基于动量叶素理论改进的叶片气动特性计算方法

为实现快速计算叶片给定运行攻角所需要的桨距角,提出了一种基于动量叶素理论改进的叶片气动特性计算方法,该方法的优势为在迭代计算轴向诱导因子与切向诱导因子过程中减少了查询翼型气动特性的次数。改进的动量叶素理论计算方法比经典动量叶素理论计算方法,能够快速计算实现叶片运行攻角所需要的桨距角。利用该方法对叶片气动特性进行的计算结果与GH Bladed软件的计算结果十分接近,且提高了计算速度。     

潮流能水轮机叶片在多安装角下的水动力研究

为精确控制潮流能水轮机的输出功率与载荷,得到叶片安装角控制规律,基于动量叶素理论、粘性CFD数值模拟以及模型试验的方法,对1 k W水轮机模型在不同安装角度下的水动力性能进行研究,计算水平轴潮流能水轮机叶片在不同安装角下的水动力性能与载荷。数值模拟与理论计算的结果表明:叶片安装角度的改变对水轮机的输出功率与载荷均有较明显影响,并呈现一定规律;通过模型实验验证了数值模拟方法的可靠性。     

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。     

截面参考系对采用梁模型风力机叶片的动态性能影响分析

采用变分渐近梁截面分析方法(VABS)精确计算复合材料叶片的截面特性,并耦合一维Euler-Bernoulli梁模型,分析基于不同截面参考坐标系对计算叶片动力学特性精度的影响。其结果与ANSYS计算结果进行对比分析,结果表明精确的截面特性与梁模型结合可实现与三维壳单元相似的计算精度,同时也发现若考虑叶片的弯曲与扭转方向耦合,截面参考系应选在剪切中心。在此基础上,采用非定常叶素动量理论求解叶片气动载荷,分析不同参考系对叶尖位移响应和叶根载荷的影响。     

浮式风力机模型试验叶片气动力性能计算与优化

以美国可再生能源试验室公开的5 MW风力机(NREL-5MW)为原型,试验模型几何缩尺比为1∶50,使用动量叶素理论(BEM理论)计算叶片风轮推力。为改善模型试验叶片的尺度效应,变化模型叶切面的翼型和分布,对风轮推力进行计算和分析。以此为基础,选取叶切面的弦长和转角作为优化变量,以风轮推力为优化目标,建立优化数学模型,使用模矢搜索法和罚函数法求解,得到能较准确模拟风轮推力的试验用叶片。     

风力透平塔架干涉非定常数值研究

为研究风力透平中塔架对于整体气动参数的影响,根据动量叶素理论(BEM)将风力透平的整机简化为叶片切片段和塔架切片段的圆环状模型,使用CFD软件Fluent进行三维流场的数值模拟计算,进行定量的分析,并与已获得的风洞试验数据进行比较.经过定常的流动计算,表明该模型计算得到的结果与实验结果吻合较好,验证了计算模型的准确性与可行性.采用滑移网格技术进行非定常计算,结果表明,叶片段扫过塔架时叶片段截面上的法向力系数CN、切向力系数CT,及俯仰力矩系数CM进入干涉区后先是降低,并且在180°方位角稍靠后的位置达到最小值,随后逐渐上升直至离开干涉区.     

水平轴风力机稳定偏航气动性能计算

采用涡流柱理论替代动量叶素理论(Blade Element Momentum,BEM)中的动量理论建立了风力机处于稳定偏航时的气动性能计算模型,考虑了叶根旋涡和偏航引起的流动膨胀对诱导速度的贡献.计算结果与文献实验数据的比较表明:轴流来流状态时能较好的预测平均诱导速度因子,攻角的误差是由普朗特(Prandtl)叶尖/轮毂损失模型的不足引起;偏航工况时,在叶片中部攻角预测较为准确,但将叶根旋涡简化为半无限长涡丝以及忽略桨盘上环量沿展向和周向的变化会使得叶根和叶尖处的攻角计算误差较大.     

用多流管模型预测达里厄型垂直轴风力机性能

介绍了基于动量叶素理论的多流管模型对达里厄型垂直轴风力机进行气动性能预测的理论计算方法,并进行了算例计算.计算结果与单流管模型的计算结果以及试验结果的对比分析表明了多流管模型在性能预测方面的优越性,其结果更加可信.同时,分析了叶轮实度、雷诺数以及风剪切效应对风力机性能的影响,并对该计算模型的适用范围进行了讨论分析.     

水平轴风力机叶片弯弯耦合气弹响应分析

为分析风力机叶片的振动行为,采用Hermite梁单元对叶片进行离散。将叶片的振动行为嵌入到气动力的计算中,建立气动弹性耦合的分析模型。将叶片的气动阻尼系数运用到虚功原理推导其气动阻尼矩阵,再与结构阻尼矩阵叠加生成总阻尼矩阵。根据叶片的几何和结构特征,深入分析叶片弯弯耦合产生的原因。得到弹性耦合项和阻尼耦合项,然后建立弯弯耦合动力学方程,采用常加速度假设法求解方程。以NREL 5 MW风力机为例,对其在额定风况下的剪切流进行仿真。结果表明,考虑弯弯耦合计算的叶片振动位移和速率比不考虑弯弯耦合时更大;叶片振动速率相比诱导速度(叶素动量理论)不能被忽略。     

基于复合材料薄壁结构的转子叶片非线性气弹时域响应分析

阐述了基于复合材料薄壁梁结构的风力机转子叶片非线性气弹响应分析方法。结构是基于不同刚度系数的挥舞和扭转组成的弯-扭耦合模型,而非线性气动力的计算采用非线性ONERA模型。在Galerkin法基础上,利用片条理论分解了非线性气动力的积分项,构建了结构和气动力相结合的非线性微分方程组,给出了分析非线性气弹响应的方法,并基于小范围近似法进行了线性化,研究了线性化后的时域响应,给出了基于线性化后的时域响应进行稳定性分析的方法。