安装角对旋转翼型结冰分布影响实验研究

为开展风力机叶片翼型在旋转状态下不同安装角表面结冰分布规律的研究,基于自行设计建造的一种利用自然低温的结冰风洞试验系统,完成了对称翼型NACA0018在0°、10°及20°三种安装角下的结冰风洞试验,试验中选取了200 r/min、400 r/min及600 r/min三种转速,选取了6 m/s及8 m/s两种风速,并利用高速摄像机获得了叶片表面的结冰分布,拍摄时间分别设定为15 min、30 min、45 min及60 min。利用前期研究提出的一种不规则冰形评价方法,对不同工况下叶片表面的结冰冰形进行了定量分析,利用相对迎风面与绝对迎风面定性分析了不同安装角对叶片表面的结冰区域的影响。研究结果表明,安装角对叶片表面的结冰分布影响较大,同一工况下不同安装角的叶片表面结冰有较大差异,转速也是影响结冰的关键因素,而风速对结冰分布的影响较小。本研究可为风力机叶片防/除冰技术提供参考。     

高尖速比下非对称翼型叶片结冰风洞试验

对于安装在湿冷环境下的风力机,极易遇到风力机表面结冰问题。风力机表面结冰严重影响了风力机的正常运行。为了研究垂直轴风力机在较高尖速比下的叶片表面结冰分布,本文采用了一种基于自然低温的结冰风洞试验方法。在低温环境下对采用S809非对称翼型的垂直轴风力机叶片进行试验,测试了在三种尖速比下的叶片表面结冰,并分析了结冰面积的变化。结果发现,当风力机尖速比超过1以后,叶片表面不再完全被结冰覆盖。主要结冰区域为叶片前缘,同时有横向生长的冰溜产生。     

旋转叶片结冰风洞试验研究

水平轴风力机叶片结冰研究是当前以及未来风力机可靠性研究的一个重要方向。本研究旨在搭建一套可模拟绕轴旋转状态下的玻璃钢叶片结冰试验系统并对其进行验证,为实际风力机叶片缩比模型结冰风洞试验提供研究基础。试验系统采用自行设计的基于自然低温的结冰风洞试验系统以及旋转叶片试验台,对翼型为NACA0018的玻璃钢叶片进行绕轴旋转结冰风洞试验。结果表明:在不同环境工况下,叶片的结冰形状虽然不规则,但仍有一定的规律性,通过建立冰形评价方法可以获得其典型特征量的变化趋势。利用回归正交实验设计,将无因次结冰面积与无因次结冰驻点厚度这两个典型特征量作为响应值,获得了结冰规律曲线,与试验值相比在一定范围内具有较高的重合度。本试验系统可用于进行风力机叶片结冰研究,本研究结果可为叶片的防除冰提供参考。     

垂直轴风力机叶片表面结冰的风洞试验

为研究垂直轴风力机叶片表面结冰的规律以及结冰对其性能的影响,对采用NACA0018翼型的风力机叶片进行了风洞结冰试验研究。在风洞试验段内安装了喷水装置,室外的寒冷空气被吸入风洞后与过冷水滴一起吹向叶片并碰撞结冰。测试了不同水滴流量和叶片攻角下的叶表结冰分布及叶片的升阻力系数变化。在一定攻角范围内,叶表结冰量随翼型迎风面积增加而增加;结冰后的阻力系数增大,升力系数减小,叶片的气动特性降低。     

S809风力机专用翼型低雷诺数气动特性实验研究

采用表面压力测量系统,在小型回流式低速风洞中开展了S809风力机专用翼型的低雷诺数(Re5×10~5)气动特性实验研究,获得了自由和固定转捩条件下不同雷诺数的压差升、阻力和表面压力分布特性。将为小型风力机叶片设计及相关研究提供数据支撑,并填补了该翼型低雷诺数气动特性数据的空白。     

发动机整流支板及帽罩积冰的数值模拟

航空发动机在高空结冰气象条件下工作时,其进口部件,如进气道、整流支板、帽罩以及压气机前几级叶片会因为冷空气中液态水滴的撞击和聚集而在表面产生积冰,严重影响发动机的工作性能和飞行安全。采用数值模拟方法,对整流支板和帽罩在相应工作状态下的积冰过程进行了三维数值计算。较小尺寸水滴会增大部件表面的水滴收集区和积冰覆盖区,而大尺寸水滴与固壁面的相互作用带来子水滴的返流和再附着,造成局部表面水滴收集率下降.模拟得到不同因素在相应条件下对部件表面的积冰覆盖范围和厚度分布影响,为发动机防/除冰系统的设计提供理论指导。     

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。     

基于微沟槽表面海流发电叶片翼型降噪特性研究

为解决海流能发电叶片流噪声较为严重这一问题,通过构造微沟槽表面的海流发电叶片翼型,采用大涡模拟与FW-H方程声类比相结合的方法,对试验测试样机叶片翼型的流噪声特性进行了研究。结果表明:数值计算结果与试验测量结果较为吻合;不同结构参数h和N的微沟槽结构对于翼型绕流噪声的影响均不同,最佳的结构参数为h=0.15 mm和N=33;微沟槽表面改善翼型流噪声机理在于微沟槽凹槽的内部产生了二次旋涡,改善微沟槽处翼型表面的流动情况,使翼型产生显著的减阻增升效果,达到微沟槽表面翼型降噪的目的,因此提出的微沟槽表面的方案对于抑制翼型流噪声具有一定的参考价值。     

风力机叶片覆冰的数值模拟

风力机叶片覆冰会使风力发电效率下降并且威胁风力机组的安全运行。本文采用Fluent中的欧拉多相流模型,通过添加质量传递以及对流换热系数计算模型等,实现了对风力机叶片表面覆冰的二维数值模拟,结果表明:覆冰主要出现在叶片的前缘迎风面,且驻点附近覆冰最多;当增大翼型攻角时,驻点向翼型的下部尾部移动,最大覆冰位置也相应地移动;随着时间的推移,叶片表面覆冰增多。     

风力机叶片气动噪声的影响参数*

随着风力机的大型化，风电机组对环境的影响不容忽视，必须对风力机气动噪声进行预测和控制。选取基于NACA、DU翼型的某风力机叶片作为研究基准，采用修正BPM半经验模型计算叶片的气动噪声特性，通过改变翼型族、弦长、机组运行状态、风切变指数、来流风向参数，研究叶片外形几何参数、机组运行工况对叶片气动噪声源的影响。计算结果从多个角度总结出水平轴风力机叶片气动噪声的变化规律，为开发高效低噪风电叶片提供参考。     

风力机翼型绕流分析边界层方法与应用:二维流动

本文采用翼型位势绕流与边界层逆解法的互相迭代,求解了风力机二维翼型的流动性能分析。定常流动的计算结果与实验结果在失速点以前,具有良好的计算精度。振荡翼型流动的非定常计算结果完全体现了气动参数的包络线特征。前缘结冰的计算结果不仅得到了气动性能,而且给出了物理说明。这些结果表明:边界层理论和方法,在风力机尤其是大型风力机的气动性能分析领域是很有应用前途的。     

离体射流的位置对翼型气动特性的影响

为了改善风力机叶片流动分离现象,本文在雷诺数为1×106、来流攻角21°时研究了离体射流微小圆柱的分布位置对NACA0018翼型气动性能的影响.首先分别在翼型前缘前和上表面附近,研究离体射流微小圆柱的射流动量对翼型气动性能的影响,发现两种位置下翼型的气动性能都有所改善,其中上表面附近控制时效果更好;接着研究控制装置在上...     

升力型垂直轴风力机翼型的选择

目前升力型垂直轴风力机采用的翼型多种多样,为了研究不同翼型对升力型垂直轴风力机风能利用率的影响,本文采用计算流体力学软件和滑移网格技术对升力型直叶片垂直轴风力机进行二维流场的数值模拟。结果表明,对于升力型垂直轴风力机,当选择NACA0018翼型可以达到最高的风能利用率。     

角状明冰积冰过程中水膜流动与吹离的数值研究

机翼前缘角状冰下游会出现气流回流,导致冰层表面水膜堆积甚至吹离。为了研究水膜吹离对积冰的影响,在现有的三维积冰与薄水膜流动耦合模型的基础上,基于水膜的功平衡分析的方法,建立了水膜吹离的数学模型,发展了对应的计算方法,并给出了水膜吹离的判定依据:当气流曳力做的功大于黏附功时,角状冰附近的水膜会发生吹离。对圆柱、NACA0012翼型进行数值模拟,冰形的结果与实验吻合良好,从而验证了该模型的合理性。研究表明:积冰模型引入水膜吹离后,可以更好地模拟角状明冰积冰;随着积冰时间的推移,气流回流和水膜堆积逐渐加剧,水膜发生吹离的可能性增大。     

大攻角翼型的锁频现象及气弹稳定性研究

翼型大攻角下涡激振动的锁频问题给飞行安全带来潜在的安全隐患。本文采用非定常雷诺时均N-S方程模拟了翼型在大攻角下的强制扭转振动,对翼型在40°攻角下的锁频振动现象进行研究。基于非定常数值模拟的结果,获得翼型表面振动周期气动功均值判断翼型的气动弹性稳定性。计算结果表明：扭转振动的锁频区间呈“V”形,锁频区间内振动频率较小侧气动功显著增加,涡激振动现象发生,而振幅的增大延迟了上仰过程尾缘涡的脱落,会使得其上表面尾缘附近气动功降低,使振动趋于稳定;相空间重构及递归图可以捕捉到非线性动力学系统锁频及非锁频下的状态差异。     

风力机专用翼型表面微沟槽减阻特性研究

采用高升阻比翼型是提高风力机的风能利用率的重要途径,表面微结构在平板及飞行器上具有较好的减阻应用,在风力机翼型上的减阻研究相对较少。本文以弦长为600 mm的Ris?-A1-21风力机专用翼型为研究对象,在吸力面0.53弦长处布置6种不同的横向V型沟槽,基于ANSYS Fluent商用CFD软件,采用结构化网格和Transition SST紊流模型对不同的表面微结构进行数值计算,结果表明V型沟槽总长为4～7.5 mm,无量纲高度h~+和宽度s~+为10～18.5时,可以获得较好的减阻增升效果,在此范围内沟槽数量对翼型的减阻增升的变化规律影响很小,最大升阻比增率可达22.903%。当沟槽总长达到10 mm时,翼型的增升率减小,但其减阻率和升阻比增率优于沟槽长度小的方案。沟槽改变了翼型吸力面的压力分布,通过有/无沟槽的法向速度分析表明,微沟槽使得翼型表面边界层厚度减薄,表面速度梯度增大,从而使翼型的黏性阻力增加,因此V型沟槽的减阻效果主要由压差阻力的减小所引起的。     

基于液膜动力学分析的风力机结冰计算模型研究

寒冷气候条件下的风能资源开发已逐渐成为风电领域竞争的焦点之一。建立高效准确的结冰计算模型是研究风力机结冰问题的重要途径。现有模型主要通过结冰过程中液膜的质量和能量守恒进行冰形评估,难以准确地描述液膜的复杂动力学行为。在液膜质量和能量守恒计算的基础上,耦合包括风剪切作用、压力场环境、表面张力及重力影响的液膜动量输运方程,建立了结冰计算模型。依托中国空气动力研究与发展中心3 m×2 m结冰风洞开展了大尺度风力机HQ63-17翼型的结冰风洞试验,获得了风力机翼型在典型结冰工况下的冰形特征,通过试验验证了模型的准确性。在此基础上开展了结冰过程中的液膜动力学特性分析。该模型为风力机冰形评估及结冰防护系统设计奠定了基础。     

共面波导-微带耦合谐振器测量风力机叶片覆冰厚度研究

风力机叶片覆冰现象严重影响其安全、经济运行,开展覆冰厚度在线测量技术研究具有重要的实际意义。本文提出了共面波导-微带耦合谐振器测量覆冰厚度的方法。通过耦合谐振器等效电路分析,得到了介质厚度测量的理论关系式;建立了耦合谐振器电磁场仿真模型,在谐振器表面覆盖不同介电常数、不同厚度的介质,计算得到了谐振器的谐振频率,进而得到了测量介质厚度的通用关系式,给出了谐振器谐振频率、介电常数和介质厚度之间的函数关系;制作了共面波导-微带耦合谐振器,开展了谐振器表面覆冰实验,测量厚度和实际厚度的相对误差在15%以内,验证了共面波导-微带耦合谐振器测量风力机叶片表面覆冰厚度的可行性。该方法对研究飞机机翼覆冰及其他介质厚度测量具有一定借鉴意义。     

椭圆管内层流结冰的数值研究

为预防椭圆管换热器等设备内部结冰甚至堵塞,本文采用流体计算软件fluent建立了三维椭圆管内流动换热模型,研究了一定热边界条件下椭圆管内层流流体的结冰规律.通过对不同工况的模拟分析,得到了流体在管内不同位置的结冰规律以及进口温度、进口Re数、长短轴之比对冰层厚度以及管内换热产生的影响,结果表明:椭圆管截面内,不同径向位置的冰层厚度不同;沿轴向管内冰层厚度逐渐增加,压力损失增大,局部Nu逐渐减小;Re数减小,进口水温降低,都会使管内各处冰层厚度增大,从而增加了管道堵塞的危险.而长短轴比例增大时,长短轴方向冰层变化趋势相反.     

随机风况下襟翼闭环载荷控制的数值研究

柔性襟翼在减缓风力机叶片极限与疲劳载荷方面一直备受关注。为研究柔性襟翼在非稳定入流时的减载能力,以二维翼型S809为基础翼型,CFD计算获取的翼型升力为反馈信号,利用ANSYS Fluent 17.0及其用户自定义端口,建立了襟翼闭环载荷控制系统。研究了襟翼在来流随机变化时减缓翼型升力波动的效果,并分析了襟翼最大偏转速度与系统延迟时间对控制效果的影响。结果表明:襟翼控制后的翼型升力波动标准差减小了99%,进一步提高最大偏转速度后,仅在变化较急剧的峰值处略有区别;较大的延迟时间导致升力在波动方式与范围上都有别于无延迟与小延迟,不利于襟翼对载荷波动的减缓。