水平轴风力机的气动数值模拟

对某型号的国家大型水平轴风力机进行了空气动力学模拟仿真研究,给出了该型号风力机的流场模拟仿真的原理和一般性步骤.以低速自由来流为条件,得到了该型号风力机的整体气动性能模拟结果.在数值模拟基础上,对整机压力、速度分布以及尾涡的形成进行了具体分析讨论.     

水平轴风力机桨叶计算模态分析

用有限元分析的方法对水平轴风力机的浆叶进行了计算模态分析和研究,通过对300W浆叶的模态计算分析结果与实验模态结果加以对比和验证,得到了在低阶条件下合理的浆叶模态计算模型,探讨了以有限元为基础的计算模态分析在选择不同的计算模型时对计算结果的影响,最后对600kw浆叶进行了模态计算,其结果与采用“Bladed for Windows”软件的计算结果作了比较,得到了满意的一致结果。     

水平轴风力机风轮气动性能数值模拟

以某上风向定桨水平轴风力机风轮为研究对象进行数值模拟,采用不可压N—S方程和κ -ω SSTN方程湍流模型,数值模拟了不同风速下风力机风轮的流动特性。结果表明：随着风速的增大,靠近叶片中部截面最先发生失速。在此基础上,分析了叶片整体的压力与速度分布。     

水平轴风力机近尾迹流场数值模拟

在水平轴风力机模型不同尖速比条件下,对风轮的近尾迹流场进行了数值模拟,获得了风轮近尾迹流场的速度分布特点、尾迹的流动发展规律等有关定量信息,为准确计算风力机的流场、载荷和气动特性等提供了参考依据。     

水平轴风力机桨叶的实验模态分析

桨叶的模态分析是风力机整机稳定性及其可靠性分析的重要基础。该文应用DAS动态信号分析与故障诊断系统,对水平轴风力机的桨叶进行了实验模态研究。通过测量分析桨叶的振动信号,得到桨叶的模态,为理论分析计算风力机桨叶与整机模态的算法选择和修正提供了依据。同时对在模态实验中的参数识别和精度提高等问题进行了探讨。     

水平轴风力机叶片翼型流场的数值模拟

为了直观形象地探讨水平轴风力机叶片翼型的气动特性,利用计算流体力学软件FLUENT对水平轴风力机叶片常用翼型NACA63425流场进行了数值模拟,得出了翼型NA-CA63425在不同来流攻角下的升力系数、阻力系数、升阻比和不同流攻角下的流场流线图和翼型表面的压力分布。根据模拟结果对不同攻角下尾迹漩涡分离流动进行了分析和比较,得出该翼型气动特性随攻角的变化规律。     

水平轴风力机叶片翼型结冰的数值模拟

通过计算流体力学(CFD)的方法对水平轴风力机桨叶翼型的霜状积冰进行了数值模拟。模拟采用四阶龙格-库塔法求解水滴运动轨迹,假定水滴在与叶片相碰撞的点处完全凝结,并且冰沿着翼型表面法向方向增长,通过模拟得到了某风力机厂家提供翼型在不同时间段叶片表面结冰后形成的冰形,同时利用FLUENT软件模拟了风力机叶片翼型周围流场的变化,并与结冰前该翼型的气动性能进行了对比。研究结果表明与干净翼型相比,在模拟气象条件下的结冰翼型的最大升力系数大约减少了27%,阻力系数增加了约38%,失速攻角降低了4°。根据模拟可以认为,结冰后翼型提前进入失速区是造成桨叶气动性能恶化的主要原因。     

水平轴风力机三维旋转效应数值模拟研究

采用带转捩的k-ω SST湍流模型,求解RANS方程获得对风工况下风力机叶片周围的流场,使用inverse BEM方法后处理获取局部动压和局部迎角,并对叶片三维旋转流动进行详细分析。数值模拟结果在低速轴扭矩、剖面载荷系数、压力分布等方面都与实验值吻合得较好。为提供较深入的关于三维旋转效应物理机理的理解,与相似入流条件下二维流动进行比较,详细讨论三维旋转效应对剖面载荷和流场结构的影响极其成因,研究表明三维旋转效应在叶根分离区影响显著,对剖面延迟分离有明显作用。     

水平轴风力机多机组阵列的数值模拟

利用FLUENT软件对4台额定功率为1.2 MW的水平轴风力机分别在顺列和错列布置方式下及不同入流角情况下进行数值模拟,结合叶轮尾流理论分析转动叶片与塔架之间以及上游两机组间的尾流相互干扰对下游风力机输出功率的影响。结果表明:多机组风力机错列布置时上游风力机尾流对下游风力机功率的输出影响更小。在错列布置中,入流角为15°时上游风力机尾流对下游风力机的影响最小,同时下游风力机的输出功率较大,与其额定功率相比相对误差较小。合理的偏航角有利于下游风力机输出功率的提高,即提高整个风场效率。     

水平轴风力机分裂翼型气动特性数值模拟

为提高水平轴风力机的风能利用率,以NREL S809为原始翼型研究了分裂翼型缝道相对位置和缝道相对宽度对翼型流场结构、翼型气动性能、升力和阻力特性的影响。结果表明:分裂翼型缝道会对翼型周围涡的发展与变化产生影响,不仅能明显改善翼型的失速特性,还提高了翼型的气动性能;缝道相对位置为40/90、缝道相对宽度为1.0%时分裂翼型的升力系数达到最大,与原始翼型相比,其升力系数提高约10.797%,分裂作用对于提高翼型气动性能的效果较佳。     

水平轴风力机桨叶二维增升实验研究

探讨了风力机通过在叶片上加襟翼来提高桨叶气动效率、增加功率可行性的实验研究。翼型选用在风力机中应用最多的NACA63     

基于FLUENT的风力机叶片翼型NREL S809覆冰的数值模拟

对经典风力机叶片翼型NREL S809的覆冰过程和翼型覆冰前后的气动性能进行了研究。利用FLUENT软件自带的离散相模型DPM及用户自定义函数UDF,求解出翼型表面的水滴运动轨迹方程、水滴的撞击极限和局部收集系数;选用经典的Messinger积冰传热模型计算积冰厚度,得到积冰形状;并分析在不同的攻角下,洁净翼型与覆冰翼型的气动性能。研究指出,覆冰导致翼型的气动性能发生畸变,升力系数下降,阻力系数上升,升阻比减小,升阻比最大降幅达到85.97%;覆冰后的翼型会提前进入失速区,破坏了翼型原有的流线,会造成翼型空气动力特性恶化。     

偏航工况下水平轴风力机叶片气动变形数值模拟研究

以非定常叶素动量方法和水平轴风力机结构动力学为基础,建立风力机气弹计算的仿真程序,将偏航模型耦合进气弹程序中,针对某5 MW水平轴风力机进行仿真计算,分析比较了该风力机在不同偏航角工况下叶片变形沿径向和周向的分布情况,总结了不同偏航工况对风力机叶片变形的影响规律。研究结果对风力机叶片设计和疲劳寿命的预测有一定的指导意义。     

水平轴风力机尾流特性的数值研究

对600kW单风轮和7倍风轮直径(7D)间距的两风轮水平轴风力机在不同来流风速条件进行三维流场数值模拟.结果显示:风力机下游流场存在三维速度流动,轴向速度在尾迹区存在明显亏损,且随尾迹向下游的发展,轴向速度亏损逐渐减少.不同来流风速条件下风轮尾迹流的发展有一定区别,在来流风速较低的条件下尾流风速恢复较快.风场在布置风力机时应考虑当地的风速条件,若多数情况在额定风速或超过额定风速工况下运行,则前后风轮间距应大于7倍风轮直径;否则可考虑缩短前后风轮间距.     

覆冰导线舞动的非线性数值模拟

基于覆冰导线所受空气动力的特殊性和导线大幅运动的几何非线性,采用具有3个平动自由度和1个扭转自由度的二节点单元获得覆冰导线非线性动力学有限元方程,并采用对加速度中心差分、对速度向后差分的时间积分法求解有限元方程,编制了相应的计算程序,并以算例验证该方法的正确性.     

架空导线覆冰及脱冰的数值模拟研究

分析了架空导线覆冰及脱冰的数值模拟方法,构建了大档距架空导线的有限元模型,数值仿真计算了1 000 m大档距单挡导线脱冰的动力响应,对架空导线覆冰及脱冰数值模拟仿真研究有一定参考价值.     

单导线覆冰舞动的非线性数值模拟

提出了一种单导线覆冰舞动的教值模拟方法,基于更新拉格朗日列式推导了可考虑轴向扭转和大变形效应的两节点索单元,建立了连续多档导线舞动的有限元模型,采用四阶荣格—库塔法对覆冰导线的舞动进行了数值求解,并研究了初始张力对舞动的影响.算例结果表明,该方法可行、有效,且具有较高的计算效率.     

圆筒桨叶风力机

据1983年8月《大众科学(popular science)》报导,洛杉矶北部某山峰上安装有一台罕见的风力机。风机有三个圆筒形桨叶,风轮旋转时,圆筒桨叶绕圆筒轴自转。附照即这台风力机。该风力机组高约55英尺。三个圆筒桨叶每只长24英尺,直径45专英寸。在17.8米/秒,额定风速下,风机风轮转速为40转/分,桨叶圆筒以1000转/分转速自转。这时输出功率约225马力。风力机由电动机带动圆筒桨叶     

偏航工况下水平轴风力机气动性能数值分析

基于计算流体力学方法(CFD),通过求解URANS方程与SST湍流模型,对Tj?reborg 2 MW风力机风轮在偏航角0°、10°、30°工况下的气动特性进行计算,结果表明数值计算的功率与实验值吻合较好。分析不同偏航角下风轮的功率、推力、叶片各截面切向力、法向力载荷和压力分布的变化规律。偏航工况下一个旋转周期内风轮功率、推力呈现3P波动性质,叶片气动载荷沿旋转方向呈现正弦交变性质,最大载荷发生在方位角90°附近区域。