风力机叶片气动特性数值模拟

在保证定雷诺数和定风速的情况下,通过FLUENT软件分别模拟了不同攻角下二维翼型NACA4412的绕流流场,得到了翼型的表面压力分布、速度分布以及升、阻力系数,从而确定了最佳攻角。     

Savonius风力机叶片弧度的数值模拟研究

为研究Savonius风力机的叶片弧度对其功率性能的影响,建立Savonius风力机的二维有限元分析模型,应用FLUENT进行数值模拟计算。计算基于RNG k-ε湍流模型,采用滑移网格技术实现风力机的转动。研究了叶片弧度从(140～180)°范围的风力机在不同尖速比下的平均力矩系数与平均功率系数,通过比较最大平均功率系数来确定叶片弧度的最优值。数值模拟的结果表明:叶片弧度越小,Savonius风力机受到的阻力矩越大,其平均力矩系数和平均功率系数就越低,即功率性能越差;叶片弧度在180°时,Savonius风力机功率性能最优。     

风力机叶片裂纹尖端温度场数值模拟

基于复合材料力学Tsai-Hill屈服准则推导平面应力条件下复合型裂纹尖端的塑性区。应用热耗散能量理论和ANSYS的热力耦合方法计算塑性区0°与45°开裂角玻璃纤维复合材料的热传导温度场。结果表明:0°与45°开裂角的裂纹温度变化趋势一致;0°开裂角裂纹数值与解析计算结果对比误差在5%内,可以对各向异性复合材料预制微裂纹进行温度场模拟分析计算;45°开裂角裂纹对玻璃纤维复合材料的温度场影响大,得出开裂角越大对复合材料的温度场影响越大。     

水平轴风力机叶片翼型的气动特性数值模拟

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FFA-W3-211,FFA-W3-301和NACA63-215进行了数值模拟,并与试验数据进行对比和分析,验证数值模拟的可靠性。有利于了解风力机翼型的气动性能,为风力机叶片翼型选型和叶片翼型设计和研发提供重要依据。     

风筒叶片撞击瞬态响应的数值模拟

应用有限元方法对丢失的失效风机叶片撞击风筒的非线性瞬态响应进行了数值计算研究,模拟了叶片撞击风筒的过程,分析了撞击过程中叶片、风筒的变形、应力与能量变化.结果表明：有限元方法能较好地模拟风机叶片丢失后撞击风筒的过程,该型风机风筒对叶片具有包容性.     

水平轴风力机叶片在风沙流场中的数值模拟

采用计算流体力学软件FLUENT,选用SSTκ-ω湍流模型对750kW水平轴风力机叶片进行三维定常流风场和风沙离散项的数值模拟,得出叶片周围风场绕流特性。模拟结果表明风力机叶片迎风面受风压最大,风绕流风力机叶片发生分离和涡流现象。在风沙离散项中风带动沙粒的不均匀性使风力机叶片周围沙粒迹线出现分离,在叶片中部及叶尖处浓密。因此,应在风力机迎风面中部及叶尖处增设耐磨层,防止风沙频繁地区风沙对叶片产生的风蚀现象。     

襟翼对风力机叶片翼型气动特性影响的数值模拟

对S823翼型及其对应的带有Gumey襟翼的翼型进行了数值计算,针对风力发电机运行环境,研究Gumey襟翼对S823翼型气动性能的影响.计算结果表明:带有Gumey襟翼的翼型明显改善了翼型压力面和吸力面的压力分布,因此翼型升力及升阻比均比翼型原型有显著增加.     

Gurney襟翼对风力机叶片翼型气动特性影响的数值模拟

首先基于湍流模型对数值计算结果的影响,分别采用Spalart-Allmaras(S-A)和SST k-ω两种湍流模型对NA-CA0015翼型原型进行数值模拟,对比后选用了更为合适本算例的S-A湍流模型。然后对添加不同高度Gurney襟翼的NACA0015翼型改型进行数值模拟,高度分别为1%c、2%c和4%c(c为翼型弦长),厚度为2mm。结果表明,带有Gur-ney襟翼的翼型升力系数及升阻比均比原型有显著增加,并且明显改善了压力面和吸力面压力分布,在襟翼高度为2%翼型弦长时,可达到稳态下最佳升阻比的输出效果。     

极限风况下风力机柔性部件动力学响应研究

风场是影响风力机气动和结构特性的最直接因素。基于对不同风况模拟、气动计算,以某1.5 MW风力机为例,模拟其在不同风况下的动力学特性动态响应。通过分析各叶片叶尖位移、叶根受载及塔架顶端位移的动态响应,结合发电工况分析控制策略的选择。研究结果表明:在添加相干湍流到基础湍流上模拟拟序结构风况时,叶尖挥舞、摆振;叶根挥舞弯矩、摆正弯矩、变桨力矩;塔尖前后挥舞、左右摆振都有不同程度的增大。且风轮计算点上部分风速已远大于参考风速,控制策略的选择需要根据瞬时风速而变。研究成果对风力机的气动、结构设计和控制策略的改进具有一定的参考价值。     

海上超大型风力机结构动力学响应及稳定性研究

为研究不同运行方式对湍流风及地震作用下海上风力机动力学响应及稳定性影响,以DTU 10 MW海上单桩式风力机为研究对象,采用p-y曲线描述桩基与海底土壤之间的相互作用,基于有限元软件Ansys建立风力机有限元模型,并对其进行结构模态、动力学及屈曲分析.结果 表明:塔架模态振型以扭转和弯曲振动为主,其一阶固有频率介于理想...     

风力机叶片截面运动稳定性的数值分析

用数值方法绘出叶片振动的时间位移响应曲线,根据响应曲线得出叶片运行状态,进而确定影响风机叶片气动弹性稳定性的物理因素和关键参数。     

风力机设计与数值模拟分析

在考虑叶尖损失和阻力影响诸因素的条件下,依据动量叶素理论设计了螺旋桨形风力机叶片,同时对设计结果在Gambit中建立数值计算模型,指定边界条件类型并划分网格,然后利用Flu-ent软件进行性能数值分析计算,给出风力机性能参数。     

大型薄壁壳体结构动力学响应特性的数值模拟

在考虑结构弹性变形、空间大范围运动以及弹性振动与刚体运动耦合的基础上,建立整流罩有限元模型。在验证有限元模型的正确性后,采用MSC.Nastran有限元程序对其进行模态分析,获得罩体结构的固有频率特性和振型特点。最后采用MSC.Dytran程序提供的大变形动力学响应分析的显式差分法算法,对飞行工况下的整流罩分离运动过程进行动力学数值模拟,获得罩体结构动力学响应特性和分离参数。对比已有的实验数据验证文中分析方法的正确性。     

基于气弹耦合理论的风力机叶片气动与结构性能数值模拟

以动量叶素理论为基础,充分考虑叶尖损失对风轮空气动力学特性的影响,建立了新的风力机叶片气动性能分析模型。基于结构动力学原理,建立了风力机风轮旋转工作条件下叶片的结构性能分析模型。通过研究风力机叶片在其载荷特征作用下的变形对风场来流的影响,耦合叶片的气动及结构力学模型,提出了一种旋转风力机叶片的气动与结构性能分析方法,使得风力机叶片的性能参数分析更为准确。以某5MW风力机风轮为算例,数值模拟了该风轮的气动载荷及输出功率特征,对比分析了该风轮不同风速及不同时刻条件下叶片的预弯变形及振动特性,很好的验证了提出模型的可靠性。研究结果对风力机叶片的疲劳寿命预测和振动噪声预估有着重要的理论意义。     

风力机叶片神经网络结构近似分析的数值实验

介绍了应用于风力机叶片的神经网络结构近似分析方法,开展了风力机叶片性能的样本数据对神经网络结构近似分析的数值实验研究。在风力机叶片的近似分析神经网络模型建立过程中,针对不同的学习率参数进行了数值实验。根据实验结果,风力机叶片性能的样本数目必需能充分反映风力机叶片性能和设计参数之间的关系。如果风力机叶片样本数目较大,叶片神经网络结构近似分析精度将较高;如果学习率参数较大,获得的神经网络模型将较好。该实验研究将有助于在优化设计过程中利用神经网络结构近似分析风力机叶片性能的近似计算。     

风力机叶片神经网络结构近似分析的数值实验

介绍了应用于风力机叶片的神经网络结构近似分析方法,开展了风力机叶片性能的样本数据对神经网络结构近似分析的数值实验研究。在风力机叶片的近似分析神经网络模型建立过程中,针对不同的学习率参数进行了数值实验。根据实验结果,风力机叶片性能的样本数目必需能充分反映风力机叶片性能和设计参数之间的关系。如果风力机叶片样本数目较大,叶片神经网络结构近似分析精度将较高;如果学习率参数较大,获得的神经网络模型将较好。该实验研究将有助于在优化设计过程中利用神经网络结构近似分析风力机叶片性能的近似计算。     

垂直轴风力机气动性能分析与数值模拟研究

先采用叶素理论对垂直轴风力机叶片受力进行静态的分析,然后采用多流管理论计算出叶尖速比与功率的关系曲线,最后采用滑移网格技术对风力机进行了数值模拟,得到的功率与用多流管理论计算的结果吻合较好.     

偏航对风力机气动性能影响的数值模拟研究

采用基于滑移网格模型的三维非定常数值模拟方法,对NREL Phase Ⅵ风力机在轴流工况下的气动性能进行计算,并与参考文献提供的实验值进行比较,验证了方法的可靠性。然后对该风力机在偏航工况下的尾迹结构和气动性能进行计算,结果表明:偏航工况时,风力机尾迹呈现明显的偏斜特性,且尾迹区的速度恢复比轴流工况慢;旋转周期内,叶片根部和中部受偏航入流的影响较大,导致叶片表面压力变化较大且吸力面流动分离严重,而叶尖区域受偏航的影响较小。计算结果能够为研究风力机的动态失速以及风场中风机群的优化布置等问题提供指导。     

水平轴风力机叶片表面积灰厚度对三维气动特性影响的数值模拟

采用数值模拟方法分析了叶片表面积灰厚度对风力机三维气动特性的影响。首先,采用CFD软件包FINETM-TURBO建立风力机的三维模型,模拟叶片表面光滑的情况下风力机的三维气动特性,并与文献实验数据进行比较,验证了该模型的有效性。然后模拟了积灰厚度变化对风力机三维气动特性的影响,得到了不同积灰厚度下叶片的压力分布、速度分布的变化。结果表明,叶片表面积灰厚度对风力机叶片气动特性有较大影响:随着积灰厚度的增加,叶片两侧大部分区域风速减小,气流运动无规律性增强,压力面与吸力面压差减小,风力机效率降低。