风力机叶片叶根优化方法研究

利用CFD商用软件对叶根优化前后的两支叶片进行数值模拟,通过对比分析发现,叶根优化后,叶片的气动性能明显增加.考虑到叶片与轮毂、机舱、塔架的相互关系,将叶根进行适当的调整,最终使发电量增加1.5%.为机组的优化设计以及后期叶片改造提供依据.     

扩散型风力机叶片的优化设计

基于叶素-动量理论和简单的扩散器效率计算方法,建立了一种用于低风速场景的扩散型风力机模型,该模型包含了风力机来流风速、叶轮平面处风速、扩散器出口风速、尾流风速、风力机叶片荷载、叶素参数及风能利用系数之间的关联关系。针对某型号扩散型风力机,利用该模型开展了叶片结构参数的优化设计,并通过Fluent软件对优化设计前、后的风力机流场进行了仿真模拟分析。分析结果显示：在额定工况下,优化设计前、后扩散型风力机的叶尖速度、叶轮转矩、风能利用系数都得到一定程度的提升。以期该研究结果可为小尺寸低风速风电机组的叶片设计提供可行方向。     

风力机叶片外形设计及三维实体建模研究

基于贝茨理论,结合具体工程实际,对某中型风力机叶片进行外形设计.并在此基础上提出了风力机叶片的三维建模方法,即利用点的坐标变换理论来计算叶片各断面翼型的空间实际坐标,然后运用UG强大的三维曲面建模功能来建立叶片复杂曲面.该文提出的方法减少了风力机叶片等复杂曲面的建模工作量;叶片实体模型的建立也为叶片的气动性能计算和结构设计与分析奠定了基础.     

基于遗传算法的风力机叶片优化设计

提出了多次迭代优化设定诱导因子初始值的方法,并以功率输出和年发电量最大为优化目标,在遗传算法的基础上对1.5MW风力机叶片进行了优化设计.为了改善风力机在低风速区域内的输出功率特性,对风轮转速进行了优化.结果表明:优化后,风力机叶片的弦长值得到大幅度的降低,达到额定风速后的功率输出情况也满足了定桨距风力机的功率控制要求,说明该优化方法可以加速搜索寻优过程并保证获得全局最优解;转速优化后,当风力机采用二级转速运行时,年最大输出功率比采用单一额定转速运行时可提高1.16%.     

基于元胞遗传算法的风力机叶片优化设计

采用经过叶尖损失、轮毂损失及失速状态下动量理论修正的片条理论为基础,在满足设计功率的前提下,以最大升阻比系数为优化目标,以叶片的形状参数弦长、扭角为优化设计变量,通过元胞自动机遗传算法对风力机叶片进行优化。最后应用该优化模型对某2 MW变桨距风力机叶片进行优化设计,并对优化结果进行比较分析,验证了该算法的有效性,为风力机叶片的后续研究奠定了基础。     

基于并行遗传算法的低风速高性能风力机叶片优化设计

根据美国可再生能源实验室提出的适用于低风速的翼型S822、S823建立初始叶片,并采用遗传算法在基于叶素-动量理论计算结果的基础上对叶片的弦长和安装角进行优化,最后采用CFD方法对设计点进行深入计算分析验证.数值研究结果证明,采用这种方法设计的风力机叶片在低风速下具备较好的气动性能.     

增大叶片弯度提高风力机性能的实验研究

将目前广泛使用的风力机桨叶翼型FFA-W3-211进行了"涡轮化"修改,显著增加了其弯度;并在小型低速风洞中对风力机模型进行了一系列对比吹风实验,风速范围8-15m/s,安装角6°-14°;实验结果表明,安装改型翼型的桨叶后,在各种条件下风力机的风能利用系数均大大提高。     

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。     

风力机叶片的三维建模

介绍了应用UG和GAMBIT软件进行三维风力机叶片建模的方法和具体过程,提出了在叶片建模中需要遵循的原则,并给出了三维模型实例。     

复合材料风力机叶片气动/结构一体化优化设计

基于多学科优化理论,提出复合材料风力机叶片气动/结构一体化优化设计方法。采用多岛遗传算法,以叶片的气动和结构性能为约束、质量为目标,对复合材料风力机叶片进行优化设计。气动性能分析采用叶素动量理论,考虑叶梢损失和轮毂损失。结构分析采用有限元方法对风机叶片三维参数化CAD模型进行分析。算例结果证明了该方法的有效性,对实际的工程设计有较强的参考价值。     

风力机叶片三维效应翼型气动参数修正研究

以NRELPhase VI风力机为研究对象,对低雷诺数下叶片三维效应翼型气动参数修正进行研究.通过三维CFD数值模拟与二维翼型风洞实验,比较和检验现有的Snel、Lindenburg、Du&Selig、Chaviaropoulos&Hansen这4种修正公式.结果显示修正效果明显不同,以Du&Selig修正公式效果最佳...     

基于DMO的风力机叶片细观纤维铺角优化设计

为进一步发挥复合材料铺层参数的可设计性潜力,提出融合离散材料优化法与遗传算法的叶片铺层角度优化方法.构建以细观单元铺层角度为设计变量、刚度最大为目标函数、应力最小为约束条件的叶片细观纤维铺层角度优化数学模型.应用Python语言编写算法求解程序,并与Abaqus软件交互进行求解,得到叶片各单元各层优化的铺层角度、铺层顺...     

风电叶片低粗糙敏感性厚翼型优化方法研究

基于叶片设计需求,将厚翼型设计点性能随前缘粗糙的敏感性参数化并引入到厚翼型设计中,改进其优化模型;结合翼型几何设计、性能分析以及最优化算法建立厚翼型低粗糙敏感性优化设计方法。通过35%相对厚度翼型案例设计,验证了该方法在实现光滑表面下高气动性能的同时,可有效降低粗糙表面下的性能损失。     

基于低速预处理的风力机翼型外形优化设计

针对经典的S809翼型,耦合基于低速预处理的流场求解方法和序列二次规划方法,开展针对翼型升阻比的翼型气动外形优化设计研究。优化结果显示优化翼型具有较大的翼型前缘半径和较平坦的上表面。数值计算结果表明,优化翼型在设计点1的状态下升阻比提高43.3%,在设计点2的状态下升阻比提高48.9%。进一步数值验证表明,优化翼型在雷诺数为5.0×10⁵状态下的最大升力系数从S809翼型的1.140增大到1.297,在雷诺数为1.0×10⁶状态下的最大升力系数从1.236增大到1.418。在优化翼型的基础上,开展翼型气动外形人工修型研究,数值模拟表明修型翼型能更好地消除气流分离,从而进一步增大翼型升力系数、减小翼型阻力系数。     

一种水平轴风轮叶片的气动设计方法

发展了两种先进的水平轴风轮叶片气动计算和设计方法－PROPGA和PROPID,PROPGA是基于最优化方法的遗传算法,用于最初的叶片选择和几何设计;PROPID是一种基于反问题的叶片气动设计方法,用于最后的叶片造型和性能预估。给出了两个实例,一个是以基础科学研究为目的实验探索用全新风轮,另一个则是用于商业生产的小型风轮。在实际风轮设计中的成功使用证明,PROPID和PROPGA是一种强有力的设计工具,两者的结合使用可以得到最佳的风力涡轮气动性能。     

风力机叶片动态性能与仿生特性研究

以750kW水平轴风力机为研究对象,利用ANSYS复合材料单元,建立了风力机叶片数值模型。应用叶片结构振动有限元方法,从植物叶片叶脉动、静态特性出发,研究分析了风力机叶片叶素形状与材料铺层因素对其振动模态的影响,并初步探讨了风力机叶片仿生植物叶片的可行性。结果表明:不同的叶素形状可以改变叶片惯性矩,惯性矩越小,叶片的振动性能越好,与植物叶片振动特性相似;叶片材料的铺层分布对其振动模态的影响存在一定的规律,并与植物叶片叶脉分布规律相对应;两种因素对振动模态的影响效果可以叠加。     

基于FAST和Simulink的海上风力机叶片扭角和弦长优化设计研究

基于粒子群算法编写风力机叶片优化程序,利用Matlab/Simulink接口嵌入到FAST主程序之中实现叶片优化程序与FAST之间的交互,以实现风力机最大发电功率为优化目标,完成风力机叶片气动外形的自动寻优。该方法可考虑实际海况及风力机搭载平台对叶片优化结果的影响,可同时考虑风向分布对优化结果的影响。NREL 5 MW风力机低风速下的优化结果表明,经过优化后的风力机功率提高1.5%。当考虑实际风力机布置海域风向分布情况时,加权优化结果表明风力机最大功率可提高3.8%。     

风力机叶片涂层风沙冲蚀磨损特性的风洞试验研究

传统的挟沙冲蚀试验台与风沙风洞难以构建均匀风沙流场,难以准确反映风力机叶片的风沙磨损特性。因此,在改造的风沙风洞中,通过对风力机叶片平板试样开展涂层冲蚀磨损试验,探究不同冲击速度、冲击角度及有效截面质量流率对风力机叶片涂层材料冲蚀特性的影响规律。试验结果表明：有效颗粒质量流率一定时,在相同冲击速度与冲击时间内,磨损量在冲击角度约为30°时达到最大。小于30°时,磨损量随冲击角度的增大而快速增加,大于30°时磨损量随冲击角度的增大而逐渐降低;磨损量随冲击速度的增大而增大;磨损量随有效颗粒质量流率的增大而呈线性增大趋势;切削磨损量与总磨损量有相同趋势,冲击磨损量随着冲击角度的增大而逐渐增大。     

风力机气动与结构CAD软件

叙述了应用于风力机气动与结构CAD软件“Blade Desing for Windows”,该软件了对翼型气动数据和截面坐标数据的数据库管理,采用片条理论,考虑到角度干扰系数,实度,风剪,偏航等因素对风力机气动性能的影响,对风力机气动性能进行计算,并在此基础上发展了水平轴风力机浆叶气动外形的总体优化设计方法。     

水平轴风力机桨叶的实验模态分析

桨叶的模态分析是风力机整机稳定性及其可靠性分析的重要基础。该文应用DAS动态信号分析与故障诊断系统,对水平轴风力机的桨叶进行了实验模态研究。通过测量分析桨叶的振动信号,得到桨叶的模态,为理论分析计算风力机桨叶与整机模态的算法选择和修正提供了依据。同时对在模态实验中的参数识别和精度提高等问题进行了探讨。