风力机柔性叶片翼型的气动特性研究

基于柔性叶片大尺寸变形的特点,选取NPU翼型作为研究对象,采用Xfoil软件计算不同弦向变形时翼型的升阻力系数及俯仰力矩系数,并总结翼型变形后升力系数计算的修正公式。研究表明,柔性叶片弦向弯曲变形越大,翼型的升力系数越大,阻力系数也会有小幅度增大,但升阻比总体呈现增大趋势,有利于提升气动性能。翼型变形后的气动特性计算修正公式的计算结果与模拟仿真的结果也吻合较好。     

大功率风力机叶片模态及气动特性分析

对大功率海上风力机叶片模态特性和气动特性进行研究。建立了叶片翼型截面弯扭耦合运动微分方程,通过翼型截面坐标变换和旋转拉伸在UG中建立了国产某型6MW风力机叶片三维模型,运用Ansys/Blocklanczos法计算了叶片前6阶固有模态。在Ansys/Workbench中搭建叶片流场仿真模型,讨论了风速和气动攻角等参数对叶片振动变形的影响。结果表明各阶固有模态中叶尖部位的振型相对明显,随着风速和攻角增大,相同截面位置上的叶片振动变形逐渐增大。     

大型风力机柔性叶片非线性气弹模态分析

针对风力机尺寸增大,叶片刚柔耦合和气弹耦合特性增强,研究大型风力机转动柔性叶片弯曲与扭转耦合变形下的气弹模态及其稳定性。为准确描述柔性叶片的非线性变形特性,采用"超级单元"将柔性叶片离散成若干个刚体,并由运动副与力元连接构成多体系统,而后通过牛顿-欧拉方程建立叶片非线性动力学方程;气动模型则采用叶素动量理论结合修正的B-L (Beddoes-Leishman, B-L)动态失速模型,计算非定常气动载荷;然后基于变分原理,线性化叶片结构与气动载荷动力学方程,构建转动叶片的气弹线性化状态方程。最后以NREL 5 MW叶片为研究对象,在确定尖速比下,分析大型柔性叶片转动条件下的气弹复模态,计算叶片气弹频率与气弹阻尼比,分析叶片气动阻尼对颤振的影响,探究大型叶片颤振失稳机理。     

风力机叶片优化设计及模态分析研究

以叶素-动量理论为基础,对1.0 MW风力机叶片进行气动外形设计。采用Wilson方法建立叶片外形设计数学模型,模型考虑了叶片梢部损失、根部损失和轴向、周向干扰因子对叶片空气动力学性能的影响,以MATLAB为工具实现对各外形参数的求解,并对计算结果进行线性化修正处理,获得了优化的弦长和扭角。通过坐标变换原理将翼型二维离散数据点转换成叶片三维空间坐标点,另外在变换坐标过程中结合图形学,将坐标的旋转变换转化到绘图过程中实现。绘制叶片各截面的空间样条曲线,基于Pro/E的自由曲面造型功能对风力机叶片进行建模,并采用ANSYS软件对叶片进行模态分析,得到了叶片的固有频率及振型,为风轮动力学分析奠定了基础。     

风力机叶片气动设计与结构研究

采用Wilson模型优化设计水平轴风力机叶片的气动外形;利用有限元软件对玻璃钢叶片在风力、重力和离心力的耦合作用下的静力学、稳定性和动力学进行仿真分析.通过对叶片额定风况下的静力学和稳定性分析,不仅能获取叶片的应力和应变分布,而且可检验叶片设计的安全性和合理性.通过叶片动力学分析,计算叶片的振动频率,判断能否避免共振,实现正常运行.     

风力机叶片气动载荷的优化研究

为了研究垂直轴风力机的叶片气动性能,利用流固耦合法模拟了垂直轴风力机在实际工况下的气动载荷分析,模拟结果表明,由于翼型后部较薄,受到的变形应力最大。为了避免因叶片变形而引起风力机整体气动性能下降,提出了通过加大翼型后部厚度的方案来提高叶片的强度,并通过数值模拟对改进后的翼型做了气动性能分析,得出了适当的增加翼型后部厚度,并不会对翼型气动性能造成太大的影响,验证了此方案的有效性。这些研究结论为今后垂直轴风力机的设计制造提供了一定的参考依据。     

风力机叶片翼型的气动特性研究

选取S818叶片翼型进行二维几何模型,采用适合翼型流动的Spalart-Allmaras湍流模型,对Base翼型和95%弦长处带Microtab的翼型进行数值模拟分析,得到在不同攻角下的升阻比、表面压力和速度矢量图。从流场计算结果看出95%弦长处带microtab的翼型在0°到12°攻角范围内气动性能有明显提高;带microtab的翼型改变了后驻点位置,使其出现在了microtab末端,增加了气动曲面环量,从而增加了翼型升力。     

风力机叶片气动外形优化设计综述

近年来,可再生能源发展很快,包括太阳能、风能、水能等,其中风力机是风能发电的主要形式。风力机通过叶片的转动将风能转化为机械能,故叶片对风的捕获能力是风能利用效率的重要影响因素,这涉及风力机叶片空气动力学问题,而叶片气动外形设计对其气动效率有着至关重要的作用。首先介绍了风力机空气动力学理论和气动计算模型,它们是气动设计的基础,然后分别介绍了传统的气动外形优化设计方法和现代优化设计方法。指出了风力机叶片设计的多学科、多目标发展趋势,以及开发风力机设计软件的迫切需要。     

低噪声风力机叶片气动外形优化设计

针对目前兆瓦级风力机叶片噪声污染问题,基于动量叶素理论及叶片噪声计算模型,提出在给定工况条件下,以功率系数与噪声的最大比值为目标函数,以影响叶片气动噪声性能的弦长及扭角为设计变量,建立了低噪声风力机叶片优化设计数学模型。对某实际2.3MW风力机叶片进行优化设计,并与噪声实验数据对比,结果表明：在主要频率域范围内,叶片噪声预测值与实验数据较吻合;相比原叶片,新叶片具有更低的噪声特性,噪声声压级降低了约7.1%,同时风轮功率系数略有增大,从而验证了该设计方法的可行性。     

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。     

风力机叶片阻尼材料抑颤特性分析研究

随着风力机叶片趋于长展型,对其自身抗弯抑颤性能的要求日渐提高。研究了阻尼材料添加在传统风机叶片后的颤振效果,引入翼型颤振及阻尼抑颤模型,用MATLAB/Simulink软件对风力机叶片阻尼抑颤模型进行仿真计算,得出添加阻尼层后风力机叶片的颤振位移和速度,结果表明添加了阻尼材料的风力机叶片抑颤性能有了明显的改善。     

倾斜叶片垂直轴风力机气动性能的CFD研究

为了研究叶片倾斜对风力机气动性能的影响,采用三维流体计算软件FLUENT模拟了简化的倾斜叶片和直叶片风力机在自由空间的流场特性。研究表明,叶片倾斜能在不降低风力机风能利用率的情况下大幅度减小叶片上产生的驱动力矩的振动幅度;但是由于叶片倾斜产生的旋转半径的变化和对流场的改变,使得叶片在中间区域得到较低的力和力矩,在底端由于降低了翼尖涡流的影响增大力和力矩,而在顶端则相反地减小了力和力矩。     

小型风力机叶片模态特性及强度分析

以600W水平轴风力发电机(HAWT)叶片为研究对象,基于结构动力学和空气动力学相关理论,利用有限元ANSYS分析软件,首先对叶片在静止和不同转速下的模态特性进行分析和比较,然后根据风力机叶片所受载荷的主要形式,将载荷施加到风力机叶片上,对叶片进行强度分析。结果表明:叶片在旋转状态下的固有频率高于叶片在非旋转状态下时的固有频率,而振型在两种状态下相似。叶片受到载荷后,叶片中部(特别是中部前缘)是叶片易损部位。研究结果对风力机叶片的动力学分析、优化设计及疲劳分析有一定的指导意义。     

风力机叶片设计及翼型气动性能分析

叶片作为风力发电机最关键的部件,其气动特性好坏对于风力发电至关重要。以750 k W风力机叶片为例,采用Wilson设计方法对叶片进行设计。在此基础上,应用流体计算软件CFD对所选翼型进行气动分析,得出翼型表面压力随攻角变化关系。该方法可提高风力机叶片等复杂曲面的建模效率并可对叶片后续的气动性能分析奠定基础。     

风力机叶片气动外形设计和三维实体建模研究

针对大型风电机组叶片最佳设计攻角、升力系数呈非线性变化问题,基于叶素-动量理论,通过Wilson设计法,对1.2MW风电机组叶片的气动外进行了设计形.并在此基础上提出了风力机叶片的三维建模方法,即利用点的坐标转换理论来计算叶片各截面翼型的空间实际坐标,然后运用Pro/ENGINEER的三维曲面功能来对叶片进行三维实体建模.     

风力机柔性叶片的仿生设计与性能

基于植物叶脉中轴对称结构的增强机理,提出了一种仿中轴图式拓扑结构的风力机柔性叶片设计方法,以20 kW风力机叶片为研究对象,采用实验测定和数值模拟的手段,从叶片失速特性和风能利用效率的角度对仿生设计叶片的柔性进行了研究.结果表明,仿生物中轴设计的叶片在极端风速下具有较低的内部载荷,桨叶失速状态下的柔性较强,能够明显拓宽风力机的正常运行风速范围,提高风能的利用效率.     

3MW风力机叶片设计建模与模态分析

叶片是风力机的重要部件,总结叶片设计流程,选择合理设计参数,设计出3 MW水平轴风力机叶片。因叶片为一易发生振动的细长弹性体,且叶尖小翼虽可增加风力机的输出功率,但必然对叶片的结构强度产生影响。因此对叶片进行重力预应力模态分析,确定叶片的各阶模态振型、频率、最大变形量及最大应力,得出叶尖小翼对叶片模态分析结果的影响。     

大型风力机叶片气动外形设计及三维实体建模研究

针对大型风力机叶片气动外形设计方法,基于动量-叶素理论,通过Wilson设计法,对1.5MW风力机叶片进行气动外形设计,并提出一种风力机叶片三维建模的方法 ,为叶片的气动性能计算和结构设计与分析奠定了基础。     

射流参数对风力机叶片气动性能的影响

大攻角来流条件下风力机叶片尾缘处会出现严重流动分离现象,导致叶片输出功率降低,采用计算流体力学方法研究开缝分布位置及喷射角度对风力机叶片性能的影响。结果表明:射流位置参数在改善流场中作用显著,随着开缝位置坐标后移,其升力系数逐渐降低。在流场恶劣条件下,喷射角度参数对升力系数提升作用有限,2°喷射角度的性能相对较好。射流位置不超过X=0.7时,均可减弱回流区影响范围、提高升力系数。射流可以扫掠附面层低能流体,有利于削弱大尺度涡旋结构及尾缘涡,有利于提高风力机叶片设计研究水平。