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。     

叶片弯曲变形对其结构稳定性的影响分析

本文针对柔性叶片能量转换装置的结构特点,在对四种弯曲变形叶片翼型气动载荷实验研究的基础上,采用参数化建模技术建立四种弯曲变形叶片实体模型,将实验测得的叶片表面压力加载到结构计算的有限元模型上,并以此为载荷对叶片进行气弹稳定性分析,揭示翼型发生变化后,叶片应力变化规律。研究结果表明:在一定的弯曲变形范围内,较大曲率弯曲变形的叶片结构稳定性较好。     

冲角和叶片倾斜角对矩形叶栅出口二次流场的影响

一、实验装置与模型 在低展弦比矩形透平静叶栅中,占总损失主要部分的二次流损失与出口截面上通道涡的位置和尺度有关。本文通过在较大冲角范围内对具有不同倾斜角叶片叶栅出口流场的测量,研究旋涡结构与二次流的关系,从而进一步完善降低二次流损失的方法。     

HL-2Mװ�ü�����Ȧ֧�Žṹ����

利用ANSYS有限元软件,分别采用静态及动态分析方法对HL-2M装置极向场线圈支撑结构进行了分析,获得了典型工况载荷作用下的应力分布、位移及变形。结果表明,支撑结构能够满足装置的设计要求。为进一步优化支撑结构提供了参考数据。     

通道涡稳定性及对损失的影响

采用具有TVD性质的三队精度Godunov格式,对均匀加载叶型及后部加载叶型所构成的叶栅在不同弯角下的流场进行了数值模拟。详细研究了叶片弯曲后对通道涡截面拓扑结构的影响。发现叶片正弯后有利于使通道涡在结构上变得稳定;同时也指出;与常规叶片相比,二次流损失较小的后部加载叮型所构成的叶栅内的通道涡在结构上较为稳定。本文进一步分析了通道涡结构的改变对损失的影响;并指出使通道涡在结构上变得稳定的边界条件可能有助于减少二次流损失。     

旋转离心风机叶轮内两相流动的高速摄影研究

固体颗粒与叶栅的磨擦与碰撞，危及叶轮的可靠性和整体装置的稳定性。为研究风机内气固两相流动，利用自制的图象消转装置，拍摄了旋转风机内部固体颗粒相对于叶轮流道的相对运动轨迹的高速摄影照片，对旋转离心风机内颗粒运动特性、颗粒与叶片的碰撞过程及碰撞恢复特性进行了研究，分析了颗粒对叶片的冲蚀机理并指出改进设计思路。     

新型可调节叶片喷嘴的结构及气动设计

本文针对低温余热能量回收透平装置设计了一种新型的可调节叶片喷嘴机构(Rotatable Vaned Nozzle,RVN),该设计具有结构新颖、可靠性高的特点.在调节结构设计的基础上,采用CFD方法对叶片喷嘴内流动特性进行了数值分析,研究了不同转动角度对喷嘴性能的影响.     

风力机叶片多目标遗传算法优化设计

风力机叶片设计的目标多样性使得传统单一目标设计方法无法满足设计要求,大型风力机的高发电量与大负载之间的矛盾必须得到平衡。为此,以年发电量最大和叶片质量最轻为优化设计目标,通过多目标遗传算法设计了5 MW大型风力机叶片,得到Pareto分布优化解集。与NREL 5 MW风力机叶片比较结果表明:Pareto优化解集均一定程度优于参考叶片,其中得到了全面优于参考叶片的优化解,年发电量提高了2.48%的同时降低了质量7.7%。叶片气动外形不是影响质量的唯一因素,气动载荷对结构强度的要求间接地影响了叶片质量,进一步表明了以气动效率作为叶片设计唯一目标的设计方法的局限性。     

Wells透平失速特性及微圆柱流动控制研究

振荡水柱装置作为海浪能转换的重要手段,其转换能力受Wells透平失速特性的限制。本文以带有NACA 0015叶型的单排Wells透平为研究对象,讨论了叶片前缘展向微圆柱参数在稳定入流下对透平性能的影响,揭示了微圆柱对透平失速特性和损失的作用机制。结果表明,微圆柱的尾迹增强了转子吸力面侧边界层内湍流强度和动量混合,有效地抑制了尾缘轮毂附近的初始分离。同时,叶顶间隙泄漏涡强度减小,削弱了叶顶泄漏流与吸力面侧流动的相互作用。随着圆柱半径增大,其尾迹涡涡量增大,能够进一步抑制流动分离,但圆柱尾迹耗散损失增大,导致透平效率进一步降低。当圆柱距前缘为10%C (叶片弦长),圆柱半径为1%C时,峰值扭矩系数提高26.57%,对应流量系数增大19.15%。     

进口温度不均匀对气冷涡轮叶片传热的影响

本文对带有复合冷却结构的航空燃机高压涡轮导向叶片进行了气热耦合数值模拟研究,分析了温度径向分布不均匀和存在"热斑"涡轮进口条件下对气冷涡轮叶片传热的影响,研究发现进口温度径向不均匀分布在涡轮叶片径向中上部形成相对集中的带状高温区域,并使下游气膜冷却效果降低,热斑的存在进一步加剧对叶片局部区域的热冲击,复合冷却结构能够比较有效地降低由于进口温度不均匀所形成叶片表面局部高热区域的热负荷。     

谱分析法测量叶尖小翼对风轮旋转时固有频率的影响

风力机叶尖加小翼,在一定范围内可以增加风力发电机的输出功率,提高功率系数.本文通过应用谱分析法测量风力机风轮旋转时机头的振动谱,通过分析得到了风轮动频,应用动频曲线研究了风力机叶尖小翼对风轮固有频率的影响.实验表明,叶尖小翼虽然降低了风轮静频但通过增大离心力和气动力提高了动频.叶尖小翼可以改善旋转风轮的结构动态特性.     

风力机叶尖加小翼动力放大特性实验研究

本文在风力机的叶尖上通过添加V型平板小翼实验,提高了风力机的输出功率.在风洞实验研究中,进行了不同长度和宽度,不同前张角和后张角小翼的探索.实验表明小翼对风力机在一定尖速比λ范围内可以提高功率系数cp值.     

利用地铁隧道风能发电的设计与研究

当今世界,随着社会发展,能源是经济之本,是人类生活的依存。本项目对地铁隧道风力发电展开研究,从了解地铁隧道风能的特征入手,通过理论分析结合实验验证,制作实体模型辅助研究,做出初步可行性分析,认定方案可行,然后提出有效利用地铁风力发电的创新设计方案,其中包括羽状风叶、差速装置和机械蓄能装置,并以此为基础设计了整套地铁隧道风力发电设计。该设计是对室内环境风力发电的率先探索,通过研究可得出：利用地铁隧道风力发电设计是一种新的能源利用形式,并有一定应用前景。     

S型叶尖小翼对风力机流场特性影响的研究

在额定尖速比下,结合滑移网格的大涡模拟方法,对有无叶尖S型小翼的三叶片水平轴风力机流场特性进行了数值研究,结果表明:加装S型小翼后,改善了风轮上游的速度及压力分布情况,汲取了更多的风能;风轮压力面及吸力面的最大压差由1359 Pa提高到1756 Pa,使风轮功率放大;叶尖涡结构扩展规律与PIV(Particle Image Velocimetry)实验结果一致,叶尖涡轴向速度由15.6 m/s降低到了13.3 m/s,涡漩能量减少,叶尖涡涡量强度减弱,降低了气动噪声。     

小型风光互补发电演示装置

研制了适用于大学物理演示实验教学的小型风光互补发电演示装置,该装置由叶片、风力发电机、光伏太阳能电池板、控制器、蓄电池、逆变器、负载等几部分组成.整个系统以光电互补控制器为核心,经由风力发电机与光伏太阳能电池板将风能和太阳光能转变为电能,并将其储存于蓄电池中供负载使用.该装置展示了风力发电系统的组成,演示了风力发电原理和相关空气动力学原理.     

一种新型垂直轴风力机的CFD分析

Savonius风力机由于作用在叶片的凸面上的"负阻力"和来流不稳定性导致效率低,该"负阻力"造成一个负转矩降低了输出功率,并且在某些来流角度下导致原装的Savonius风力机启动困难。本文提出一种采用控制叶片数目和叶片不同弯曲度的控制来提高风能的利用率,并用CFD方法模拟不同转子结构的内流特征,为消除"负阻力",提出一种采用导叶或挡风板的结构实现引流,并数值分析了该结构的流动特征。模拟结果显示,新结构的多叶片Savonius风力机的转矩和启动特性有明显改善,且功率系数也比普通的Savonius风力机高。     

基于蚁群算法自整定PID的风电系统最大风能追踪研究

以欠功率阶段的最大风能追踪为研究重点,对风力机捕获风能的过程进行理论分析,将蚁群算法自整定PID应用于最大风能追踪控制,设计了蚁群算法自整定PID控制器,并对其进行相应的仿真分析。仿真结果表明,与传统的PID控制策略相比,该控制策略使控制系统具有良好的动态响应能力,提高了控制精度、风能利用率、输出功率。     

An experimental study on the effects of relative rotation direction on the wake interferences among tandem wind turbines

An experimental study was conducted to investigate the effects of relative rotation direction on the wake interferences among two tandemwind turbines models.While the oncoming flow conditions were kept in constant during the experiments,turbine power outputs,wind loads acting on the turbines,and wake characteristics behind the turbines were compared quantitatively with turbine models in either co-rotating or counter-rotating configuration.The measurement results reveal that the turbines in counter-rotating would harvest more wind energy from the same oncoming wind,compared with the co-rotating case.While the recovery of the streamwise velocity deficits in the wake flows was found to be almost identical with the turbines operated in either co-rotating or counter-rotating,the significant azimuthal velocity generated in the wake flow behind the upstream turbine is believed to be the reason why the counter-rotating turbines would have a better power production performance.Since the azimuthal flow velocity in the wake flow was found to decrease monotonically with the increasing downstream distance,the benefits of the counter-rotating configuration were found to decrease gradually as the spacing between the tandem turbines increases.While the counter-rotating downstream turbine was found to produce up to 20%more power compared with that of co-rotating configuration with the turbine spacing being about 0.7D,the advantage was found to become almost negligible when the turbine spacing becomes greater than 6.5D.It suggests that the counter-rotating configuration design would be more beneficial to turbines in onshore wind farms due to the smaller turbine spacing(i.e.,~3 rotor diameters for onshore wind farms vs.~7 rotor diameters for offshore wind farms in the prevailing wind direction),especially for those turbines sited over complex terrains with the turbine spacing only about 1–2 rotor diameters.     

基于电晕放电的大功率LED散热研究

针对大功率LED芯片的散热问题,提出了一种基于电晕放电原理的离子风散热方案。通过试验,研究了电晕放电的电学性能,同时探寻了放电电压对制冷效果的影响以及温降随电晕放电功率的变化规律。结果表明,放电间距相同时,对发生器施加负电晕能够在较低的电压下产生离子风,降温效果显著。电晕电流平方根与放电电压呈线性关系。电晕放电功率为1.5 W、放电间距为10 mm时,散热效果最好。     

风电功率时间序列混沌特性分析及预测模型研究

为揭示风电功率序列内在的动态特性, 利用非线性方法对风电时间序列混沌特性进行识别, 为对风电功率进行预测提供了基础.首先对某风电场的风电功率时间序列的日相关性进行了分析;然后在相空间重构的基础上计算了风电序列的最大Lyapunov指数, 验证了风电时间序列的混沌特性;由于采用Volterra滤波器多步预测法对风电功率进行超短期预测误差较大, 利用局域多步预测法以及最大Lyapunov指数法的预测结果并结合加权马尔科夫链和有序算子对Volterra滤波器的预测结果进行校正.最后以某实际风电场的风电功率预测为算例, 仿真结果表明校正预测模型有效的提高了预测精度, 其为利用Volterra滤波器多步法进行风电预测提供了有益的参考.