风力机尾流对风轮气动载荷影响的研究

为研究风电机组尾流对下游风电机组载荷的影响,根据已有的理论研究结果,假设几个重要尾流参数:上下游风电机组间距、上游风电机组推力系数、自然风速等。采用GH Bladed软件,在FL1500/70双馈式兆瓦风电机组上建模,并进行尾流计算。使用Matlab软件,对计算结果数据进行频谱图生成,用Bladed对计算结果进行后处理。所得结论为:机组间距减小,载荷稳定性降低,极限载荷增大;推力系数增大,载荷稳定性降低,极限载荷增大,但一般低于无尾流情况;自然风速增大,载荷主频增大且趋于0.3 Hz,载荷稳定性提高,载荷对其他参数的变化的敏感度上升。通过仿真分析,给出降低风电机组尾流影响的建议。     

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。     

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κ -ω SSTN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。     

风力机风轮非定常气动载荷计算

运行中的风力机风轮经常受到自然风变化带来的非定常气动力的作用。数值模拟这一非定常气动力对于风力机的安全优化运行和性能改进具有重要意义。文章介绍了所开发的基于粘性修正的三维速度势面元方法,以速度势方程作为流动控制方程,使用Prandtl-Schlichting方法考虑空气在叶片表面的粘性作用。通过与风力机的试验数据对比显示,计算值均与试验值吻合良好,显示了用该计算方法估算风力机三维非定常气动力和扭矩的应用价值。     

风力机讲座 第六讲 风力机风轮的气动设计

在风力机设计中,首要的问题是如何把风能转换成机械能,然后加以利用,如发电或提水等。把风能转换成机械能是由风力机的风轮完成的,因此,风轮设计极为重要。风力机种类很多,这里只介绍水平轴风力机风轮的气动优化设计。需要指出的是,风轮优化气动设计方法比较多,在这里,作者根据自己的设计经验,介绍一种简单而又实用的方法。这个方法,无需使用计     

干扰气流对Darrieus风轮气动性能影响研究

Darrieus风轮单个叶片的力矩特性曲线随方位角成波浪形变化,90°和270°方位角的力矩系数为极小值且为负值,严重影响立轴风力机整体气动特性。针对此问题,提出通过导叶来引入干扰气流,对两方位角的流场进行改善,进而提高整体气动特性的性能改善方法。采用SST k-ω湍流模型进行二维数值计算,以270°方位角加导叶的和无导叶的直叶片立轴升力型风轮为对象进行对比分析。研究发现,导叶使270°方位角附近区域的叶片力矩系数明显提升,最大力矩系数由无导叶的-0.03提升到0.07,使270°方位角叶片的吸力面负压系数和压力面正压系数都有较大提高;风轮风能利用系数在运行范围内都有明显提高,在最佳尖速比下提高12%。     

帆式风力机风轮气动特性的试验研究

我国帆式风力机的利用历史十分悠久,它在农业生产和制盐业中发挥着积极作用,其特点是结构简单,造价低,使用方便。为了充分发挥帆式风力机的效能,提高风能转换效率,较准确地评价风轮的气动特性,为风力机、配套水泵的设计提供依据,我们对常用的帆式风力机的风轮模型在风洞中进行了气动特性试验,在风洞中分别测定了不同参数的12组叶片的空气动力特性和最低起动风速。这12组叶片是由     

气动弹片对垂直轴风力机性能影响研究

针对垂直轴风力机切向力峰值特性,提出一种具普适性的直线翼垂直轴风力机气动弹片运动控制策略。采用高精度CFD数值模拟方法,研究不同尖速比下气动弹片对垂直轴风力机气动性能的影响并分析了其流动机理。结果表明:气动弹片在高尖速比下可显著抑制流动分离并改善其动态失速特性,功率系数得到极大提升;切向力和转矩系数在气动弹片作用相位角范围内,均有一定提高,而在其它相位角内,风力机性能不受影响。     

小翼对风力机气动性能的影响

采用升力面法作为风力机气动性能预测模型对以美国国家新能源实验室NREL Phase VI风力机叶片为原型加装相应小翼的风力机进行气动性能预测与分析。结果表明加装小翼可在提高风力机功率输出的同时有效控制叶片载荷,降低风力机各部件的强度要求从而有效控制风力机各部件成本。     

建筑体对下游垂直轴风力机气动性能影响研究

为有效利用城市风能,提高风力机运行效率,需对建筑体下游风力机位置分布开展研究。采用计算流体力学方法分析不同建筑体结构下游各位置处风速及风力机气动性能。结果表明：建筑体对自由来流的阻塞、加速与偏转作用可有效提高下游部分位置处风速,提升风力机气动性能;圆形建筑体对下游流场影响较小,各位置处平均风速接近自由来流;相比之下,三角形与四边形建筑体下游风速波动较为剧烈,平均风速较高,风力机转矩较圆形建筑体下游风力机的有较大提升;对于相同外廓建筑体,立式矩形较大的受风面积可扩大其背风低压区范围,有效提高下游流场风速,较卧式矩形建筑体具有更好的聚风效果。     

吸气控制策略对垂直轴风力机气动性能影响研究

针对垂直轴风力机复杂气动特性,将吸气孔置于风力机翼型上下表面,提出不同吸气控制策略以改善其气动性能。基于CFD方法,研究不同叶尖速比下吸气策略对风力机风能利用率、叶片切向力系数及流场特性的影响,综合考虑能量消耗与风力机输出功率。结果表明：提出的3种控制策略在低叶尖速比下均能大幅提升整机气动效率。效果最佳的迎、背风区交替吸气策略可显著推迟分离点,延缓翼型动态失速发生,并减少分离涡周期性脱落造成的损失。此外,该策略对动态尾迹效应有良好的控制效果,同时降低整机转矩波动幅值,消除中低叶尖速比下风轮负转矩,从而提高获能效率且延长风力机使用寿命。     

融合小翼对风力机气动性能的影响

文章利用CFD方法对不同参数叶尖融合小翼风力机额定工况下的气动性能进行了数值模拟。研究结果表明,风力机叶尖融合小翼能够使叶片输出功率和风力机总功率得到提升,但同时使叶片轴向推力、挥舞力矩增大。吸力面小翼比压力面小翼风力机功率高1.26%～1.37%,体现在叶片相对高度0.88以上区域叶片输出功率不同。小翼高度和等效长度的增加使叶尖损失减小,叶片输出功率增大。不同倾斜角度的小翼会改变叶尖流场分布,从而改变叶尖部分和小翼的功率输出。在风轮扫风面积相同的情况下,小翼倾斜角度为55°左右时风力机气动性能最优。     

前缘结节对风力机气动性能影响的数值研究

基于座头鲸的鱼鳍前缘结节的流动特性,开展前缘结节对改造的Phase Ⅵ仿生风力机叶片性能及流动特性影响的数值研究。结果表明：在设计工况下（V_∞=10 m/s）,结节放置在叶片展向81%位置时,叶片根部的回流区域消除,但结节处的旋涡扰动会破坏叶片稳定流动,使叶片性能相对较低。在高风速下（V_∞=15、20、25 m/s）,由于前缘结节的结构特征,叶片表面产生旋涡,发生阻塞作用,叶片吸力侧压力减小,叶片正背面压差增大,升力增大,进而使仿生叶片的性能得到提升。     

定常吸气对风力机叶片气动性能影响的研究

为改善风力机叶片的气动性能,在3.6 MW风力机翼型截面上开孔施加定常吸气,孔宽为1%~10%弦长,吸气压强为50~500 Pa。采用Spalart-Allmaras模型对多种工况进行数值模拟,研究定常吸气对翼型升阻力系数、力矩系数、失速性能、流动分离控制等气动性能的影响。结果表明:定常吸气扰动模式与流场主流的耦合能有效改善气动性能、推迟失速、延缓分离。定常吸气的引入使吸力面压强降低,吸力面和压力面的表面压差增大,从而提高了升力。定常吸气有效控制了流动分离,延缓了边界层的转捩,进而减小了阻力。阻力系数、力矩系数随吸气压强的增大而减小,升力系数随吸气压强的增大而增大。吸气最佳工况是孔宽为10%弦长、吸气压强为250 Pa。     

大型风力机风轮气动不平衡的特性研究与验证

为了研究和探索风轮气动不平衡的物理特性,以某2.0MW三叶片水平轴风力机为研究对象,采用计算机仿真及试验相结合的方法,研究风轮气动不平衡对机组动力学特性、气动性能及气动载荷的影响研究.通过气动特性分析和动力学分析表明,随着风轮叶片安装角的不平衡度增大,其机组性能逐渐下降,塔顶的载荷波动逐渐增大,叶片的挥舞载荷出现明显差...     

实度对低风速风电机组风轮气动性能影响研究

为提高低风速地区的风能利用率,研究风轮实度对低风速风电机组气动性能的影响。考虑影响风轮实度因素（叶片数量、弦长及安装角）,设计2组不同弦长叶片与可调安装角轮毂。安装角改变时不仅会引起实度变化,还会使叶尖速比发生改变。通过车载试验验证安装角不同时对风轮气动性能的影响主要与叶尖速比相关。根据不同风轮表面压力分布数值模拟结果得出：相同风速下,弦长由叶根到叶尖逐渐增大的叶片更易启动。相同条件下,试验机组输出功率与数值模拟机组输出功率最大相差5.37%,说明数值模拟结果可信。随着风轮实度的增加,风速5 m/s时,其风能利用系数呈增大趋势,风速8 m/s时,其风能利用系数呈减小趋势,两趋势相交时实度为25.38%,得出该实度下风轮气动性能较优,即可得到适合低风速地区的风轮实度。     

基于风轮气动特性的风力机变桨优化控制策略研究

当风速大于额定风速时,风电机组通过控制变桨机构调整桨距角来减小风能捕获,从而使机组的输出功率保持在额定功率附近。变桨系统一般采用PI(比例积分)控制算法,但由于风轮气动转矩与风速、风轮转速、桨距角呈高次复杂非线性关系,单一控制参数的变桨控制器难以满足风电机组在额定风速以上的运行性能要求。为了解决单一变桨控制性能不足的问题,提出一种基于风轮气动特性的风力机变桨优化控制策略,该策略通过测量桨距角当前值来动态调整变桨控制器参数,可有效提升变桨系统随风动作连续性,减小由变桨控制引起的转速与功率波动,削减机组由变桨动作引起的动态载荷。     

弹片参数对风力机叶片翼型气动性能影响研究

为提高风力机叶片翼型气动性能,在NACA0018翼型上表面附加类似于鸟类羽毛的弹片,通过数值模拟方法研究弹片参数包括弹片角度、位置和长度对翼型气动性能的影响。结果表明：在失速攻角之前,弹片产生负面影响,而失速攻角之后,弹片产生预期效果,且在每个攻角下存在一个最优弹片角度,攻角越大,对应最优弹片角度也越大,但并非线性关系;失速攻角前,弹片位置越靠近尾缘,其带来的负面影响越小,而在失速攻角后,弹片越靠近前缘效果越佳,阻力系数最高降低67.04%,且失速攻角由14°推迟到16°左右;失速攻角前,弹片越短,弹片所带来负面影响越小,失速攻角之后弹片长度越长效果越好,阻力系数最大减小40%左右。