风力机叶尖有无小翼三维流场的数值研究

采用多参考系模型方法对有无小翼水平轴风力机的三维流场进行数值研究.通过速度分析、压力分析及叶尖涡分析,得到:小翼消弱了叶尖涡的强度,推迟了叶尖涡产生的时间,使叶尖流动损失降低;有小翼叶片的下表面平均压力值比无小翼压力值(108Pa)增大了3.5％,且范围变宽;有小翼叶片的上表面平均压力值比无小翼压力值(- 173Pa)降低了2.1％,因此有小翼叶片上下表面平均压力差比无小翼平均压力差(281Pa)增大了2.6％,扭矩增大,风力机输出功率增加.     

风力机叶尖加小翼动力放大特性的数值模拟研究

利用FLUENT商用计算流体软件对风力机叶尖加小翼后的性能进行了数值模拟,计算中基于N-S方程采用三维稳态隐式解法;湍流模型选择k-ωSST模型;离散方法为二阶迎风格式;压力-速度耦合采用SIMPLE算法。探索了小翼的不同参数尺寸对风力机性能,特别是对动力放大特性的影响;将模拟计算与实验结果进行了比较,得出小翼形状和参数对风力机动力放大的变化规律,表明本计算模拟方法对叶尖加小翼风力机动力放大特性研究是正确可行的。     

风力机加V型小翼后的性能变化

试验和数值模拟证明,在风力机叶片的叶尖添加小翼,可以提高风能转化效率。为了清楚地了解小翼对风力机动力放大的影响,文章基于叶轮周围流场的数值模拟结果,分析了加V型小翼和不加小翼的风力机流场-速度场和压力场特性。可以看出,小翼对风力机叶片叶端的影响较大,风力机叶尖的漩涡强度降低,能量转换效率提高。     

风力机叶尖区涡声分析及小翼对其的影响研究

文章对有无V型叶尖小翼的风力机尾迹流场进行了研究,重点对叶尖涡的产生与脱落、叶尖区域声辐射进行了分析。结果表明:风轮尾迹区分为主流区、中心尾迹区及叶尖涡诱导效应区;叶尖涡向下游有序流动,随着轴向距离的增加,叶尖涡向外扩展;声压脉动时均值的最大区域集中在风轮叶尖部位,叶尖区域噪声最大;加装V型小翼可以重整通过叶尖流场的气流,使叶尖涡的产生推迟、脱落提前,总声压级降低;数值模拟无小翼时,所选观测点频谱图中声压级总体处于50~70 dB,加装V型小翼后,频谱图中声压级处于45~65 dB,降低效果较明显。实验得到该点V型小翼风轮总声压级为82 dB,比无小翼风轮减少4 dB;风轮辐射声总声压级随着测点向风轮下游移动逐渐衰减,加装V型小翼后总声压级降低,降幅在1~5 dB。     

不同叶尖小翼风力机在不同地区输出功率的分析与比较

通过在风力机的叶尖上添加V型平板小翼,可以提高风力机的输出功率。根据风洞实验,得到不同小翼风力机的功率特性曲线,利用WAsP软件对内蒙古6个地区10a的风能资源进行评估,模拟计算不同叶尖小翼风力机发电量,分析比较出不同小翼风力机在实际风场中的发电量的增大效果。结果表明:与无小翼风力机对比,单位面积发电量、发电量平均增加率最大的小翼为V6.8×3.2,其中该小翼在6个风场中发电量最大增加量为8%,发电量最小增加量为3%,同时该小翼也是功率放大最优小翼。     

叶尖小翼安装位置对轴流风机性能的影响

采用数值模拟方法建立了在压力面和吸力面分别安装宽度为2倍叶片厚度叶尖小翼的轴流风机模型,分析了叶尖小翼安装位置对轴流风机性能的影响.结果表明:压力面和吸力面安装叶尖小翼均能减小叶顶泄漏流;压力面安装叶尖小翼使叶顶泄漏涡增大,造成的气动损失增加,导致轴流风机全压和效率下降;吸力面安装叶尖小翼能有效减小叶顶泄漏涡,同时延缓其脱落,使其向远离吸力面偏移,减少造成的气动损失,使得轴流风机全压和效率提高,该轴流风机设计体积流量点全压效率提高了0.6%.     

基于加装叶尖小翼风电机组发电量提升试验研究

针对老旧风电场由于风电机组风轮和风资源未能很好匹配等原因导致的发电量不理想问题,提出一种基于加装叶尖小翼风电机组发电量提升方法,该方法在增加叶片扫掠面积的同时有效改善叶片的气动性能。通过加装叶尖小翼增加叶尖部分切向力,增加主轴扭矩从而提高风轮吸收功率,达到提升发电量的目的。基于风电场实际试验数据对提功增效效果进行分析,结果表明所提方法在满足安全性的前提下可有效提高机组输出功率,提升发电量。同时该方法成本低,展现了良好的性价比。     

叶尖小翼的离心力和气动力对风轮动频特性的影响研究

通过对风力机叶尖处安装不同尺寸不同质量小翼的风轮和安装具有与小翼质量相同但不同纯质量块的风轮分别进行风轮的动频特性实验,结果表明:小翼的气动特性不仅仅调整了风轮动频曲线的走势,而且小翼设计的好可以使得风轮推迟或避开共振区;当风轮转速较高时,安装合适的小翼后,风轮一阶反对称的动态固有频率均能提高,而且气动特性的影响要大于质量的影响;当风轮转速较低时,安装小翼后的风轮,一阶反对称的动态固有频率不会提高还有可能下降,叶尖质量增加表现为使动态固有频率下降,气动力表现为使动态固有频率提高,而且小翼的质鼍成分的影响要大于或等于小翼的气动特性的影响;安装小翼后的风轮,在低转速时,会使动频下降,而且它对高阶振型的影响比对低阶振型的影响大.     

偏侧风对风力机气动性能的影响

针对偏侧风对风力机气动性能影响的研究问题,用相对运动法作偏侧风的矢量分解,获得各风速分量的时间空间变化性质;在气动性能的计算模型中分离出偏侧风扰动项,分析了偏侧风对气动力的影响机理;用差值比较法在实例计算中得到偏侧风的气动推力和力矩,得出偏侧风对风力机具有周期性局部冲击的结论,为综合研究风力机风速风向变化下的气动特性及风电传动系统动力学行为提供了支持。     

水平轴风力机近尾迹流场结构的实验研究

在风洞开口实验段,应用PIV锁相周期采样技术测试风力机近尾迹速度场,通过分析速度场和涡量场,得到近尾迹流场结构特征。近尾迹中存在具有形态特征强烈的叶尖涡结构向下游不断传播。由风轮旋转轴向外,近尾迹的结构组成依次为中央尾迹区、叶尖涡诱导效应区和外部主流区。在叶尖涡诱导效应区内,涡流诱导效应使流场中存在明显的速度增益区和速度亏损区,且增益区和亏损区关于叶尖涡核中心对称。在研究区域内,叶尖涡向下游运动的轴向位移与尖速比成反比,径向位移与尖速比成正比,使叶尖涡诱导效应区影响范围随尖速比的增加径向扩展、轴向缩小。     

直线翼垂直轴风力机起动性的实验研究

为探明直线翼垂直轴风力机的叶片个数对其起动性的影响,设计制作了可更换叶片个数(1～5枚)的风力机模型,通过风洞实验获得了起动力矩与转角的关系曲线,并与用单叶片力矩模拟的结果进行了对比。接着又制作了1台3叶片小型风力机模型,进行了烟线法可视化实验,获得了不同转角下的风力机周围流场迹线图。两项实验结果表明:增加叶片个数可使风力机平均起动性提高,但叶片间相互影响也增加,不同角度下各叶片周围流场受影响程度不同,对叶片受力和风力机起动力矩的影响程度和趋势也不同。     

风力机风场模型的研究及紊流风场的MATLAB数值模拟

讨论了风剪、塔影和尾流对风场平均速度的影响,介绍了随机理论中离散随机序列与其功率谱、傅立叶谱的关系,研究了紊流风场模型中常用的几种典型的速度功率谱密度模型如Harris速度谱、Kaimal速度谱、Von Karman速度谱等模型。根据随机理论,确定利用速度谱求风速的紊流部分的算法,并用MATLAB编程实现了风力机紊流风场的数值模拟。     

水平轴风力机风轮子午面流场结构的实验研究

利用线式互相关PIV系统,采用轴编码器定位周期采样技术,在不同尖速比下对旋转水平轴风力机风轮不同子午面下游流场结构进行测量.分析得到不同条件下的瞬时图、时均图,重点对叶尖涡诱导效应区进行研究.实验结果表明:在风轮下游尾迹中可清晰看到叶轮近尾迹流场中的外部主流区、叶尖涡诱导效应区和中心尾迹区.其中风轮下游尾迹流管廓线是锥形螺旋体;叶尖涡核直径随轴向距离的增加而增大,随着测试方位角的增加,尾迹中各叶片产生的叶尖涡沿螺旋锥形廓线有序地向下游扩散流动;随着尖速比的增加,内部中心尾迹区轴向速度亏损值逐渐增加,并且中心尾迹区的范围逐渐扩大.     

立轴风轮气动性能曲线的拟合方法

导出理想的立轴风轮气动性能数学表达式，并以此为依据提出实际的立轴风轮气动性能测试数据用尖速比的三次多项式来拟合。通过实例验证，表明该拟合公式是可靠的。     

风力机翼型气动性能预估和分析

采用粘性-无粘迭代程序XFOIL和CFD方法不同湍流模型预估了某改型风力机专用翼型的气动性能,通过和风洞实验结果的比较分析了不同计算方法线性区的预测精度和大攻角失速下的适用性,并研究了前缘粗糙度对翼型性能的影响.结果表明:在线性攻角下定常雷诺平均方程加合适湍流模型可精确预估翼型升力,SA模型升力结果略好于SST模型,XFOIL预估结果基本可信更适合初步设计时定性分析;大攻角失速下必须考虑流动分离的非定常特性,大涡模拟可以更好地反映流场发展过程;前缘粗糙度一定程度上降低了翼型气动性能,这种影响随翼型厚度的增加而加剧,改型翼型对前缘粗糙度敏感性不大,满足使用要求.     

浓缩风能型风力发电机迎风自动控制系统

风力发电机的迎风控制对于保证其正常发电十分重要。根据浓缩风能型风力发电机的形体结构 ,设计了由风向标、PLC可编程控制器、小型直流继电器、直流减速电动机、蜗轮蜗杆减速机等组成的闭环控制系统。实验结果表明整个系统可在风向变化超过± 15°时自动迎风 ,达到了设计要求。在程序设计中考虑了电缆缠结及解缆 ,可以使风电场管理人员在较长的时期内不必检查电缆缠结情况 ,简化了风力发电机的维护过程。为浓缩风能型风力发电机组向中、大型并网发电机组发展奠定了基础