数高于麦克马斯特大学H型垂直轴风力机,在尖速比为1.6时,最大功率系数达到0.338。最后分析了风场的涡强和风速分布特性,得出叶片交叠布置对于减少尾流影响具有显著作用的结论。