风力机定桨距和变桨距工况下叶片风能利用特性分析

基于动量叶素理论设计计算了风力发电机叶片几何结构形状和运行工况,建立了风力发电机叶片有限元模型,对风力发电机叶片的气动特性进行了数值研究,给出了风力机风场的风速、压强分布.研究表明,在大攻角及小转速下,叶尖损失对风力发电机叶片功率和叶片效率的影响更加明显;变工况下,叶片功率曲线及叶片效率曲线基本服从翼型及叶片气动特性的规律,曲线斜率受叶片升阻比、失速效应和叶尖损失的影响.     

基于EI加点准则与代理模型的风力机专用翼型气动与结构优化设计

为获得具有优良气动性能且兼具结构强度的风力机翼型,以运行攻角下升阻比与截面扭转惯性矩最优为目标函数,利用遗传算法对翼型进行优化设计,提出一种兼顾气动与结构特性的翼型设计方法。通过Bezier曲线表征翼型几何轮廓,采用CFD方法求解翼型气动力,利用Matlab编写程序获得翼型结构特性;建立Kriging代理模型减少CFD计算次数,并采用拉丁超立方采样和EI加点相结合的方式提高优化效率。将优化翼型与风力机翼型NACA64618对比分析,结果表明：优化翼型在运行攻角范围内具有更佳的气动性能,且优化后叶片的摆振位移与叶尖扭转角分别减小23.446%与17.544%。     

不同弯度风力机翼型的气动性能数值模拟研究

作为风力机气动设计和运行优化的重要基础之一,风力机翼型气动性能分析的应用日益广泛.采用NUMECA数值模拟软件对风力机NACA4412翼型(弯度为4％)进行气动模拟分析,模拟结果与实验数据较为一致.在此基础上,对NACA2412、NACA4412、NACA6412 3种不同弯度翼型的升阻力系数、升阻比和其在攻角为8°和14°时的绕流情况进行模拟分析,发现相对于弯度较大的翼型,弯度较小的翼型更适宜运行在大攻角下.     

翼型厚度对气动性能的影响

增加翼型厚度在一定程度上可以提高叶片的气动性能,在小攻角下,较小厚度的翼型有较大的升阻比,在大攻角范围时,当原始翼型发生失速时,较大厚度的叶片可以提高翼型的升力系数,还可以扩大翼型的失速范围,可以有效改善翼型的流动特性。     

非对称钝尾缘厚度对风力机翼型气动性能的影响

基于参数化非对称钝尾缘翼型,研究尾缘厚度及其分配比对风力机翼型气动性能的影响规律。采用样条函数,实现翼型S834非对称钝尾缘改型型线的参数化表达。利用XFOIL软件,数值计算翼型原型和非对称钝尾缘改型的升阻力系数、升阻比以及翼型表面压力系数。结果表明:随尾缘厚度增加,升力系数一定攻角之后持续增大,改型翼型阻力系数高于原始翼型的现象更明显,升阻比先增大后减小;随下翼面尾缘厚度分配比增大,升力系数在一定攻角范围内增大,升阻比呈递增趋势;尾缘厚度及其分配比取2%弦长和13为最佳。研究结论为风力机叶片钝尾缘翼型设计和优化提供指导。     

翼型NACA4415的风力机气动特性数值模拟研究

风能利用的主要方式是风力发电,风力机桨叶翼型的气动特性直接影响风力发电的效率.利用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件对风力机常用的翼型NACA4415进行了数值模拟仿真研究,探讨了风力机叶桨翼型NACA4415的空气动力特性,得出了在不同攻角下的升阻力随攻角变化的特性曲线并进行了分析,研究了大攻角28°时扰流翼型的流场,分析了大攻角失速时的流场分布.     

基于两种湍流模型的某风机专用翼型数值研究

针对风力机专用S832翼型绕流流动建立了二维不可压缩湍流模型,利用计算流体力学软件Fluent,分别选用S-A、RNGk-ε 两种湍流模型对S832进行数值模拟,对比了两种湍流模型对气动模拟精度的影响,得出了雷诺数为3×106时,该翼型在-16°~30°攻角下的升力系数和阻力系数随来流攻角的变化关系及压力分布图,分析了不同攻角下翼型表面压力分布特性并进一步预测了大攻角（达30°）下翼型分离流动特性,并与NREL的试验数据进行比较,研究结果表明： RNGk-ε在预测该翼型小攻角范围气动性方面更加有效     

基于人工神经网络与遗传算法的风力机翼型优化设计方法

开发风力机专用翼型是风电技术中的一个关键问题,高升阻比翼型的优化设计方法是目前风力机空气动力学的重要研究课题。该文建立了多运行工况下升阻比最高的风力机翼型优化设计方法,运用Bezier函数建立了翼型的数字化参数表征方法,根据完全析因试验设计方法选取了翼型族的设计空间,利用计算流体力学方法获得了每个翼型样本的气动性能参数,采用人工神经网络和遗传算法相结合的现代优化方法数值求解了优化命题。基于上述模型对FX 63–167翼型进行优化改进,重点研究风力机翼型在3种运行工况点下的气动优化设计命题及其求解方法。计算表明优化后翼型具有更佳的气动特性,各工况点下的升阻比均有所提高,验证了该优化方法的合理性、可行性。     

风力机翼型表面V型脊状结构减阻特性的数值研究

为提高风力机叶片的风能转化效率,改善翼型的气动特性,对风力机对称翼型NACA0012布置V型脊状表面结构,通过数值模拟的方法,基于湍流RNG k-ε模型对其减阻特性进行研究,分析改型前后阻力系数百分比、升阻比变化情况,并对脊状表面进行压差阻力与摩擦阻力的对比分析。结果表明:当风速与适当的开口尺寸s和开口间距a相匹配时与光滑翼型表面相比具有一定的减阻效果、升力增益变化明显;大尺寸的脊状结构不利于翼型的优化设计,s≤1.5mm时减阻效果明显,最大减阻率可达35%左右。该文所得结果可为工程实际中风力机叶片的减阻设计提供参考依据。     

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。     

DU93-W-210翼型风洞实验研究

本文给出了DU93-W-210翼型在中国空气动力研究与发展中心4m×3rn低速风洞中进行风洞试验的气动力特性数据,实验结果显示翼型具有很好的气动力特性。翼型在攻角大于20°时,仍未表现出明显的失速特性,当Re=3．0X10时,c2～仅曲线还处在明显爬升阶段,C／max=1．454;翼型在自由转捩和固定转捩两种模式下气动力特性曲线基本是一致的,说明翼型具有低的粗糙度敏感性。     

大型风电设备转轮叶片的制造工艺

介绍了风轮机转轮叶片的结构型式、翼型的优化和材料性能,以及大型风轮机叶片的制造工艺,包括外壳成型、添充纤维的制作、真空浸渍和烘烤固化,指出风轮机的设计制造必须经过模拟试验。     

风力机专用翼型发展现状及其关键气动问题分析

介绍了风力机翼型的设计要求和主要方法,提出了预测翼型气动性能的合理途径,探讨了二维翼型气动数据的三维旋转修正问题。     

Gurney襟翼对风力机流动控制的数值研究

在风力机大厚度、低雷诺数专用翼型上加装Gurney襟翼进行数值模拟研究。获得了Gurney襟翼在不同襟翼高度下，襟翼高度对翼型气动特性的影响规律，给出最佳襟翼高度，最后探讨Gurney对风力机性能的控制机理。所得结果可为实际工程风力机的控制提供理论指导和技术支撑。     

涡流发生器形状对风力机翼型气动性能的影响

为研究涡流发生器对风力机翼型DU97-W-300气动性能的影响,采用数值模拟方法对装有三角形、矩形、梯形3种形状和3 mm、5 mm、7 mm 3种高度的涡流发生器的风力机翼型进行了计算,得到了有效提升气动性能的涡流发生器形状和高度。研究表明:涡流发生器能有效控制翼型产生流动分离,增大失速攻角,提高升阻比;采用梯形涡流发生器的升力系数最大,旋涡耗散速度最慢,提高气动性能最好;高度7 mm的梯形涡流发生器有效抑制了流动分离,提高翼型气动性能最佳。     

高速大功率电机高效率低噪声离心风扇的研究与设计

在YKK560-2/10kV/1000kW三相异步电动机离心式外风扇叶片设计中成功地应用了固定翼飞机机翼结构形状、轴流式风扇叶片和汽轮机叶片形状,从而设计出高效率、低噪声的新型离心式外风扇。     

风轮机的风能转换及空气动力学分析

基于流管概念,分析不考虑风轮机叶片旋转等因素时理想情况下风轮机的功率输出及最大风能利用系数.从角动量守恒的角度出发,分析考虑风轮机叶片旋转及由此产生的旋转尾波情况下水平轴风轮机的功率输出.借助于飞机机翼升力概念及叶片元理论,分析水平轴风轮机叶片元的空气动力,指出了风轮机叶片空气动力分析与飞机机翼空气动力分析的差异.     

基于CFD与风洞实验的缩比风力机三维效应修正公式效果分析

以NREL Phase VI及其缩比风力机为研究对象，结合三维CFD数值模拟与二维翼型风洞实验，在低雷诺数下对Snel、Lindenburg、Du & Selig和Chaviaropoulos & Hansen 4种三维效应修正公式的修正效果进行了比较分析，结果显示修正效果各不相同，修正值普遍大于真实值，综合比较表明Du & Selig效果最佳，且Lindenburg、Snel、Chaviaropoulos & Hansen依次变差。修正效果与叶片尺度相关性从小到大的次序：在尖速比λ=5.39时整个叶展区域为Snel、Chaviaropoulos & Hansen、Lindenburg、Du & Selig；在λ=8.00时的整个叶展区域和λ=10.00时的叶中、叶片外侧区域均为Du & Selig、Lindenburg、Snel、Chaviaropoulos & Hansen；λ=10.00时的叶根区域为Lindenburg、Snel、Chaviaropoulos & Hansen、Du & Selig。     

2MW风电机组叶片气动性能计算方法的研究

本文以某2MW风电机组的叶片为实例,总结出一套工程上实用的叶片气动性能分析的方法。使用XFOIL和Fluent软件,对叶片不同截面的翼型计算了小攻角范围内的气动性能,并对两种计算结果进行对比分析;在翼型小攻角气动性能的基础上,利用Viterna-Corrigan修正将翼型的气动性能扩展到±180°全攻角范围。使用这些全攻角翼型气动性能数据,在Bladed软件中建立风电机组的叶片模型,分析计算该叶片的气动性能、整机功率曲线等性能。通过最终计算结果与原设计值对比,表明采用该方法分析风电机组叶片的气动性能是可行的。