基于遗传算法的直叶片垂直轴风力机风轮优化设计

提出了直叶片垂直轴风力机风轮的优化设计模型,该模型以双向多流管理论为基础,考虑了风场风速的概率分布,以风力机年能量输出最大为设计目标,使用遗传算法进行搜索寻优.利用开发的优化设计程序,针对特定风场优化设计直叶片垂直轴风力机风轮,并与已有风力机相比,优化设计结果有明显的优越性,说明该优化设计模型的有效性和实用性.     

威布尔分布风速下基于遗传算法的风力机叶片优化设计

考虑了风速的威布尔(Weibull)分布,以年发电量最大为目标函数,运用遗传算法对某1.5 MW风力发电机叶片的气动性能进行了优化设计:将叶片沿展向分为13段,以每段的功率作为遗传算法的适应度函数.优化所得的气动外形参数体现了比Wilson方法和额定风速下的遗传算法更为合理的结果,弦长和扭角更趋于流线型分布,且扭角整体呈减小的趋势.     

海上随机风速作用下风力机叶片动力响应分析

通过自行编制的Davenport风谱程序建立了更加贴近实际工况的风场,以UG建立的叶片三维实体模型为研究对象,对海上随机风速作用下风力机叶片的位移和应力响应进行了数值模拟与分析.结果表明:叶片最大挥舞振幅及其承受的最大Mises应力均随平均风速的增加而增大;最大挥舞振幅沿翼展方向呈非线性增大趋势,并在叶尖处达到振幅最大;最大Mises应力出现在叶片中部靠近前缘的位置,而在叶根和叶尖部位相对较小.     

大型变截面翼型叶片与气动性能优化分析

基于叶素．动量理论,以输出功率系数为优化目标、叶片的弦长、扭角和相对厚度为设计变量,建立叶片优化设计的数学模型。综合考虑轮毂和叶尖气动损失,对各变截面翼型的弦长和扭角进行了计算和修正。利用Matlab优化工具箱,对大型变截面翼型叶片进行优化的气动性能理论计算。以1．5Mw风力机叶片为例,比较了变截面翼型叶片和单一翼型叶片气动性能的计算结果,变截面翼型叶片的气动性能优于单一叶片的气动性能,为风力机叶片外形设计提供参考。     

地震随机载荷作用下风力机整体振动非线性特性研究

风力机的整体结构属于半刚性结构,且等效质量位于塔顶法兰盘几何中心位置,故导致风力机在抗震特性设计上存在缺陷.同时,在地壳随机激振力的作用下,风轮叶尖及翼型后缘位置易产生"鞭梢效应",放大其激振力响应效果,降低风力机运行安全性.通过计算随机风载荷及地震激振载荷,模拟生成风力机振动加速度的时间历程,提取耦合作用的载荷谱文件...     

风力机叶片复合材料雷击损伤特性研究

随着风电产业的快速发展,风机遭受雷击问题愈发突出,近年来国内外对此进行了大量研究.为了研究风机叶片在遭受雷击时材料的损伤机理和规律,采用了目前风机叶片最广泛使用的玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymers,GFRP)制成的层合板,在不同电流参数、材料厚度及材料铺层方式的条件下,开展了风机叶片人工雷击损伤试验.通过现场试验及总结分析,发现了纤维损伤面积与电流峰值及电流作用积分呈正相关,与材料厚度呈负相关的规律.同时,在[0°/±45°/0°]、[90°/0°]3层、[0°/90°]3层这3种铺层方式下,铺层方式为[0°/±45°/0°]的复合材料层合板损伤面积最小,显示了其铺层方式的优越性.     

风沙环境下风速对风力机叶片冲蚀磨损的数值模拟

针对水平轴风力发电机叶片的冲蚀磨损问题,利用FLUENT中的离散相模型,以风速作为影响因素,对叶片冲蚀率的分布进行了数值模拟.结果表明,风速增大,导致叶片磨损率增大,叶片中部和叶尖都有明显磨损,且叶尖处磨损最为严重,模拟计算值与实验结果吻合,验证了该数学模型和计算方法的正确性.     

极端运行阵风下后掠型风力机叶片的气动特性研究

基于多体系统动力学和升力线气动模型,考虑柔性后掠叶片动态失速和气动弹性耦合问题,建立了风力机气弹耦合模型,研究极端运行阵风及阵风作用时间对某5 MW后掠风力机叶片气动性能的影响。结果表明：极端运行阵风对叶根挥舞力矩、功率、攻角、升力系数和轴向推力等气动特性具有较大影响。研究工作对风力机的结构优化设计和疲劳寿命设计具有重要作用。     

风力机的叶片翼型设计及性能分析

优良的叶片翼型结构对提高风力机的气动性能起着关键的作用.选用两种现有翼型进行组合设计出新翼型.先利用翼型解析式选取出符合要求的两个初始翼型,模拟分析提取出两个翼型的优势上、下表面,上下圆滑连接后合成新翼型.研究发现:新翼型的结构参数更优.通过实验验证了模拟方法的可靠性且发现新翼型构成的风机叶片要比两个初始翼型构成的风力...     

风雨下考虑偏航效应风力机流场及气动载荷

为了研究狂风暴雨环境中大型风力机在复杂工况下的流场特性和气动性能,以南京航空航天大学自主研发的5 MW风力机塔架-叶片体系为例,采用计算流体动力学（CFD）技术开展最不利叶片停机位置下考虑6个偏航角（0°、5°、10°、20°、30°和45°）影响的风力机风场模拟,添加离散相模型（DPM）开展风-雨耦合同步迭代计算,对比研究不同偏航角对风力机周围风场和雨场特性的影响规律. 建立不同偏航角下的风-雨等效压力系数新模型,给出相应的公式,针对风雨作用下的不同偏航角工况塔架和叶片表面等效压力系数进行系统分析. 研究结果表明,附加雨荷载效应对该类风力机叶片迎风面和塔架迎风面两侧各40°区域内压力的影响不容忽视.     

流体激振理论在风电机组叶片分析计算中的应用

通过理论计算分析风力发电机组叶片在进行结构设计时,自激振动对风力机叶片运行振动的影响.应用激振理论综合考量风力机叶片振动机理,找到了风力机叶片振动的根本原因,并提出了相应的判据.研究表明：风力机影响叶片振动稳定性的根本原因在于空气来流速度与叶片弦线夹角正弦值的正负情况影响.     

风电机组动态分析适用风速模型

为研究风电传动系统气动耦合作用下的动载荷变化规律,提出了低频风和高频风描述的风速模型,并用窗口平均方法实现高频风截除和低频风提取。通过对低频风特性和方法特点的分析,证明了风速模型的有效性;通过对时间参数的影响分析,指出该风速模型具有良好的时间尺度性。该风速模型能有效应用于风电系统相关动态问题的研究。     

水平轴风轮气动特性及优化设计

本文根据修正的动量理论和叶素理论,导出了用气流角(?)表示的风轮最大功率系数C_(Pmax)的解析表达式.由于C_(Pmax)及速度诱导系数等均以显式给出,使气动特性优化设计过程极为简单,避免了一般设计方法中所需的迭代过程,程序简单,计算省时,结果准确可靠.     

大型风力机叶片三维建模及模态分析

对大型风力机叶片开展了三维建模和模态分析。先确定叶片几何参数,再将其翼型平面坐标转换为空间坐标,并通过Proe生成叶片三维几何模型。采用模态提取方法 Block Lanczos法对叶片进行模态分析,得出了叶片的前10阶模态,结果显示叶片的主要振动形式为挥舞和摆振,有较强的抗扭转能力,设计中应加强叶片的弯曲刚度。这为大型风力机叶片的设计和优化提供参考。     

风力异步发电机输出功率-转速特性的计算

根据三相异步发电机的相量图、T-型等效电路和功率图,分析接电网运行三相异步发电机的输出功率-转速特性的计算方法。给出了15kW异步发电机和YL160-4电机作发电机运行时的计算和实验特性曲线,两者的吻合程度很好。     

风力发电机叶片固有振动特性的有限元分析

以一农用风力机叶片为例,应用有限元方法对叶片进行了合理的简化,建立了叶片的振动方程.同时应用大型有限元分析软件AN SY S对其振动进行了分析,考虑了挥舞振动、摆振振动和扭转振动等3种情况,分别计算了实心和空心叶片的前十阶固有频率和振型,且对空心和实心叶片进行了比较.分析了各阶固有频率和振型的特点以及不同形式的振动对叶片的不利影响,分析方法和结果对风力发电机的结构设计和进一步动力分析有一定的参考价值.     

湍流强度对风电机组疲劳等效载荷的影响

风电机组疲劳载荷直接关系到风电机组的寿命与结构安全。湍流强度对风电机组载荷的影响,已有文献运用仿真的手段进行了描述,但是未见有不同湍流强度工况下的理论以及载荷实测数据分析。分析了湍流强度对风电机组机械载荷的影响,并以某1.5 MW风力发电机组载荷测试数据为例,对相同风速不同湍流强度情况下的载荷数据进行分析。基于疲劳等效载荷以及相关系数法,研究湍流强度对风力发电机组疲劳等效载荷的影响。运用GH BLADED软件,对相同风速不同湍流强度下的风电机组载荷进行仿真计算,验证湍流强度与风电机组疲劳等效载荷之间的内在相关性。测试数据与仿真结果均表明,风电机组结构部件疲劳等效载荷与湍流强度强相关,且随着湍流强度的增加,疲劳等效载荷也随之变大。     

基于ABAQUS的焦炭塔风载荷分析

风载荷是一种随机载荷,能够引起焦炭塔的振动。为研究风载荷对焦炭塔强度的影响,利用ABAQUS对焦炭塔进行了风载荷的动态分析,考察了载荷加载过程与卸载之后结构的动态响应。结果表明,在风压作用下,最大节点位移出现在塔体顶部,最大值为0.79mm,最大应力出现在裙座固支端附近的节点处,最大值为3.26MPa,不会引起结构的失效;在加载与卸载后的一段时间内,结构沿载荷作用方向产生频率为10Hz的振动,在外载作用下容易引起结构的共振,造成结构的破坏失效。因此,在焦炭塔的设计及运行中必须充分考虑。     

风力机风轮输出特性仿真研究

对风力机风轮输出特性进行了仿真模拟,利用异步电动机作为风轮模拟器,采用直接转矩控制,通过转矩控制方案产生风轮转矩信号控制逆变器来调节异步电动机电磁转矩,使之输出与实际风轮一样的转速、转矩及功率特性。仿真结果表明,用该方法估算的电磁转矩能够快速跟踪风速变化,模拟系统的机械动态特性与实际风力机风轮特性基本一致,可方便用于实验室风力机发电模拟系统的原动机模拟。