2.5MW风力机叶片流固耦合数值模拟

以MpCCI为数据交换平台连接商用CFD软件NUMECA与CSD软件ABAQUS,对不同风速下2.5 MW风力机DF90风轮叶片进行了全三维流固耦合数值模拟,分析了叶片型变与流场的相互作用对叶片气动特性、结构特性的影响。     

2.5兆瓦风力机气动性能数值模拟研究

采用商用软件FINE_(TM)/Turbo,对2.5 MW变速恒频型风力机DF90风轮进行三维定常数值模拟研究.在计算功率与设计值很好符合的基础上,分析了风轮的三维绕流细节,讨论了叶尖速比和来流风速对叶片载荷的影响。结果显示:相同叶尖速比条件下流动近似;来流迎角随叶尖速比减小而增大,根部分离提前;运行风速范围内流动分离仅发生在叶根附近较小的范围内,大部分叶展范围的绕流具有良好的二维性。     

风力机叶片气动性能及流固耦合分析

采用RANS方程和SST湍流模型,在不同风速下对Tjaereborg风力机风轮进行了全三维流固耦合数值模拟,分析了流固耦合作用对风力机气动特性及风力机叶片结构特性的影响。结果表明:小风速时流固耦合作用对叶片气动性能的影响基本可以忽略;中高风速时,影响作用显著,风力机叶片会发生挥舞、摆振及扭转变形,叶尖是变形量最大的位置,叶片应力集中出现在叶展50%~85%范围内。     

施加模态振型后风轮表面动压分析

风轮运行过程中存在来流激励的振动响应,为了使计算结果更接近真实情况,应该在风轮的数值模拟研究中考虑振动情况。本文在水平轴风力机风轮表面动压模拟计算中施加了一阶对称挥舞振动。风轮模态参数通过单点激励多点响应的试验模态分析方法获得,根据动网格技术中网格变形的要求拟合一阶挥舞振动振型特征向量,定义的模态振型控制方程通过用户自定义函数施加于风轮模型,风轮的旋转通过滑移网格技术实现。大涡模拟计算结果表明:旌加模态振型后,风轮表面动压呈周期性变化,其脉动频率与叶片旋转频率不一致;随着尖速比和来流风速的增加,动压脉动频率均增加,且增加幅值逐渐放大,其中来流风速对动压脉动频率的影响更显著。     

NREL PhaseⅥ叶片气动性能数值分析

本文采用CFD软件包FINE~(TM)/Turbo,以两叶片NREL Phase Ⅵ风力机的风轮为对象,进行风轮三维绕流的定常黏性数值分析研究.详细对比了计算结果与实验数据,包括功率、叶片展向五个截面压力系数分布及沿展向载荷系数分布,并分析了三维黏性流场流动细节.结果显示在大部分风速条件下数值模拟可以很好地预估风力机气动性能,在所有计算风速条件下均能够较好地模拟叶片表面的压力分布和展向载荷分布.在失速条件下对根部大分离区的模拟有偏差.     

大小叶片贯流风机内流特性分析与实验研究

为降低空调用贯流风机的噪声,改善音质,通过采用直叶片贯流风轮达到斜扭叶片贯流风轮的音质和低噪声特性,从而降低贯流风轮的制造成本,本文设计了大小叶片交错组合的新型非等距贯流风机,并采用滑动网格对其内流特性进行了非定常数值模拟,同时对其气动噪声特性进行了实验研究.大小叶片贯流风机的偏心涡基本稳定在叶轮中心与蜗舌相连的切线上,位于叶轮内圆周附近.风轮非定常运转时,偏心涡的涡核位置在直径为2mm的圆所围成的区域内变化.大小叶片交错组合的贯流风轮改变了叶轮与蜗舌的间距,有效地降低叶片通过频率噪声并改善了音质.采用大小叶片交错组合的贯流风轮能够达到斜扭叶片贯流风机的降噪效果.     

基于自由涡的风轮失谐气动特性研究EI北大核心CSCD

采用一种改进的自由涡方法研究了风切变条件下,叶片安装角存在偏差的失谐风轮的气动特性。计算方法由模拟叶片气动力的非线性升力线法和模拟尾迹涡运动的时间精确自由尾迹法构成。以某2.5 MW风力机为例,计算了功率曲线和叶片气动力分布,并与Bladed软件和CFD计算结果进行了比较。研究了切变风条件下,不同叶片安装角偏差量,风轮推力、扭矩、偏航力矩和俯仰力矩的变化。结果表明,所采用的计算方法是准确有效的。风轮叶片安装角偏差,对风轮推力和扭矩影响较小,对风轮偏航和俯仰力矩影响较大。不同叶片安装角偏差量相反,会显著增加风轮偏航和俯仰力矩波动。     

基于自由涡的风轮失谐气动特性研究

采用一种改进的自由涡方法研究了风切变条件下,叶片安装角存在偏差的失谐风轮的气动特性。计算方法由模拟叶片气动力的非线性升力线法和模拟尾迹涡运动的时间精确自由尾迹法构成。以某2.5 MW风力机为例,计算了功率曲线和叶片气动力分布,并与Bladed软件和CFD计算结果进行了比较。研究了切变风条件下,不同叶片安装角偏差量,风轮推力、扭矩、偏航力矩和俯仰力矩的变化。结果表明,所采用的计算方法是准确有效的。风轮叶片安装角偏差,对风轮推力和扭矩影响较小,对风轮偏航和俯仰力矩影响较大。不同叶片安装角偏差量相反,会显著增加风轮偏航和俯仰力矩波动。     

基于一种改进的PSO算法在风力机叶片优化中的应用

建立了一种新的风力机风轮叶片的优化设计模型,在模型中考虑了风场风速在一年中的概率分布.采用给定风力机风轮直径和转速,且叶尖桨距角为零度时,使风力机在整个工作风速范围内和某一给定风速范围内风力机年平均输出功率同时最大为设计目标.并将一种改进的PSO优化算法LDW-PSO算法用于风力机叶片的优化设计.与已有的叶片相比,设计结果显示了其优越性,从而说明了该方法的可行性和实用性.     

基于面元法的水平轴风力机数值模拟

使用基于速度面元法的势流数值模拟方法,以NREL PhaseⅥ为例进行了叶片气动载荷和风轮近尾流场的数值模拟。将势流数值模拟、叶素动量理论和计算流体力学CFD方法的计算结果与实验数据进行了对比分析。结果表明使用速度面元法计算风轮绕流场具有较高的计算精度和求解效率,为大规模风力机群的流场计算和出力预报提供支撑。     

基于致动面模型的风力机尾流数值研究

致动面模型利用无厚度的平面代替风力机叶片,在平面上施加不连续压力来模拟叶片对气流的作用,结合N-S方程,在FLUENT中进行数值模拟计算,是对致动线方法的延伸与改进。运用该方法能够简化风力机的模型,从而减少网格数量和计算时间。采用线性分布下的致动面模型,提出一种致动面网格的辨识方法,对单台Nibe A型风力机的远近尾流区域进行模拟计算,包括尾流风速变化,湍流强度,涡结构,并将数值模拟的结果与致动线模型计算结果以及实验数据进行对比分析,主要是风轮后特定距离截面的风速变化,验证了致动面方法的优越性以及用于风力机尾流场计算的可行性。     

结冰对风力机叶片影响的数值研究

本文利用商用CFD软件Numeca针对NREL Phase VI风轮结冰前后进行数值计算,计算包含风速由5 m/s至17 m/s区间各典型工况,并对计算结果进行了气动参数和载荷等相关分析。由此得出结论:结冰可以带来最高达51%的功率损失,同时会使风力机提前失速以及提高了启动风速等;结冰会导致在较高风速下叶根挥舞弯矩急剧增大从而增大叶片叶根强度要求;另一方面由叶片沿展向载荷分布得出结冰对整机影响主要集中在大于90%叶展的外侧区域,该区域是除冰防冰系统主要作用区域。     

大分离条件下风力机叶片三维定常数值模拟研究

为了改善失速条件下风力机气动特性的CFD模拟精度,采用定常的RANS求解方法和一方程S-A湍流模型,数值模拟定桨距型风轮叶片LM19在高风速(18m/s)条件下的气动特性.首先讨论了由流动大尺度分离导致计算收敛曲线大幅度振荡时数值结果的处理方法,然后分析了计算域尺度和网格密度对数值模拟结果的影响,为失速条件下风力机气动...     

后掠风力机叶片气动性能数值模拟

采用商用软件FINE~(TM)/Turbo,以2.5MW风力机DF90风轮叶片为原型,在确认数值方法的基础上,将中叶展以上做后掠变型,进行三维定常数值模拟研究,讨论了后掠叶型对叶片气动特性的影响,并提出了一种定义后掠叶片静压系数的方法。     

风力机近尾迹叶尖区域气动噪声变化规律的试验研究

保证额定来流风速10 m/s不变,在不同尖速比条件下,利用声阵列法对S系列翼型风力机的叶尖区域噪声进行了测试.结果表明:风轮在旋转过程中,风力机叶尖辐射噪声频谱在200 Hz以下主要是由叶片旋转基频及其谐波构成的离散噪声叠加在宽频噪声上而组成的,而在200 Hz左右至600 Hz则是由叶片旋转产生的叶尖涡脱落频率以及风洞动力风扇的二次谐波构成的.随着尖速比的增加叶尖涡的脱落频率在增人,旋转基频声压级在叶片相对半径为0.57处的辐射噪声最大,且随着向叶尖移动,噪声逐渐减小。距离风轮旋转平面的轴向方向x=10~60 cm之间辐射噪声衰减较快,在x=60~100 cm之间衰减较慢.发现了叶尖涡的运动轨迹,叶尖涡是逐渐的向外迁移.     

风轮机系统气动性能的动态测量

一、风轮机气动性能概述 气动特性是衡量风轮机性能的主要指标。实际上它可由不向工况下风轮机的风能利用系数C_p值来代表。按C_p值的定义,它与风轮的扫风截面、来流的空气密度、风速、风轮的气动扭矩、风轮机转速等有关.具体的数学表达式如下:     

尾缘凹陷轴流风轮内流特性分析与降噪研究

为减少空调室外机用低压轴流风轮叶片的颤振,改善音质,降低噪音和电机功率。本文设计了尾缘凹陷新型三叶轴流风轮,同时除对前缘局部加厚处理外,对叶片其他区域整体减薄。文中采用Navier-Stokes方程对新风轮和原风轮的内流及气动特性进行了三维数值模拟,同时对两者的流量压力曲线和噪音频谱进行了实验研究。研究表明:对轴流风轮叶片尾缘进行凹陷设计,对前缘以外的区域减薄设计,能够减轻风轮重量,降低电机负荷同时减弱转子尾迹;对叶轮前缘进行局部加厚处理可以减小叶尖颤振,降低叶片旋转频率峰值噪音,从整体上降低噪音,改善音质。     

基于振动性能优化的风力机叶片设计

风轮是风力机最重要的部件之一,设计良好的风轮是风力机获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础.本文应用Wilson气动理论设计了 100 W 水平轴风力机叶片,并兼顾振动性能对设计参数进行修正.对设计的风轮进行了模态实验和气动外特性实验,实验结果表明,所设计的风力机在低风速时基本能够达到设计的风能利用系数,并使得风力机在运行时避开转速共振区,延长风轮寿命,从而降低设计成本.     

齿形尾缘轴流叶轮内流数值分析与实验研究

本文采用Navier-Stokes方程和K-ε两方程模型对空调用轴流风轮叶片尾缘出口加锯齿和不加锯齿的内流特性进行了三维数值模拟,同时对两者的风量噪音特性进行了实验研究.结果表明,轴流风轮尾缘进行锯齿化处理对流量压力特性影响很小,能减弱轴流风轮叶片下游的尾迹,并在一定程度上能够降低噪音和改善音质.     

水平轴风力机偏航气动性能分析

基于计算流体力学方法(CFD),采用带Gamma-Theta转捩的T-SST湍流模型,对NREL PhaseⅥ风力机在9个偏航角的气动特性进行了全三维非定常数值模拟。计算的功率与实验值吻合较好。提取了叶片截面翼型几何攻角和有效攻角,分析了不同偏航角下风轮的功率、推力,以及叶片沿展向各截面压力分布和法向力载荷系数的变化规律。偏航工况下,在旋转周期内,风轮功率、推力呈现2P波动性质,叶片气动载荷沿旋转方向呈现余弦交变性质。轴向来流工况时,叶片绕流的三维效应不明显。随着偏航角增大,三维迟滞回环越来越明显,且逐渐从内叶展过渡到中叶展,外叶展的迟滞效应不明显。