风轮偏航对风力机气动性能数值模拟分析研究

建立了风轮偏航15°的风力机整机计算模型,运用FLUENT软件对该模型进行气动数值模拟。分析额定工况下,偏航对风力机表面气流速度、压力、风力机前后速度分布和静压力的影响。     

大型风力机叶片翼型的气动特性分析

翼型是风力机叶片的核心要素。应用FLUENT软件对大型风力机叶片的翼型进行气动特性分析,将计算结果与试验结果进行对比,验证并修正软件模型和相关参数。所采用的方法可以应用于其它翼型的气动特性分析。     

大型风力机叶片表面粗糙度效应数值研究

采用CFD方法,通过在风力机二维翼型和三维叶片表面设置等效颗粒粗糙度,对某1.5MW水平轴风力机积灰和昆虫引起的粗糙度效应进行详细的数值研究;计算结果表明:翼型表面尤其是前缘的粗糙度严重影响翼型气动性能,翼型气动性能对翼型表面光洁到粗糙的变化敏感,翼型前缘的粗糙度敏感性随着攻角增大而增加,压力面尾缘局部粗糙度会在一定程度上提高翼型气动性能;对于三维叶片,表面粗糙度尤其是叶尖部位将严重破坏叶片气动性能,叶片整体粗糙度效应不是各段局部粗糙效应简单的线性叠加,而是其综合影响的结果。该文研究可以对风力机叶片表面粗糙度效应机制和气动性能优化提供理论依据。     

垂直轴风力机叶片翼型的气动性能分析

风力机叶片翼型的气动性能决定了风力发电机组的功率及载荷特性,不同形状类型的叶片翼型具有一定的气动性能规律。为了提高风力机性能,以垂直轴风力机 NACA4409叶片翼型为例,采用XFLR 5程序对其气动性能进行数值模拟分析,结果表明选择适当的叶片翼型相对弯度对提升叶片翼型的气动性能效果显著。对高升力叶片翼型作为垂直轴风力机叶片翼型的可行性的探讨,结果表明,叶片翼型在正迎角范围内,气动性能优异,而在负迎角下的气动性能不理想。     

椭圆叶片Savonius风力机叶轮气动性能数值计算

为提高 Savonius 风力机叶轮的风能转化效率,提出椭圆叶片 Savonius 风力机叶轮方案,并通过非定常流体动力学数值计算分析了不同尖速比下叶片扁度对叶轮的气动特性的影响。计算基于雷诺时均的 N-S 方程,湍流模型采用RNG k-ε模型,利用滑移网格技术模拟叶轮的转动,通过网格无关性和湍流模型验证分析验证所采用数值方法的有效性。研究结果表明：随着扁度减小,叶片最大力矩系数增加,而最小力矩系数减小;扁度为0.72的叶轮的最大平均功率系数最大(0.2650),相比常规Savonius叶轮增加5.84%。     

风力机叶片三维气动特性分析

应用FLUENT软件,采用三维计算流体动力学(CFD)方法对水平轴风力机叶片进行三维气动分析,得到不同风速下的功率曲线、各截面的压力分布图和叶片三维压力分布图,并与叶素动量理论(BEM)计算结果进行对比。结果表明大功率风力机叶片气动性能计算采用三维CFD理论更能反映叶片的实际工作情况。     

某兆瓦级水平轴风力机叶片气动设计和性能评估

基于片条理论,建立了水平轴风力机的气动参数和性能计算模型,并考虑了叶尖损失、叶根损失、叶栅影响和重载荷下对片条理论参数的修正。以此为基础设计完成了某1.5 MW水平轴风力机叶片的气动外形,并对其气动性能进行了评估,结果表明该风力机叶片气动性能达到设计要求,具有较佳的风能利用系数和运转特性。     

考虑自重影响的大型风力机复合材料叶片结构力学特性分析

为探究叶片自重对叶片结构特性影响,基于NX参数化建模的二次开发,建立NREL 5 MW风力机叶片三维壳体模型,结合复合材料铺层设计,通过CFD方法获得叶片表面压力分布并加载至复合材料叶片模型,采用有限元法对其进行模态、静力及屈曲分析,得到叶片自重对其结构特性影响。结果表明:复合材料叶片抗扭转能力较强,弯曲振动是引起其疲劳破坏的主因;考虑叶片自重后,叶尖位移最多增加8.7倍,一阶屈曲因子最多降低93%,最大屈曲变形量最多减小89.47%;考虑叶片自重后,180°相位角时叶片表面应力分布最为恶劣,结构分析时应优先考虑;考虑叶片自重后,270°相位角时屈曲因子最大,180°时屈曲因子最小,分析180°相位角叶片可获更符合工程实际的临界屈曲载荷;额定风载下,135°、180°及225°相位角叶片局部屈曲域处于其最长截面前缘区,其他情况下,易在背风面尾缘镶板区出现局部屈曲,应对这些区域进行优化设计增强其抗屈曲能力;叶片自重应加以考虑。     

基于流固耦合法的垂直轴风力机叶片翼型气动性能分析

为了使风力发电机组具有较稳定的工作性能,提高其风力机叶片翼型的使用寿命,对叶片翼型进行了强度分析。以NACA0015(对称翼型)叶片翼型为研究对象,对其建立了三维模型,设定了旋转域及相关边界条件,采用流固耦合方法,利用ANSYS-CFX软件对垂直轴风力机叶片翼型进行了气动性能分析。结果表明,在常温常压且风速10 m/s,转速80 r/min的工况下,位于叶片后缘处变形最大为3.961×10-4mm,不同位置变形量与厚度呈线性关系,适当增大叶片翼型后缘厚度的方法,能够增强叶片翼型的强度,使其具有很好的抗变形能力。因此,增加叶片翼型厚度可减小叶片翼型变形量,提高叶片翼型的使用寿命。     

风力机叶片气动设计及Solidworks软件建模过程研究

为了解决风力机叶片设计以及利用设计数据建模的问题,阐述了风力机叶片气动性能设计计算的主要方法以及Visual C++软件对整个计算进行编程的过程,通过举例运算的方法对比分析相应数据,并运用Solidworks软件对风力机叶片进行建模,分析了各种叶片建模方法的利弊,得到了叶片精确建模的方式和方法.分析结果表明,基于叶素动量理论的设计计算技术能准确地完成叶片模型设计过程,叶片设计精确程度取决于叶素分段数的多少.     

大型风力机叶片状态监测方法研究进展

叶片是风力机捕获风能的关键承力部件,其受力复杂、故障率及维护费用高,一直是制约风力机安全性、经济性的关键因素。为促进叶片服役期安全保障技术的发展,根据监测原理,对叶片常用监测方法进行综述。叶片常用监测方法可分为基于振动信号和机械波的接触式以及基于热力学和光学的非接触式监测方法:接触式方法通过叶片振动信号的时频、频谱等信息或叶片损伤时释放出应变能量判定叶片的安全状态;非接触式方法可分为红外热成像、激光多普勒测速仪和计算机视觉监测方法。在介绍各种叶片监测方法的基础上分别阐述了它们在叶片状态监测中的研究进展和应用现状。最后,对叶片状态监测方法在实际风力机的应用提出了建议与展望。     

大型风力机叶片模态测试与分析

利用建成的大型风力机叶片的振动特性分析装置,用测力法和不测力法对风力机叶片进行模态试验及分析,测试了风力机叶片的模态参数（固有频率、阻尼和振型）,得到了叶片的振动特性。采用共振法将偏心电机和变频器连成一体作为激励源测试了叶片的固有频率,实验验证了单叶片的危险运行频率。对大型风力机叶片模态试验及分析提供了可靠的实验装置和试验方法,对风力机叶片动力学特性分析提供有力工具。     

基于DSP控制的风力机偏航控制系统研究

为了获得最大的风能,提高风力发电机的发电效率,对风力机偏航控制系统进行了研究.该系统采用主动迎风的方式,通过风向传感器测得机舱的相对风向,由DSP计算出偏航角度,采用细分控制技术控制偏航步进电机正转或反转,从而实现偏航控制系统自动跟踪风向.实验表明,采用DSP控制,实时性较好,细分技术控制的步进电机,运行精度较高,系统能快速、准确使机舱对风.     

考虑风切和塔影效应的风力机风速模型

首先利用流体力学理论和指数(赫尔曼乘幂)公式推导并建立了三桨叶风力机扫风平面内含塔影效应及风剪切的风速模型,然后对此模型进行了化简,并对模型中各个参数的选择及模型的使用范围做出了解释,最后用Matlab软件对所建立的风速模型进行了对比和分析。该模型考虑了塔架半径、悬垂距离、叶片半径、轮毂高度、轮毂处风速、风剪切系数等因素。结果表明塔影效应相比风剪切对不均匀风速场的贡献更大。该模型简洁有效,适用于电力系统中时域的风力机仿真,为风力机扭矩、风力机控制、风力机载荷等相关研究打下基础。     

H型垂直轴风力机风轮气动性能分析

用FLUENT数值仿真软件,对H型垂直轴风力机的风轮进行了瞬态模拟计算,得到风力机在正常运行过程中的速度分布云图、压力分布云图和湍动能分布云图;据此分析了风轮在运行过程中的速度场、压力场等气动特性.结果表明,当外界来流风速从5 m/s增加到15 m/s时,最大压力差增加到原来的6.5倍.该结论可为垂直轴风力机的设计提供...     

考虑覆冰粗糙度影响的风力发电机叶片气动性能数值仿真

针对高湿、寒冷地区覆冰造成机组出力减少的问题,以NREL S809二维翼型及某型300k W风力机三维风轮为研究对象,采用计算流体力学(CFD)数值仿真方法,结合覆冰粗糙度模型,研究分析覆冰粗糙度对风力机叶片气动性能的影响规律。计算结果表明:对于改变翼型气动外形较小的覆冰,二维翼型的气动性能随着覆冰粗糙度大小、覆冰相对宽度的增加而降低,随着攻角的增加影响变大;对于改变翼型气动外形较大的覆冰(雾凇或雨凇),雨凇覆冰的破坏作用更大,但雾凇覆冰翼型受覆冰粗糙度影响更大;叶片覆冰导致三维风轮气动性能降低,在大风速下更为显著;随着覆冰粗糙度大小的增加,三维风轮输出转矩和轴向推力降低,且随着风速的增加,降低程度变大。该文的计算结果对覆冰地区风电场运行及机组性能评估有一定的参考价值和借鉴意义。     

风力机风轮气动性能三维流场数值模拟

数值试验方法可为选择最佳形状风轮翼型和风轮尺寸,使风力机具有优异的空气动力特性提供试验依据。完善并依据计算流体动力学理论和相似理论,以风力机风轮作为研究对象,研究数值试验技术。建立考虑地形和风剪切效应影响的风电场风速湍流数学模型,利用相似理论构建风电场三维数值试验,并通过计算流体动力学软件Fluent实现,用户自定义函数(user-defined function,UDF)技术定义风力机动态风速及数值试验边界条件。研究风力机风轮的气动性能,模拟风轮在空气动力作用下的风轮表面压力、风轮转速、力矩时程等气动力作用参数。研究结果表明:利用数值试验和现场实测2种方法得到的风轮气动动态特性随时间的变化趋势具有相似性。     

水平轴风力机风轮气动性能数值模拟

以某上风向定桨水平轴风力机风轮为研究对象进行数值模拟,采用不可压N-S方程和k-?棕 SST两方程湍流模型,数值模拟了不同风速下风力机风轮的流动特性。结果表明：随着风速的增大,靠近叶片中部截面最先发生失速。在此基础上,分析了叶片整体的压力与速度分布。