潮流能水轮机叶片翼型水动力性能的数值模拟研究

鉴于潮流能水轮机叶轮叶片性能的好坏关系到叶轮的捕能效果,而叶片翼型的水动力性能是叶片设计的基础,基于CFD软件ANSYS CFX对部分翼型的水动力性能进行了分析。首先在不同湍流模型下对NACA2412翼型的部分水动力特性进行数值模拟并与试验值做对比分析;然后在SST湍流模型下,对NACA64421翼型在攻角为0°时,探讨了边界层网格对数值模拟结果的影响;并对其在攻角为-2°~20°情形下的水动力性能进行了数值模拟。结果表明,湍流模型的选用、边界层网格划分及近壁尺寸的选取对数值模拟结果的影响均较大,并通过数值模拟得到了NACA64421翼型的升力系数、阻力系数、最佳攻角、失速角等水动力性能参数,可为水轮机叶片设计时翼型的选取提供参考。     

基于滑移网格的垂直轴潮流水轮机的三维数值模拟

为了探究翼型对垂直轴水轮机水力效率的影响,基于叶素理论分析建立了垂直轴潮流水轮机在水槽中的物理模型,采用滑移网格技术在Fluent软件中对模型的流场进行了三维数值模拟。在保持转速一定、更改来流速度即改变叶尖速比的条件下,分析了两种不同NACA翼型直叶片的潮流水轮机内部流场以及水力性能。结果表明,翼型以及叶片安装角对垂直轴潮流水轮机的利用效率影响很大,其流动特性与来流速度、叶片布置形式有重要联系,为新型潮流水轮机的设计和翼型的选择应用提供了依据。     

垂直轴潮流能水轮机研究与利用现状

随着化石能源不断枯竭和环保要求的不断提高,世界各国对潮流能的开发利用愈加重视,垂直轴水轮机是潮流发电装置主要结构形式之一,本中介绍了垂直轴水轮机国内外利用现状和研究方法的进展情况,并指出垂直轴水轮机开发利用所需要解决和突破的技术难点和问题,为垂直轴水轮机开发利用指明了研究重点。     

固定偏角垂直轴潮流能水轮机叶片安装位置试验研究

叶片安装位置是影响固定偏角垂直轴潮流能水轮机水动力性能的关键参数之一,为了研究其对水轮机性能影响的基本规律,建立了垂直轴水轮机水槽模型试验系统,设计了垂直轴水轮机性能和载荷测试方法。通过试验结果的分析,得到了叶片安装位置对水轮机能量利用率、推力系数、侧向力系数和合力系数的影响规律,为水轮机设计提供了试验依据。     

长短叶片混流式水轮机空化特性的数值模拟

鉴于目前削弱水轮机空化和空蚀存在的问题,以某适用于300m水头的混流式水轮机为例,采用CFD技术计算其运行范围内若干工况的内部流动情况,重点分析其空化和空蚀性能,并比较了采用长短叶片转轮和仅采用长叶片转轮的流场分布及其空化特性。结果表明,采用长短叶片结构的水轮机的转轮内部流态较好,流场分布更加合理,空化性能明显优于仅采用长叶片的水轮机。     

一种新型垂直轴潮流能水轮机性能的初步研究

针对普通潮流能垂直轴3叶片水轮机难以自行启动的缺点,文章提出了一种新型6叶片水轮机。通过数值模拟和模型试验两种方法,分别研究了新型6叶片水轮机与普通3叶片水轮机的自启动性能和能量捕获性能,并将两者进行了比较分析。研究结果表明,新型6叶片水轮机的总体性能优于普通3叶片水轮机,是一种很有发展潜力的结构形式。     

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。     

不同交错排布对潮流能垂直轴水轮机性能的影响

为了优化潮流能垂直轴水轮机排布方案,采用计算流体动力学(CFD)方法得到双水轮机在不同轴间距H、不同相对位置角(RPA)β及前后排水轮机不同尖速比λ下平均功率系数CP变化规律,分析流场的速度和涡量云图,解释变化机理.同时,对比单、双水轮机尾流速度分布情况,探究双水轮机尾流特性.结果表明:后排水轮机处于前排水轮机尾流区内...     

垂直轴风力机改进翼型气动及功率特性研究

为提高垂直轴风力机的风能利用率,基于CFD数值模拟技术,分析了常用典型垂直轴风力机翼型的气动及功率特性,并以NACA0012翼型为基础对其进行改进。对比改进前后翼型表明,增大翼型厚度可降低升阻比,增大翼型弯度可增强其失速特性;厚尾缘翼型、升阻互补型翼型可分别降低翼型失速性能、增加启动力矩,其中厚尾缘翼型的H型垂直轴风力机的功率系数较大,可提高风能利用率,为翼型优化设计提供了新思路。     

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.     

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。     

合成射流控制策略对垂直轴风力机性能影响研究

设计一种斜出口合成射流激励器并将其应用于垂直轴风力机控制其动态失速,建立不同射流孔数量的叶片并采用5种不同合成射流激励器控制策略,通过FLUENT15.0并采用Realizable k-ε湍流模型分析射流孔数量与控制策略对垂直轴风力机气动性能的影响,进一步研究垂直轴风力机涡量场结构。结果表明:当采用上开口抛物线控制策略、射流吹气系数为0.035,射流孔数量为2时,风能利用系数与平均力矩系数均提升15.2%,随着射流孔数量增多,气动性能降低;采用传统合成射流控制策略的垂直轴风力机承受近乎2倍的载荷波动,改进的控制策略可减小叶片在小攻角时的载荷波动,从而相对提升垂直轴风力机的运行稳定性;另外,合成射流技术可抑制叶片吸力面大涡的生成与发展并使叶片强尾涡削弱成多个小尾涡,减小多个叶片间的流动干扰并降低转轴尾涡强度,从而改善全局流场结构。     

基于正反装叶片的垂直轴潮流水轮机水动力性能分析

为了解不对称翼型叶片的正反安装对垂直轴潮流水轮机水动力性能的影响,运用CFD软件技术,建立了不对称叶片正反安装的潮流水轮机模型,分析了不对称叶片在正反两种安装方式下,叶片压力面和吸力面压力系数随叶片相位角不同而发生的变化,同时利用效率公式计算得到了效率。结果表明,叶片的正反安装对水轮机的水动力性能影响较大,当叶片正装即不对称翼型叶片凸向朝外时,垂直轴潮流水轮机效率优于叶片反装时,叶片在相位角为0°~120°区间转动时,转轮扭矩先增大后减小,在60°、180°、300°时得到最大扭矩。     

安装角变化下垂直轴风力机气动性能的研究

建立了3D垂直轴风力机模型,应用FLUENT软件求解三维非定常不可压缩N-S方程和RNGκ-ε湍流模型,采用SIMPLE算法并结合滑动网格技术,数值模拟了安装角变化下垂直轴风力机的三维非定常流场,分析了不同时刻的速度、涡量分布、风力机总转矩的变化规律及风能利用系数。结果表明,计算区域流场复杂,垂直轴风力机的转矩呈周期性变化,风能利用系数随安装角变化而变化。     

波浪条件对潮流能水轮机及载体平台的影响

为研究波浪条件对漂浮式水平轴潮流能水轮机发电装置的载体平台与水轮机之间水动力性能的影响,应用计算流体力学(CFD)方法,利用STAR-CCM+软件的DFBI运动模块,设置多种波浪条件,计算载体平台和水平轴水轮机耦合作用,分析得出不同波浪条件对系统运动响应的影响规律。研究表明,波幅和波长对载体平台和水轮机的纵摇、纵荡、垂荡均有显著影响,且纵摇、纵荡、垂荡随波幅的增大而增大;波长1.5倍载体总长时平台纵摇幅度最大,此波长也是纵摇共振波长和同步垂荡波长。     

垂直轴水轮机CFD数值模拟有效性验证

CFD方法作为垂直轴水轮机水动力性能预报和分析的一种重要手段,得到了广泛的应用,但是目前,对于垂直轴水轮机CFD数值模拟的精度和可信度缺乏系统的研究,因此针对这一问题,展开了垂直轴水轮机CFD数值模拟有效性研究,探讨了湍流模型、时间步长和网格尺度对计算结果的影响,并通过与试验结果的对比,验证了CFD方法的有效性,为以后CFD方法在垂直轴水轮机性能预报方面的应用奠定了基础.