叶片弯曲变形对其气动载荷影响的实验研究

根据翼剖面理论,采用同步测压技术,建立风力机叶片气动载荷实验装置。以叶片5种不同的变形状态,在6种迎角和3~10m/s来流风速的情况下正交实验,得到风力机叶片在不同风速、不同迎角下的气动载荷数据,应用Tecplot处理得到叶片表面升力系数云图。初步揭示叶片的弯曲变形对其气动载荷及受力特性的影响规律,并探索迎角与叶片受力特性的关系。叶片在一定的弯曲变形范围内,随着弯曲曲率的增大,叶片的升力增大;但当叶片弯曲变形过大时,压力面的流动损失增加,叶片升力减小。     

风力发电机叶片设计与气动性能仿真研究

运用叶素理论和气动理论,基于设定的风力机性能参数对风轮叶片进行三维设计。利用Gambit建模软件对风力机单叶片进行三维建模,再用Fluent软件进行风力机叶片气动性能的数值模拟,仿真叶片气动流场流态,并计算叶轮的升力、阻力和扭转力矩;验证风力机气动性能数值模拟的可行性和可靠性;计算发电机组功率和风能利用效率等性能参数。对风力发电机叶片的设计和气动数值模拟计算分析的工作可深化对风力发电机组三维叶片的气动性能的了解,仿真风力发电机组气动流场,能为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供技术参数和指导意见。     

风力机叶片气动设计及偏载计算

风力发电机组叶片的气动特性直接影响到机组效率,考虑了风力机叶片气动损失,运用Schmitz方法对1MW定桨风力发电机组的叶片进行了气动设计.叶片从叶根到叶尖采用了不同翼型,以满足叶片强度和气动性能的要求.不同翼型之间采用了3次样条插值后的过渡翼型,同时叶根和叶尖也进行了处理,以满足工艺和实际的要求.在所设计的风力机叶片的基础上,计算了风力机的偏载特性,由于风力机起动与空载时,Schmitz方法误差较大,该文采用了Schmitz理论的扩展算法来计算风力机的偏载特性.设计结果表明,基于Schmitz理论设计的多翼型风力机叶片考虑了叶片的损失,方法简单,计算出来的叶片弦长和扭角符合实际叶片的规律.采用了扩展算法后的偏载特性曲线,考虑了各种损失,与实际风力机表现的特性规律相符.     

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。     

风力机叶片翼型气动性能设计计算方法的分析与研究

基于翼型理论和线性动量理论对叶片翼型截面升力公式的计算,导出对非设计工况来流角计算的迭代式.应用牛顿-拉普森迭代法对来流角进行计算,根据结果再计算叶片截面的升力、推力、切向力、功率等气动参数.提出一种风力机叶片翼型气动性能的计算和校核设计方法.     

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1．5MW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。     

新型变桨立轴风力机涡效应分析

该文旨在通过变桨来改善升力型立轴风力机叶片气动特性,提高风力机最大运行效率。针对设计尖速比下风能利用系数较低的问题,提出减小叶片小攻角范围,增大叶片大攻角工作范围,以重点改善叶片低性能区域的气动特性为出发点,提高风能利用系数新变桨思路。以采用NACA0012翼型、2 m高和2 m旋转直径的两叶片H型风力机为研究对象,从涡理论来分析和比较在最佳尖速比为5的条件下,附着涡、尾随涡、脱体涡和桨距角对攻角、切向力和功率输出的影响规律。研究结果表明:变桨后,叶片的攻角、切向力和输出功率在原最大值两侧均有明显提高,拓宽了叶片高性能的工作区域;涡系中脱体涡对叶片气动特性影响最大,其中在上盘面影响较小,在下盘面影响较大;变桨前后涡系对上盘面的差异较小,对下盘面的影响差异较明显;变桨后,下盘面的叶片的涡尾迹弯曲程度在加大。     

某1 MW水平轴风力机叶片气动设计及载荷计算

基于片条理论,考虑了叶尖损失、叶根损失、叶柵影响和重载荷下对片条理论参数修正的情况下,完成了某1 MW水平轴风力机叶片的气动设计,并对其气动性能进行了评估;最后根据IEC规范对叶片在不同风况状态下进行载荷计算,所得结果可为同类风力机气动设计和结构设计提供参考。     

导叶式升力型垂直轴风力机的数值研究

分析传统H型Darrieus风力机整体气动特性低的原因,从改善风力机极小攻角处极差气动特性出发,提出一种在极小攻角处添加导叶的导叶式升力型垂直轴风力机。采用非定常RNG湍流模型和滑移网格技术,对导叶式升力型垂直轴风力机的空气动力场进行二维数值模拟。比较分析0°方位角导叶对叶轮流场、叶片表面压差系数及叶片力矩的影响。研究结果表明,导叶改善了叶片表面负压差区,使叶片表面压差系数提高了56.2%,叶轮转矩增加了25.4%,有效地提高了风力机整体气动性能。     

基于升力线理论的大型风力机气弹响应研究

针对风力机不断向大型化发展的趋势,导致结构柔度增加,气弹耦合特性和振动增强,研究了大型风力机高效精确的气弹响应分析方法。为了更准确模拟大型风力机气流沿叶片展向的三维流动现象,采用螺旋尾涡升力线模型代替传统叶素动量理论,建立了叶片气动载荷分析模型,进而结合风力机多体系统动力学模型,构建了机组的气弹耦合动力学方程和数值求解方法。以某10 MW风力机叶片为例,研究了稳态风况下不同风速的叶片气动性能,以及有效攻角、切向力等沿叶展方向的分布特点,并与采用修正叶素动量理论的气弹分析程序（HAWC）对比,结果表明,升力线理论无需引入经验修正模型即能获得叶素动量理论经修正后的分析精度。最后,通过非稳态风况下风力机的气弹响应分析,证明本文方法对大型风力机气弹耦合分析的有效性和准确性。     

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。     

风力机翼型大迎角气动性能评估方法

风力机叶片翼型的气动数据是风力机叶片设计和性能评估的基础,全迎角范围的翼型气动数据有助于准确预测风力机的功率以及极限气动载荷。分析了风洞实验、CFD方法获取翼型气动数据的优缺点,着重阐述了基于实验数据建立的半经验公式-Viterna模型。提出了一种结合CFD与Viterna模型快速评估翼型全迎角范围气动性能的方法,另外为了提高预测风力机输出功率的准确性,利用前面的方法获得的翼型气动数据与叶素理论计算风力机功率时,要考虑尖端损失与桨毂损失。     

100 W风力机叶片仿生设计与试验研究

通过数值模拟,分析家燕翼型气动性能;采用家燕翼型,改进100 W水平轴风力机叶片;进行仿家燕翼型叶片气动性能分析;搭建小型水平轴风力机测试平台,完成仿家燕翼型风力机与标准风力机效率对比试验。结果表明:家燕翼型气动特性优良,最大升力系数是标准翼型的1.78倍,最大升阻比是标准翼型的1.77倍;仿家燕翼型叶片输出功率高于标准叶片,平均提高26.48%。     

具有升阻复合启动结构垂直轴风力机气动特性数值模拟

提出利用升阻复合启动结构来改善直线翼垂直轴风力机气动特性,该启动结构由半椭圆形阻力叶片和升力小翼构成。基于RNG k-ε模型,对纯升力型、升阻复合型和新型复合风力机的气动特性进行二维数值研究,并进行对比分析。研究表明:增加小翼后,新型复合风力机的最大力矩系数较升阻复合型风力机提升25%,最大功率系数提升46%;静态启动力矩较升阻复合型提升11.2%,较纯升力型提升294%;小翼可削弱内置阻力叶片对升力叶片的不利影响。     

并网型垂直轴风力机的基本构成与气动特性

本文通过对升力型垂直轴风力机叶轮内部气流的适当简化,建立了矢量气动数学模型,分析了叶素在任意方位角下的叶片静态气动力特性,并给出了垂直轴风力发电机组运行所需要的气动条件。文章还简要讨论了垂直轴风力机的叶片设计问题,指出实度对其效率影响较大,给出实验得出的最佳实度。     

小型变桨距风力机的气动优化设计

基于叶素动量理论分析了小型风力机的气动性能分析模型,并提出了叶片的气动优化设计方法.结合叶片制造和应用中的实际要求,设计了10 kW小型变桨距风力机叶片的气动外形.计算结果表明,设计叶片具有良好的气动性能,验证了该设计方法有效实用.     

风力机预弯叶片结构与静气弹性参数化有限元分析方法研究

构建了风力机预弯叶片气动外形和铺层结构的参数化表达模型,采用MATLAB与ANSYS APDL相结合的方法对复合材料预弯叶片进行参数化有限元建模、加载和结构分析,并以某1.5 MW预弯叶片为例验证了该方法的正确性;基于修正的叶素动量理论和气动载荷参数化分布加载方法,对风力机预弯叶片的静气弹性进行分析和研究,结果表明预弯叶片的展向变形有助于叶片气动功率的提高,而叶片扭转变形造成风力机实际气动功率的降低,根据叶片的计算扭转变形,在叶片的设计中增大叶片的预扭转角度可避免叶片因弹性扭转变形造成的设计功率偏离。研制了风力机叶片结构性能和静气弹性分析工具(WTBSA),为预弯叶片的多学科优化设计奠定了基础。     

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。     

小型风力机竹制叶片的研制

叶片是风力机重要部件,它直接影响着风力机气动性能和机组的成本。国外采用玻璃钢叶片具有比重小、强度高的特点,但其成本一般要占风力机约1/3,尤其对于小型风力机更为突出。在保证风力机气动性能和机械性能情况下,降低叶片成本是     

风力机叶片前缘表面附着物对气动性能的影响研究

主要研究了风力机叶片表面附着物对其气动性能的影响。实验采用粘土作为附着物模拟叶片表面前缘结冰及结垢,模拟有附着物后叶片周围流场的变化、叶片升力及阻力系数的变化,并与原叶片的气动性能进行对比。比较分析了不同攻角下叶片外部压力分布的变化规律,计算分析了外部压力分布对表面附着物力学特性影响规律。该文实验攻角为-4°～24°,温度为250.37K。分别对比了叶片附着物的厚度和长度对叶片性能的影响,通过对比升力及阻力特性,发现与原叶片相比,附着物叶片的升力系数普遍减少,并随附着物长度和厚度的增加,升力系数降低得更剧烈。附着物是造成叶片气动性能恶化的主要原因。