应用BEM理论与嵌套网格技术的风力机性能预测对比研究

分别采用BEM理论和基于嵌套网格技术的CFD方法,以两叶片NREL Phase VI风力机为研究对象,对不同风速下的风力机性能预测进行研究。将两种方法得到的预测结果与实验结果进行对比。结果显示,BEM方法在全风速范围内与实验值吻合良好,嵌套网格技术方法在低风速区能准确地对风力机性能进行预测,并能显示出叶片绕流流场的流动细节,但在高风速区对风力机的性能预测有较大偏差。     

风力机叶片预弯技术的数值模拟

对MATLAB编程得到的1.2MW风力机组叶片采用预弯处理,分别建立未预弯,预弯0.3、0.6及0.9m4种预弯尺寸的叶片并对其采用SST k-ω湍流模型进行数值研究.对模拟结果进行比较分析,得到了预弯尺寸对风力机性能的影响及合理的预弯尺寸.结果表明:未预弯时风力机的输出功率大于设计功率,相对误差为2.48％;预弯0.9m时输出功率小于设计功率,相对误差为3.9％;预弯0.6m时输出功率相对设计功率的误差为0.0006％,风力机的输出功率表现出随叶片预弯尺寸增大而减小的特性,并呈非线性特征.     

采用动网格与滑移网格技术的垂直轴风力机启动性能计算

针对垂直轴风力机的启动问题,采用动网格和滑移网格技术进行数值模拟和比较分析,并与公开发表文献的风洞实验数据进行了对比验证。文章通过对风力机启动的非定常过程进行研究,获得了风力机启动性能,并分析了计算所得的速度场。通过分析和综合对比显示,被动型动网格更适于风力机的启动性能模拟,得到的速度场与文献研究结果更接近。该模拟方法更符合流场的实际状态,为垂直轴风力机启动性能数值模拟提供了新思路。     

有弯度翼型垂直轴风力机的数值模拟研究

应用计算流体动力学有限体积法SIMPLE算法,配合SST k-ω湍流模型和滑动网格技术模拟分析了有弯度翼型4叶片垂直轴风力机的气动特性,以其作为有弯度翼型垂直轴风力机设计的参考依据。研究结果发现,在入口流速为10 m/s,尖速比为1.6时,该种风力机单个叶片的瞬时力矩系数为-0.03～0.18,并且在一个转动周期内正的瞬时力矩系数历时较长;整个风轮的的力矩系数在尖速比为1.6左右时达到最大值,功率系数在尖速比为1.7左右时达到最大值。     

风力机叶片损伤演化模拟

根据风力机叶片的实际铺层和使用状况,以刚度退化模型为基础,发展了一个适合于风力机叶片的损伤演化模型,模型的基本思路是以单层板的刚度退化规律为基础,结合强度退化来预测整个叶片的损伤演化过程。考虑材料的各向异性性质,对叶片材料各组分的性能退化进行了分析,用3个标量来累积不同方向的损伤,给出了损伤累积规律。通过材料试验拟合出了损伤累积公式中的相关系数,最后模拟了某叶片真实疲劳试验过程,并将模拟结果与试验结果进行了比较,证实了模型的可用性。     

基于叶片变形偏航下风力机叶片绕流流场的研究

针对偏航工况下风力机叶片与流场之间的相互作用而产生的变形影响叶片绕流流场问题,基于叶片变形对不同偏航工况下水平轴风力机叶片绕流流场进行双向流固耦合数值计算,分析偏航工况对风力机叶片变形和表面应力的影响,在此基础上研究不同偏航工况对叶片绕流流场的影响.结果表明,不同叶片上的变形和应力呈现不均匀性,且随偏航角增大,不均匀性...     

基于流固耦合的风力机叶片模拟分析

文章选取风轮直径为2 m的水平轴风力机为研究对象,采用数值模拟计算的方法研究叶片在不同工况下的位移及应力/应变。研究结果表明:气动载荷使叶片产生挥舞方向的变形,且在展向上有较大幅度的位移;随着风轮转速的增加,叶片的位移有明显的增加,沿弦向前缘压力大于后缘的压力,沿展向叶根处变形要小于叶尖。     

襟翼对垂直轴风力机性能影响的数值模拟

采用能够模拟风力机转子与定子间相互作用的滑移网格技术对NACA0015三叶片直翼式垂直轴风力机进行了二维非定常数值模拟,在此基础上对翼型上、下表面分别加装高度为2％翼型弦长的不同形式襟翼,对4种襟翼改型进行了转矩系数和功率系数的研究并与原型进行了对比．结果表明：NACA0015三叶片直翼式垂直轴风力机在尖速比为3．5时达到最大输出功率;内侧格尼襟翼比原型的输出功率最大可提高约4％;流线型襟翼对降低风力机的运行阻力起到一定作用;当尖速比提高到4以后,由于风力机的运行阻力大幅度增加,叶片加装襟翼反而会降低垂直风力机的功率．     

基于BEM与CFD数值模拟的风力机叶片气动性能分析

为阐明转子叶尖损失效应以及动态失速效应对风力机气动性能预测的影响,文章采用计算流体力学(CFD)以及叶素动量理论(BEM)两种方法分析预测了不同风场条件下的叶片气动性能,研究了三维旋转效应下叶片表面的非定常气动特性。结果表明:在离心力和科氏力作用下,叶片吸力面发生流动分离,随着风速的增加,失速区域逐渐增大;叶片翼型截面前缘吸力侧受风速影响较大;在非定常来流条件下,叶尖部位尤其是前缘对来流敏感程度较高。通过不同叶尖损失校正模型对叶片载荷的预测结果对比可以看出,针对BEM进行的叶根叶尖修正计算结果更接近于CFD模拟结果,但是,在叶根和叶尖部位仍存在一定偏差。     

风力机叶片三维流动特性与气动性能的数值分析

采用基于雷诺平均的三维可压N-S方程,对美国国家可再生能源实验室开发的PhaseⅥ实验风力机叶片在7m/s来流下的绕流流场进行全三维数值模拟.通过对数值模拟得到的叶片表面压力分布与实验测量值的比较,验证了数值模拟的有效性,并在此基础上分析了叶片各截面的失速情况、叶片的三维绕流特性以及叶展方向上的升阻力系数与功率分布.数值模拟数据显示,相比简单的对二维数值模拟结果进行堆叠,全三维的数值模拟能够更准确的反映叶片绕流的气动特性.     

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.     

旋转对风力涡轮叶片三维边界层影响的数值计算

由于旋转的影响,基于经典二维叶素理论设计的水平轴风力涡轮叶片,在高风速工况下不能可靠运行,即存在失速延迟现象,采用不可压缩三维边界层积分方程揭示产生这种失速延迟现象的机理,分析旋转对风力涡轮边界层的影响,通过积分边界层方程的求解（包括层流,转捩及紊流）,得到一些关键的影响参数（如失速点位置,动量厚度等）。并在相同的运行条件下,比较二维工况与三维旋转工况下各关键参数的差别,得到由于旋转的影响,边界层     

基于惯性网络的兆瓦级风电叶片形变测量算法研究

针对目前风电叶片形变过程中挠曲度测量误差较大的问题,提出一种基于惯性网络的相对运动监测算法。首先根据应力分析对叶片建立主从式惯性网络,然后推导出主子节点间的相对运动解算方法并建立相对导航误差模型,设计相对导航误差估计滤波器,通过误差反馈保证子节点的位姿解算精度;其次构建联邦式的相对惯性导航误差估计滤波器进行主子节点的数据融合,提高风电叶片的形变估计精度及系统整体的容错性;最后对某型风电叶片进行静力加载试验,试验结果表明：该算法可准确测量出叶片上各节点在三维空间的位移曲线,3个子节点在挥舞方向的平均相对误差仅为0.92%、1.18%、1.07%。该算法可实时监测风电叶片的位姿状态,在叶片检测及风力机日常运行的安全监测上具有较好的理论研究意义与工程应用价值。     

基于压力表示法的水平轴风力机风轮气动弹性稳定性模型及应用

该文对影响水平轴风力机气动弹性稳定性的物理机理进行了分析，对国内外的研究方法进行了阐述。建立了基于压力表示法的水平轴风力机风轮气动弹性稳定性敏感性分析方法的物理与数学模型，综合考虑了风力机风轮的气动与结构参数对气动弹性稳定的影响。以600kw水平轴风力机风轮为例，对其气动弹性稳定性进行了分析与研究，获得了该风力机的气动弹性稳定性裕度和工作范围。考虑到风力机三维流动、风轮与塔架的藕合以及来流湍流和阵风等来流工况的复杂性，该分析模型目前还没有将上述因素考虑在内。若均考虑在内，则其能够提供较高的气动弹性稳定性预测精度。     

基于PSCAD/EMTDC的直驱式风力发电接入系统建模与仿真

针对频率可变的多极直驱式同步风力发电机接入系统,该文在考虑风力机大转动惯量的情况下,采用电网电压矢量定向和双闭环控制技术,实现了基于背靠背VSC换流器的有功无功独立控制。研究了不依赖于风速测量的直驱式机组最大功率追踪策略,桨距角控制器设计以及变风速下风电机组对电网的无功支持问题。最后通过PSCAD/EMTDC搭建了该接入系统模型,阶跃和随机风速下的仿真结果验证了该模型的合理性及控制策略的有效性。     

基于直流电机的风力机模拟技术研究

分析了风力机的运行原理,建立了风力机模型,制定了简单有效的转速、转矩控制模拟方案,搭建了基于DSP的直流电机风力机模拟平台,应用LabWindows/CVI开发了上位机界面。该风力机模拟系统应用于并网型变速恒频交流励磁双馈风力发电系统,实现了模拟风力机在不同风速、转速下的运行状态,满足了双馈发电机在同步、超同步、亚同步状态下运行以及进行风电系统最大风能追踪等方面研发的需要,可方便用于实验室条件下风电技术的研究。     

风力机叶片涂层风沙冲蚀磨损特性的风洞试验研究

传统的挟沙冲蚀试验台与风沙风洞难以构建均匀风沙流场,难以准确反映风力机叶片的风沙磨损特性。因此,在改造的风沙风洞中,通过对风力机叶片平板试样开展涂层冲蚀磨损试验,探究不同冲击速度、冲击角度及有效截面质量流率对风力机叶片涂层材料冲蚀特性的影响规律。试验结果表明：有效颗粒质量流率一定时,在相同冲击速度与冲击时间内,磨损量在冲击角度约为30°时达到最大。小于30°时,磨损量随冲击角度的增大而快速增加,大于30°时磨损量随冲击角度的增大而逐渐降低;磨损量随冲击速度的增大而增大;磨损量随有效颗粒质量流率的增大而呈线性增大趋势;切削磨损量与总磨损量有相同趋势,冲击磨损量随着冲击角度的增大而逐渐增大。     

基于TMD的风力机塔筒振动控制研究

针对风力机塔筒在风振效应下振动过大的问题,该文基于调谐质量阻尼器(TMD)开展对风力机塔筒的减振控制研究.以某大型2 MW风力机塔筒为研究对象,基于ANSYS建立柔性的风力机塔筒有限元模型,并基于Kaimal谱和模态脉动曳力功率谱模拟得到脉动风速时程和风载时程曲线.为取得较好的TMD减振控制效果,根据Den Harto...