风力发电机叶片的雾凇覆冰数值模拟

为了解风力发电机叶片覆冰情况,以某型300 kW风力发电机叶片为研究对象,根据切片-重构的思想,将叶片划分为有限个截面,基于叶片覆冰的物理过程,采用边界元法对风力发电机叶片的空气流场进行计算;采用拉格朗日法分析计算水滴在叶片表面的碰撞过程;通过迭代计算和冰形重构模拟覆冰增长过程,从而建立风力发电机叶片三维雾凇覆冰增长模...     

风力机翼型及叶片气动性能数值模拟

采用FLUENT数值计算方法模拟了NACA4412、NACA4418、FX60-126和NREL-S809四种常用风力机翼型和单位长度平板叶片以及单位长度实际叶片.通过数值计算所得4种翼型的升阻力系数曲线与实验数据的对比,验证了计算模型和计算方法的准确性,在此基础上分析了翼型和平板叶片随攻角变化的流场分布规律以及实际叶片的三维气动特性,数值模拟结果显示三维平板叶片在失速攻角附近气流展向流动较明显,三维实际叶片旋转时气流展向流动产生了三维涡体,更准确地反映了实际叶片的气动特性.     

小型低风速风力发电机叶片设计

利用CFD软件Fluent对NACA4412和NACA23012两种常见的翼型进行气动性分析,研究了翼型在二维流场中的压力分布情况,结果表明NACA4412产生的升力要大于NACA23012产生的升力;针对小型低风速风力发电机启动的特点,用Profili软件对NACA4412翼型进行了改进,新翼型具有较高的升阻比,更能满足低风速启动的要求;基于贝茨理论并利用SolidWorks对小型低风速风机发电机叶片进行了设计与实体建模.     

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。     

于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究

为了研究大型风力发电机组叶片的气动性能,提出了基于CFD技术的叶片气动性能分析方法。该方法采用RANS方程结合SST湍流模型,以实现对大型风机叶片二维翼型气动性能和三维气动性能的分析预报。在此基础上,采用二维方法分析了NACA64-618翼型－180°～180°攻角下的气动性能,获得了其失速攻角,与试验数据的比较证明了该方法的准确性;进而建立了2MW大型风机三维叶轮模型,采用三维方法分析了其有关气动性能,与GHBladed软件计算结果比较证明了三维方法的可行性。最后,对2MW风机翼型进行了优化,改善了其气动性能。研究方法对于大型风机叶片的设计,优化及新翼型的开发具有重要参考价值。     

风力发电机叶片建模及有限元分析

选取小型风力发电机叶片为研究对象,根据翼型参数和叶片几何参数,利用相应的建模软件,生成三维模型.然后将其导入有限元分析软件ANSYS中,建立有限元模型.通过施加风力载荷,对叶片的多种应力及位移进行了分析,并与其材料拉伸强度和安全位移进行了比较,实验结果验证了叶片有限元建模的有效性及叶片在实际工作中的安全性.     

基于CFD的大型风力发电机组叶片气动性能研究

为了研究大型风力发电机组叶片的气动性能,提出了基于CFD技术的叶片气动性能分析方法.该方法采用RANS方程结合SST湍流模型,以实现对大型风机叶片二维翼型气动性能和三维气动性能的分析预报.在此基础上,采用二维方法分析了NACA64-618翼型-180°～180°攻角下的气动性能,获得了其失速攻角,与试验数据的比较证明了该方法的准确性;建立了2MW大型风机三维叶轮模型,采用三维方法分析了其气动性能,与GHBladed软件计算结果比较证明了三维方法的可行性.最后,对2MW风机翼型进行了优化,改善了其气动性能.研究方法对于大型风机叶片的设计,优化及新翼型的开发具有重要参考价值.     

覆冰荷载下的架空输电线气动稳定性分析

偏心覆冰导线在风激励下极易诱发舞动,研究架空输电线在覆冰荷载下的气动稳定性具有重要意义.传统Den Hartog判别准则求出的是一种近似解,仅适用于攻角较小的情况。在该基础上,更为精确地推导了舞动临界风速与相应来流攻角的关系.算例结果表明,对于重覆冰地区的架空输电导线,在风荷载作用下,极易引起导线的动力失稳,进而引起整个塔线体系的动力失稳甚至倒塌.该气动稳定性分析结果将为线路设计提供技术支持.     

风力发电机复合材料叶片振动特性分析

针对风力发电机复合材料叶片振动特性问题,以5 MW风力发电机叶片为研究对象,通过复合材料基础确定叶片铺层方案;借助有限元法对复合材料叶片静态固有频率和运行时固有频率展开分析。结果表明：叶片第1阶固有频率为0.887 Hz,叶片前6阶模态振型均未出现扭转振动,表明该叶片抗扭转性能较好;叶片旋转时离心力使得叶片前6阶固有频率均增大,其中对叶片第1阶固有频率提升可达3.6%,对叶片第6阶固有频率仅提高0.44%;且叶片在实际运行时第1阶固有频率分别高出叶片旋转频率1P和3P为77.5%和32.5%,不发生共振现象。     

风机叶片设计二次开发与气动性能仿真

为了提高叶片设计的精度和效率,根据风机叶片设计的相关理论和方法,对叶片气动外形设计进行研究.以20 kW风机叶片为例,在Wilson法的基础上,利用VB、VC++等编程语言在SolidWorks平台上开发叶片气动外形设计及建模的应用系统.根据输入的设计参数自动生成叶片的三维实体模型,省去了以往设计过程中生成的大量数据的转换和存储,实现叶片的高效,智能化设计.为了对设计结果进行评估,同时验证设计的有效性,针对设计好的叶片模型进行流场仿真分析.结果表明,提出的叶片设计与建模方法能够有效提高风能利用率,缩短风机叶片设计周期,可用于企业对叶片的设计研发,并为叶片结构有限元分析和优化设计平台奠定基础.     

Effect of blade pitch angle on aerodynamic performance of straight-bladed vertical axis wind turbine

Wind energy is one of the most promising renewable energy sources, straight-bladed vertical axis wind turbine（S-VAWT） appears to be particularly promising for the shortage of fossil fuel reserves owing to its distinct advantages, but suffers from poor self-starting and low power coefficient. Variable-pitch method was recognized as an attractive solution to performance improvement, thus majority efforts had been devoted into blade pitch angle effect on aerodynamic performance. Taken into account the local flow field of S-VAWT, mathematical model was built to analyze the relationship between power outputs and pitch angle. Numerical simulations on static and dynamic performances of blade were carried out and optimized pitch angle along the rotor were presented. Comparative analyses of fixed pitch and variable-pitch S-VAWT were conducted, and a considerable improvement of the performance was obtained by the optimized blade pitch angle, in particular, a relative increase of the power coefficient by more than 19.3%. It is further demonstrated that the self-starting is greatly improved with the optimized blade pitch angle.     

水平轴风力机叶片非定常气动特性分析

针对水平轴风力机叶片的非定常气动特性,采用状态空间描述的、改进的BL动态失速模型进行风力机翼型非定常气动力分析.模型采用不可压缩假设并忽略了前缘流动分离所产生的非定常效应,考虑气流的近尾流效应和在失速区域的后缘分离效应以揭示翼型在任意运动中的非定常气动力.模型用4个气动状态来描述非定常气动力系数动力学,其中2个用于描述近尾流效应中的时间迟滞,另2个用于描述后缘分离效应,得到了风力机翼型非定常气动升力、阻力和力矩状态变量表达式及计算流程.通过对NACA0012风力机翼型的非定常气动力分析表明,模型能较好地描述风力机翼型的动态特性.     

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.     

风雨下考虑偏航效应风力机流场及气动载荷

为了研究狂风暴雨环境中大型风力机在复杂工况下的流场特性和气动性能,以南京航空航天大学自主研发的5 MW风力机塔架-叶片体系为例,采用计算流体动力学（CFD）技术开展最不利叶片停机位置下考虑6个偏航角（0°、5°、10°、20°、30°和45°）影响的风力机风场模拟,添加离散相模型（DPM）开展风-雨耦合同步迭代计算,对比研究不同偏航角对风力机周围风场和雨场特性的影响规律. 建立不同偏航角下的风-雨等效压力系数新模型,给出相应的公式,针对风雨作用下的不同偏航角工况塔架和叶片表面等效压力系数进行系统分析. 研究结果表明,附加雨荷载效应对该类风力机叶片迎风面和塔架迎风面两侧各40°区域内压力的影响不容忽视.     

风机叶片用玄武岩纤维增强复合材料的摩擦磨损性能

采用环-块式摩擦磨损试验机研究了玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料在不同载荷和速度下的磨损行为与机制．结果表明：在相同载荷200N时,速度对摩擦系数的影响不大,而磨损率随着速度的增加而增大;在相同速度0．84m／s条件下,摩擦系数和磨损率都随载荷的增加而增大．低速低载时磨损主要表现为粘着磨损;高速低载时有玄武岩纤维从基体中脱落,表现为磨粒磨损特征;高速高载时磨损机理为基体疲劳剥落和磨粒磨损．     

新型装配式冰场受力性能试验与模拟分析

为在2022年冬奥会期间将国家游泳中心泳池场地改造为冰壶场地,结合临时场地的新型制冰方式,提出了一种全装配式的冰壶场地及支承结构体系的构造作法.对此装配式冰场进行了现场试验测试和有限元受力性能分析,研究了装配式冰场的自振频率和振型特点,分析了冰场在使用荷载作用下的整体变形和各组件的应力水平,探讨了极端荷载作用下冰面受力、变形及开裂等关键问题.研究表明,所提装配式冰场方案具有较大刚度和承载力,能够满足冬奥会冰壶比赛对冰面的要求;此类冰场宜使用轻型浇冰车作业,大型浇冰车轮压引起的弯矩和剪力作用下冰面存在开裂的可能.     

新型风力/洋流涡轮气动及引射特性

为高效开发利用低品位风能和洋流能,采用涡扇发动机喷管引射技术,设计含有单级涡轮和波瓣引射器结构的低品位风力/洋流涡轮,给出一种波瓣引射器的参数化方法,并基于CFX软件RANS方程和k-ε湍流模型数值研究涡轮气动和引射特性.结果表明:含单级涡轮和波瓣引射器结构的低品位风力/洋流涡轮可将其转子四周流过的能量通过波瓣引射器引入涡轮后侧,通过流向涡和正交涡共同产生的抽吸作用,降低涡轮转子后侧被压,使有效做功速度增大约1.4倍,等效于提升了能量的品位.在2~6 m/s的风能和2~4 m/s的洋流能利用方面,含单级涡轮和波瓣引射器结构的风力/洋流涡轮功率曲线与来流速度成指数增长,流通能力增大32.70%~35.33%,在低速工况能量利用率可达66%~77%.