叶片重叠比对Savonius风力机性能的影响

Savonius风力机两个叶片之间的重叠比OL (Overlap ratio)是影响其性能的最重要参数之一.为了探明OL对风力机静态起动特性与动态功率特性的影响,制作了一台可调叶片OL的Savonius风力机,将其OL设置为0,0.2和0.5三种模式,进行了风洞试验.结果表明,在3种模式中,叶片重叠比PL=0.2的风力机的静态与动态性能最佳.     

重叠比对三叶片Savonius风力机启动性能影响研究

为获得相对平稳且非负的启动力矩,针对三叶片Savonius风力机开展研究。首先对比研究两叶片和三叶片Savonius风力机的启动性能和输出功率特性。在此基础上,针对其主要的结构参数重叠比开展研究。针对三叶片的结构特点,提出重叠比和净重叠比的定义方式,设置9组不同净重叠比,范围在0～0.36（重叠比范围0.14～0.50）之间。利用数值模拟和风洞试验相结合的方法,研究在不同风速下重叠比对Savonius风力机启动力矩以及输出功率性能的影响。结果表明：净重叠比可消除反向启动力矩,并提升三叶片Savonius风力机的启动性能,平均启动力矩系数最高提升147.06%。净重叠比在0.06～0.11范围内时,对风力机的输出功率有提高作用。     

Savonius风力机力矩特性的数值计算与风洞试验研究

利用数值计算和风洞试验相结合的方法对Savonius风力机的力矩特性进行了研究。首先在数值计算中选用了2种湍流模型,即单方程Splart-Allmaras湍流模型和双方程k-ε湍流模型,计算了Savonius风力机在不同攻角下的静力矩以及在不同转速下的输出力矩和输出功率,得到了风力机周围的流场,并对流场进行了分析;利用风洞试验对数值计算结果进行了验证,对比分析了不同湍流模型对Savonius风力机力矩特性和风轮周围流场的影响。     

直径比对组合型垂直轴风力机气动特性影响仿真计算

与Savonius风轮组合使用是解决直线翼垂直轴风力机启动性不佳的主要手段。Savonius风轮与直线翼垂直轴风力机直径的比值(简称直径比),是影响组合型垂直轴风力机性能的重要因素。为了研究直径比对组合型垂直轴风力机气动特性的影响,对直径比分别为0.25,0.33,0.5的组合型风力机以及直线翼垂直轴风力机进行仿真计算。计算基于二维定常不可压缩流体的方程,采用标准模型,计算风速为12 m/s。计算包括直线翼垂直轴风力机及3种直径比的组合型风力机的动态输出力矩,同时,对动态输出力矩最优的组合型风力机与直线翼垂直轴风力机的静态启动力矩进行计算与分析。结果表明,组合型垂直轴风力机的最佳直径比为0.5,此时组合型风力机的最大风能利用系数相对于直线翼垂直轴风力机提高了7.1%,平均启动力矩提高了约2倍。     

一种定桨距风力机测控系统的研究

在分析风力机动态特性的基础上,针对其失速状态工作点不稳定的特点,讨论了一种新型的风力机特性测量方法,建立了一套包括双凸极发电机、直流变换器、虚拟仪器测控装置在内的直驱风力发电系统测控平台.本系统以LabVIEW为核心测控软件,通过对风力发电系统负载的控制,实现了风力机的转速闭环,在风洞实验中,成功测试了某型风力机的气动特性.实验证明了该风机测控系统的可行性和准确性.     

水平轴风力机三维气动特性实验

以国外某公司的水平轴风力机产品为原型设计模型风力机，并搭建了风洞实验台，测定了风力机三维速度流场，为研究水平轴风力机关键气动问题做好准备，并初步获得风力机的进出口流场的实验数据。表明，所做的风洞实验基本反映了风力机的运行特点，捕捉到了叶片尾迹流动的基本特征，为进一步进行风力机的气动特性研究和设计高性能的水平轴风力机提供了保障。     

组合型垂直轴风力机气动特性的模拟计算与实验研究

为改善直线翼垂直轴风力机在低风速下的起动性,设计一种以Savonius风轮作为起动机与直线翼垂直轴风力机相组合构成的组合型垂直轴风力机。首先采用空气动力学原理和风洞实验经验结果设计开发垂直轴风力机空气动力特性计算软件,并进行风力机性能模拟计算,然后利用风洞实验测试组合型风力机和单独型直线翼垂直轴风力机的力矩和功率特性。将实验结果与采用气动模拟计算出的风力机气动特性结果进行对比分析,结果表明组合型风力机可在较低风速起动,可改善直线翼风力机起动特性,且最大功率系数有一定提高。但在高风速下,在风速大于8.0m/s时,组合型风力机的功率特性开始降低,特别是10.4m/s以后,阻力风轮对风力机的功率输出产生一定影响。     

前后风力机尾流干扰实验分析及混合尾流模型验证

为研究两台水平轴风力机在不同排布下尾流的相互影响,开展两台风力机串联和错列工况下的尾流速度风洞测量实验。实验结果表明：对相同来流情况,风力机不同排布下混合尾流的尾流膨胀速率相同;串联风力机的轴向间距小于6倍风轮直径时,其混合尾流比单台风力机尾流恢复快。另外,对已有尾流模型的叠加方法（速度亏损平方和法）进行了验证。结果显示基于Park-polynomial模型和Park-Gauss模型得到的叠加尾流在距下游风力机3.5倍风轮直径的截面与测量值吻合良好。之后的截面高估了尾流的速度亏损。该研究为发展更准确的尾迹模型提供了风洞测量数据,对风电场内风力机排布优化有一定的工程意义。     

表面粗糙度对风力机翼型性能的影响

讨论了风力机专用叶片上局部增加表面粗糙度，在不同分布位置、不同当量大小的条件下对叶片气动性能影响的实验研究。首先，探讨了叶型表面粗糙度的形成机理和对气动性能影响的初步原理。其次，设计了在风洞实现局部增加表面粗糙度对翼型性能影响的实验条件和实验方案。最后，对风力机专用叶型进行的叶片表面局部增加粗糙度的风洞实验，结果证明了在叶片压力面尾缘通过适当增加一定宽度、一定粗糙度的粗糙带可以增大叶片的有效升力系数。     

Gurney襟翼对水平轴风力机性能影响的实验研究

在小型低速风洞中对装有NACA4424翼型叶片的水平轴风力机及在其尾缘加装Gurney襟翼的风力机进行了一系列性能对比实验。Gurney襟翼的高度分别为2%b和4%b(b为翼型弦长),叶片安装角在6°~14°范围内,实验风速为6~15m/s。实验结果表明,Gurney襟翼对水平轴风力机性能有显著影响,特别是在大安装角(即大攻角和大升力)下;在小安装角(即小攻角和小升力)时,Gurney襟翼使风力机性能降低。同时,装2%b襟翼的风力机性能要高于装4%b襟翼的风力机;在12°安装角时,前者提高风力机功率最少有39%,而后者也可提高风力机功率在34%以上。对于风力机最常用的叶型FFA-W3-211加装2%b的Gurney襟翼后的风洞对比实验同样证明了上述结论。