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.     

6种风力机叶片翼型的气动性能数值模拟研究

选取NACA4412,NACA4418,FFA-W3-211,FFA-W3-360,FX60-126和NREL-S809等6种常用风力机叶片翼型,进行二维几何建模和计算域网格划分,运用FLUENT软件对风力机叶片翼型的空气动力性能进行数值模拟和仿真分析;并与实验数据进行参照、对比和分析,验证数值模拟的可靠性.对风力机叶片常用翼型进行气动数值模拟计算和分析,可深化了解风力机翼型的气动性能,为风力机叶片翼型选型和叶片翼型改型设计和研发工作提供技术参数和指导意见.     

基于Fluent的风力机叶片翼型气动性能数值计算

风力发电是新能源利用的重要方式,风力发电机叶片翼型的气动参数特性分析对叶片翼型设计具有重要意义。采用数值方法研究不同攻角时NACA4415翼型的气动特性。利用ICEM对NACA4415翼型进行结构化网格划分,建立S-A湍流模型进行数值计算。结果表明在6°攻角时翼型存在最大升阻比,此时翼型的气动性能最佳,对风能利用率最高;14°攻角时翼型开始出现失速,翼型后部出现的气流分离是造成失速的主要原因。     

垂直对称四叶片风力机气动特性仿真研究

采用CFD计算软件对垂直轴风力机气动性能进行计算.首先,使用ICEM软件对模型进行前处理,通过Fluent软件进行数值模拟,分析不同计算时间步长和湍流模型对风力机气动特性仿真结果的影响,确定符合该研究模型的计算方法.随后,对顺流垂旋型垂直轴风力机在不同叶尖速比下进行计算,发现该风力机在叶尖速比为0.42时获得最大功率系...     

风力机叶片三角襟翼构型及气动特性数值研究

为研究三角襟翼对风力机叶片翼型气动特性的影响,将三角襟翼加至NACA4412翼型尾缘,建立其二维襟翼计算模型,基于CFD数值模拟方法分析不同宽度和长度的三角襟翼在0°~18°攻角范围内的气动特性,得到了各攻角下升阻力系数、升阻比及翼型壁面压强分布曲线。结果表明:增加襟翼长度,使得翼型升阻比减小,失速攻角提前,增加襟翼宽度,使得翼型升阻比增大,失速攻角延后,因此适当减小三角襟翼的长度和增加其宽度有助于提高翼型的气动特性,将翼型尾缘5%部分作为空间生成襟翼,与传统襟翼相比,节省了制造材料和空间。     

水平轴风力机叶片扭角和弦长的理想分布

为得到风力机功率、转矩和推力等性能随尖速比和翼型升阻比变化的极限公式,需求解叶片的理想扭角和弦长沿翼展变化的解析表达式,同时这项研究也可为叶片外形设计提供理论参考。为此首先从效率最大化的原则出发,用极值的微分算法证明最佳攻角就是使翼型升阻比最大的攻角;其次利用最佳攻角和入流角公式推导出叶片理想扭角沿展向的解析表达式;然后根据动量-叶素理论,推导出叶片理想弦长沿展向的解析表达式。研究表明:叶片理想扭角是设计尖速比、最佳攻角和风轮半径的函数,叶片理想弦长是设计尖速比、风轮半径以及对应最佳攻角的升力和阻力系数的函数。这两个表达式均可表示为显函数的形式。     

浅析水平轴风力机叶片设计叶尖速比的选择

设计叶尖速比是风力机叶片设计中需要考虑的重要因素,文中分析了叶尖速比对叶片的弦长、载荷、气动性能、整机的功率和发电量等的影响,讨论了设计叶尖速比的选择。并分析得出增大设计叶尖速比,能够减小叶片弦长、载荷、成本,提高气动性能,但会使机组发电量有所下降的结论。     

风力发电机叶片翼型气动性能分析与数值模拟

使用ANSYS FLUENT软件对风力发电机叶片翼型DU-93-W-210和S809的空气动力性能进行定常数值模拟和仿真分析,并和实验数据进行对比与分析。鉴于阻力系数的数值模拟结果与实验数据相比误差较大,通过分析其原因,发现在攻角较小时,翼型表面上有相当一部分流动属于层流流动,若对整个计算域使用湍流模型,显然会增大阻力系数。在此基础上,对CFD模型进行修改,在FLUENT模型里设置翼型转折点前为层流区域,从而能精确预测小攻角时的阻力系数。     

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。     

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。     

风轮叶型气动反问题边界元计算

在奇点法的基础上引入边界元法的数值技术，求解风轮叶型气动反问题，采用线性边界元离散，较好地解决了叶型反问题的精度问题，对算例计算结果表明，边界元法对于解风轮叶型气动反问题是一种有效的途径。     

MW级变桨距风电机组叶片转矩计算与特性分析

以叶素-动量理论及其修正方法为理论基础,以某MW级水平轴式风电机组为研究对象,建立MW级风电机组叶片转矩特性数学模型,对计算算法进行了分析与讨论.获得了来流风速切变条件下,诱导因子变化规律以及叶片载荷、叶轮转矩、机械功率、风能利用系数等计算结果,与风电机组实际状况基本吻合.计算结果表明,单个叶片承受周期性交变载荷,而风轮合转矩波动量较小,在满足风电机组功率稳定输出性能指标的同时,期望改善叶片载荷状况,延长其寿命,应采用独立变桨技术.     

NUMERICAL SIMULATION AND ANALYSIS ON AERODYNAMIC PERFORMANCE OF WIND TURBINE BLADE

使用ANSYS FLUENT软件对风力发电机叶片翼型DU-93-W-210和S809的空气动力性能进行定常数值模拟和仿真分析,并和实验数据进行对比与分析.鉴于阻力系数的数值模拟结果与实验数据相比误差较大,通过分析其原因,发现在攻角较小时,翼型表面上有相当一部分流动属于层流流动,若对整个计算域使用湍流模型,显然会增大阻力系数.在此基础上,对CFD模型进行修改,在FLUENT模型里设置翼型转折点前为层流区域,从而能精确预测小攻角时的阻力系数.     

振荡扰流提高风力机翼型气动性能的研究

利用振荡扰流进行了改善风力机翼型大攻角下性能的研究。应用有限体积法，数值模拟了头部附加振荡扰流的翼型分离流动，并对振荡扰流增升效果的参数影响进行了分析。结果表明在深失速条件下，翼型头部附加的振荡扰流在一定的频率和振幅时能够显著改善翼型的气动性能，提高翼型的升力。与扰流振幅相比，调节扰流振荡频率更能改善翼型深失速条件下的气动性能。     

风力机叶片三维流动特性与气动性能的数值分析

采用基于雷诺平均的三维可压N-S方程,对美国国家可再生能源实验室开发的PhaseⅥ实验风力机叶片在7m/s来流下的绕流流场进行全三维数值模拟.通过对数值模拟得到的叶片表面压力分布与实验测量值的比较,验证了数值模拟的有效性,并在此基础上分析了叶片各截面的失速情况、叶片的三维绕流特性以及叶展方向上的升阻力系数与功率分布.数值模拟数据显示,相比简单的对二维数值模拟结果进行堆叠,全三维的数值模拟能够更准确的反映叶片绕流的气动特性.     

风电叶片阻尼测定及其在频率计算中的应用

以某现有1.5MW风电机组叶片为例,开展结构模态试验,探索采用环境激励手段,测定叶片结构阻尼参数的方法,并将所测量数据结果应用于新设计叶片的频率计算分析中。计算采用复特征值有限元数值方法,分析了在结构阻尼影响下叶片的频率特性以及结构阻尼在一定范围内改变时,叶片频率特性的受影响情况。所采用的试验与计算方法可满足风电机组叶片检测及新型叶片研发的需要。     

达里厄型垂直轴风力机风轮设计及性能数值计算

介绍了达里厄型垂直轴风力机风轮的设计方法,并选用NACA0012翼型进行了算例设计.考虑到风力机的实际运行方式,运用计算流体动力学软件Fluent对设计算例进行合理地建模和性能数值计算.计算采用了SIMPLEC算法、标准的k-ε湍流模型和滑移网格技术,并对数值计算结果进行了分析.结果表明,数值计算具有较好的准确性和可信度,可为达里厄型垂直轴风力机的改进设计提供参考.     

基于叶素理论风轮气动性能计算预测精度研究

为研究壁面处网格正交性对数值计算结果的影响,推导出壁面附近流动参数一阶导数离散误差与网格线交角的数学关系,采用N-S方程方法分别对多种壁面处网格线交角的平板紊流附面层流动和翼型绕流进行计算分析。研究表明:壁面处网格正交性对附面层内速度分布计算预测精度和壁面摩擦阻力影响较大。对于基于叶素理论三维风轮气动性能计算,通过一模型风轮计算实例表明:在低叶尖速比时翼型升力系数计算精度对风轮性能预测精度影响较大,高叶尖速比时翼型阻力系数计算精度对风轮性能预测精度影响较大。     

叶片非均匀磨蚀特征对风力机气动性能的影响

结合中国西北地区风沙活动频繁的特点,以1.5 MW叶片的缩比模型作为试验用风力机叶片,设计风沙流冲蚀磨损装置,对叶片压力面沿弦向和展向分区域冲蚀。将加装冲蚀后叶片的风电机组进行车载试验,研究叶片分区域非均匀磨蚀特征对气动性能的影响。结果表明：前缘磨蚀叶片在小安装角下总体导致风电机组输出功率减小,气动性能下降,风能利用系数在31.7°安装角下降更明显;展向半冲蚀叶片小安装角时使风力机输出功率和风能利用系数均下降,而安装角增大后出现气动性能提高的积极效应;展向全冲蚀叶片小安装角时体现出积极效应,安装角增大后引起气动性能劣化。