风力机叶片二元翼段静气动弹性机理

针对风力机叶片翼型静气动弹性的发散速度、载荷重新分布等问题,在线弹性范围内,基于气动弹性力学理论,推导出适用于风力机叶片二元翼段静气动弹性的基本方程.以攻角为输入量,压力为输出量,翼型的弹性扭角为系统的反馈量,建立了风力机叶片弹性翼型的气动弹性反馈模型.在危险风速工况下,对3种典型翼型的风力机叶片二元翼段进行了计算分析,得到了扭转刚度、刚心与气动中心距离对风力机叶片二元翼段的发散速度、附加扭角和升力分布的影响.研究了不同翼型对风力机叶片二元翼段附加扭角和升力分布的影响,结果表明,当扭转刚度较小时,附加扭角的增加在一定程度上提高了翼型的气动性能;当扭转刚度较大时,附加扭角增加较小,对翼型的气动性能影响较小.     

联合Wilson方法与遗传算法的水平轴风力机叶片优化设计

考虑到风力机叶片设计中的Wilson方法的有效性,以及遗传算法的全局最优性,以Wilson优化方法所得到的扭角线性修正值作为遗传算法优化过程中的输入量,对叶片弦长重新搜索寻优。通过比较Wilson优化方法、遗传算法优化方法和联合优化设计方法,分别得到叶片的气动外形数据和气动性能的计算结果。结果验证了联合优化设计方法的优越性,比单独使用Wilson方法或遗传算法所得到的叶片优化结果更好。     

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。     

变风速下风力机叶片载荷特性研究

根据风力机的气动理论,并考虑风切变和风力机结构、几何参数的影响,建立了风力机叶片的气动载荷计算模型。以基本风速、渐变风速、阵风风速和脉动风速4种风速类型建立了变风速模型,并应用于叶片载荷计算模型,实现变风速下的叶片气动载荷的计算。以某MW级风力机为对象,给出了数值计算流程并进行了实例计算,结果显示：风力机叶片的气动载荷主要分布在叶片的中段和叶尖,且载荷大小随风速起伏变化,叶根的气动载荷随风速变化的趋势不明显,风速较大时,叶片上的载荷波动较为显著。结果可为叶片的结构设计和动力学分析提供参考。     

基于CFD法的小型风机非扭曲叶片气动性能分析

为了研究小型风机非扭曲叶片气动性能,建立了叶片外流域CFD数值模型,在叶片气动外形和来流风速一定的情况下,研究了叶尖速比和安装角对风能利用系数的影响.利用修正的叶素动量理论验证了该数值模型的正确性,计算结果表明:叶尖速比对叶片风能利用系数的影响非常明显,小型风机的最优叶尖速比大约为8～9;安装角通过影响叶片下表面的流线分离点位置,进而影响整个叶片的气动性能;位于叶片长度75％附近的截面微段对叶片气动性能贡献较大.     

在不同冲角和展弦比叶栅中叶片倾斜对二次流的影响

本文研究了在不同冲角和展弦比的条件下,在透平矩形静叶栅中采用倾斜叶片对叶栅气动特性的影响,为透平的一种新型叶片—弯扭联合气动成型叶片的设计提供了实验根据。     

基于竞争博弈决策方法的风力机叶片气动与结构优化设计

建立风力机叶片气动模型、结构模型和有限元模型,以7个标准翼型的弦长、扭角、铺层数、铺层位置、腹板位置、主梁帽宽度等27个参数作为设计变量,综合考虑风力机叶片的气动与结构性能,以风力机叶片年发电量和质量为目标函数,考虑叶片强度、刚度、振动性等约束条件,建立风力机叶片多目标优化设计模型。运用竞争博弈决策方法对实际叶片算例进行求解,将叶片气动目标与结构目标作为两个博弈方,并通过模糊聚类将设计变量集合分割为各博弈方拥有的策略子空间,各博弈方以自身博弈得益函数为目标,在各自的策略子空间中进行优化,通过多轮博弈并根据收敛准则获得最终的博弈方案。结果表明,通过竞争博弈得到的叶片参数更为合理,不但减轻了叶片质量,而且增加了其年发电量,显示了方法的有效性。     

水平轴风力发电机叶片翼型优化设计

由于风力发电机的发电效率直接由叶片的气动性能决定,因此对风力发电机的气动性能进行了分析,通过对分析数据建模,采用Wilson数学模型优化设计叶片弦长和扭角的方法,建立了风力发电机的3D叶片外形,实现水平轴风力发电机的叶片翼型优化设计。     

基于响应面模型的跨音速转子叶片气动优化设计研究

为了提高优化设计效率,节约成本,将试验设计方法、响应面近似模型与遗传算法优化方法结合在一起应用于跨音速转子叶片气动优化设计中.首先采用拉丁超立方试验设计方法生成样本点构建目标函数的响应面模型,然后利用遗传算法对响应面模型进行目标寻优,并对优化解进行流场分析验证.为了验证方法的可行性,以NASA rotor37转子叶片前缘积迭线弯与掠优化设计为例,总压损失系数为目标函数进行单目标优化设计,优化后总压损失系数降低了0.528%,总耗时20h,算例结果表明基于响应面近似模型的优化设计方法可用于叶片气动优化中,提高了优化设计效率.     

一种新型4叶片聚能风力机气动性能研究

基于扩散器计算流体力学模型和叶素动量理论,建立了聚能风力机的气动性能计算模型.通过扩散器装置和增加叶片数得到了一种新型聚能风力机构型.新型风力机在一定来流风速范围内增加了叶片切向力的分布,从而提高了风能利用系数.研究结果表明聚能风力机的启动风速得到了有效降低,最大风能利用系数超过贝兹极限.     

升力型风力机与升阻型风力机气动性能分析

为深入研究升阻型风力机与升力型风力机的气动性能,基于CFD软件,采用k—wSST湍流模型,利用双滑移网格技术对2者的启动风速和切入风速进行流场计算,研究在低风速下2种风力机的气动性能。结果显示：升阻型风力机具有较大的启动力矩、较小的切人风速以及较小的启动风速;升阻型风力机在低风速下比升力型风力机更容易启动,且在失速之前升阻型风力机的输出功率较大,但在失速之后升阻型风力机输出功率低于升力型风力机。     

基于ANSYS的风力机起动过程仿真

采用自行开发的软件对风力机叶片气动外形进行优化设计,得到叶片外型参数.将数据导入Pro/E,对叶片进行叶片三维实体建模.应用ANSYS有限元软件,对风力机起动过程中叶片的应力分布进行研究,得到风力机叶片在不同起动时间下、不同额定转速下的应力随时间的变化关系.研究表明:叶片上应力增加的速度随起动时间、额定转速的增大而增大,但叶片上的应力的最大值不变.     

基于升力线理论的风力机气动性能分析方法

为了提高风力机气动载荷的三维计算能力与计算稳定性,采用螺旋尾涡升力线模型来研究叶片气动性能参数.通过对附着涡分布、控制点的诱导速度以及迭代法求解算法等问题进行研究和分析,计算了风力机的各项气动性能参数,并建立了基于螺旋尾涡升力线模型的水平轴风力机风轮气动性能数值分析算法.在FORTRAN平台中创建了分析程序,计算了风力机的气动载荷并与传统叶素动量理论进行了对比.结果表明,所开发的数值计算模型具有较高的计算能力与计算稳定性.     

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。     

水平轴风力机叶轮流场的数值模拟

利用GAMB IT建模软件对某大型水平轴风力机进行了整机建模,采用计算流体力学软件FLUENT对风力机整机的流场进行了数值模拟,给出了水平轴风力机流场数值模拟的原理和一般性步骤,得到了风力机流场的压力分布、速度分布,以及叶片截面的流动分离情况等结果.对风力机流场的数值模拟和分析可为风力机叶片的设计、改型和研发工作提供一定的指导.     

综合考虑风剪切塔影效应的脉动风速模型

风速是影响风机输出功率的重要因素。运用谐波叠加法在Matlab软件中进行仿真建模和分析,建立脉动风作用下的模型,并使用Von Karman目标功率谱对模拟风速谱进行校核,以保证风速时程曲线的准确性。通过分析风机风轮和塔架等特点,阐述了风速和方位角的关系。综合考虑脉动风、风剪切和塔影效应对轮毂风速、平均风速的影响,通过分析风轮扫掠面上各点的风速动态模型,得到模型时空分布特性。结果表明,该模型既考虑自然风的突变性和不确定性,又考虑了风机自身结构特性引起的风速周期性波动,能够理想的反映实际风速,对于模拟风机运行状况具有直接意义。     

风剪切对风力机设计的无关性分析

根据指数律的风速分布函数,对风轮扫掠面积上的实际风功率与以风轮中心风速为设计风速产生的风功率的差值做精确计算,得到了风功率的增量。在四类廓线指数、七种塔架高度情况下,利用数值积分方式计算得到的结果表明,采用风轮中心风速做为单一的设计风速是切实可行的,风剪切对于风力机的气动设计基本无关。