浮式海上风力机叶片气动性能的流固耦合分析

随着深水浮式海上风电场在世界范围内的兴起,浮式平台运动性能对风力机稳定运行及叶片气动载荷影响的研究具有重要意义。基于三维粘性不可压缩Navier-Stokes方程和适用于旋转流场分析的重整化群k-ε(RNG)湍流模型,数值模拟美国可再生能源实验室(NREL)5MW海上风力机的气动性能,并将数值模拟结果与NREL的设计参考数据进行对比分析,较好地验证了该数值模拟方法的有效性。进一步利用滑移网格技术模拟风力机叶片随浮式平台的典型周期性运动,实现浮式风力机叶片与周围流场的复杂非线性流固耦合分析,分别研究浮式平台不同运动幅值和运动周期对风力机叶片气动性能的影响规律,并从物理机理角度进行阐明分析。本文的主要研究成果,将对未来大型深水浮式海上风力机的气动性能分析及浮式平台系统的运动性能设计起到积极的指导作用。     

φ型风力机空气动力学特性研究

本文采用均匀多流管模型和多流管模型,建立了基于Troposkien曲线的Φ型垂直轴风力机气动性能的计算方法和程序。在多流管模型中加入了附加阻力系数修正和动态失速修正,提高了计算精度。分析了流管数目对流管模型计算结果,以及实度和高径比对Φ型风力机空气动力学特性的影响。     

基于仿生设计的风力发电机叶片力学性能的实验研究

根据风力机的基本理论和相似理论设计了一个翼型为SG6050,半径为1m的小型风力机叶片。运用结构仿生学原理,对所设计的风力机叶片进行了仿生物中轴铺层设计。通过模态实验与应变实验,比较了传统设计与仿生设计两种不同风力机叶片的力学性能。模态实验结果表明,基于仿生设计的叶片的前六阶固有频率比传统叶片的前六阶固有频率减少约8％;两种叶片的固有频率均满足设计要求;仿生设计的叶片几乎不会改变叶片的动态特性。而应变实验表明,仿生设计的叶片在各种工况下的应变均大于传统的叶片约10％～20％。新设计的叶片具有较好的柔性,有效减小了叶片的应力,提高了叶片的疲劳寿命。     

Oil Company Planning New LNG Project in Zhejiang

China National Offshore Oil Corporation,China‘s third-largest oil and gas company,will build the country‘s third liquefied natural gas (LNG)project in energy-starved East China‘s Zhejiang Province.     

一种全自动微藻分析仪

本发明涉及海洋浮游植物检测的技术领域，是一种基于双特异分子探针分析方法的全自动生化分析仪，包括采样预处理模块，裂解破碎模块，探针液槽模块，升降盘模块，恒温模块，单、多吸液头模块，定量移液和加液模块，恒温震荡模块，洗板模块，酶标模块，三维机械手，气、液控制系统，电器控制系统等装置。本发明的优点是可以全自动的流程，实现近海水域的表、中、深三层水样的藻类检测与分析，可以并行测定多达20个水样，一个水样中可测定多种优势藻类的含量，克服了传统方法人力、物力上的浪费，减小了由于复杂的手工操作带来的人为误差，提高了检测的速度和精度。本发明不仅能船装载使用，也可置于岸上使用。     

基于遥测技术的风力机叶片动态应变特征实验研究

采用旋转机械应力应变无线遥测技术,在直流式低速风洞开口段对风力机叶片运行状态中的应力应变特性进行了实验研究,结果表明:在相同尖速比下,叶片各截面沿展向向外位置增加应变值逐渐减小,随着风速的增加,压力面的应变值增加幅度大于吸力面,叶根处应变增加幅度大于叶尖,并在0.55R到0.75R段应变拟合曲线略微凸起,主要是气动力在该截面区作用的效果;在相同风速下,叶片各截面沿展向向外位置增加应变值逐渐减小,且各截面的应变值随着尖速比的增加而增大,叶根较叶尖增加幅值更明显,叶根部位所受离心力增加较快;相同翼面处前缘点的应变值大于后缘点的应变值。为开展大型风力发电机组叶片动态应变检测积累了可鉴借的经验。     

随机湍流工况低雷诺数风力机翼型优化研究

为改善小型风力机随机湍流工况适应性,以NACA0012翼型为研究对象,采用非嵌入式概率配置点法,获得随机湍流工况下小型风力机叶片翼型运行攻角分布规律;在气动优化中耦合层流分离预测,基于Transition SST模型、拉丁超立方试验设计、Kriging模型和带精英策略非支配排序遗传算法NSGA-II进行高湍流低雷诺数风力机翼型气动优化。结果表明,优化翼型叶片平均风能捕获效率分别提高3.01%和4.76%,标准差分别降低4.76%和14.93%,优化翼型湍流适应性增强。该方法将翼型设计与湍流风况相匹配,为湍流工况低雷诺数翼型及小型风力机设计提供参考。     

湍流强度对风力机翼型气动性能的影响

本文通过采用Transition-SST湍流模型对UMY02-T01-26风电机组专用翼型绕流流场的数值计算,探究了湍流强度对风力机翼型气动性能的影响。结果表明,随着湍流强度的提高,翼型升力系数由前缘失速转变为混合失速。在一定的攻角范围内,升力系数略有增大。对于攻角处于升力系数非线性增长区域范围内,湍流强度的增大导致翼型壁面最大负压值增大。当湍流强度变化时,其壁面上出现层流分离泡的位置大小随之发生变化。此外,本文通过流场分析进一步确定了层流分离泡的产生与变化。     

波状前缘对风力机翼型失速性能影响数值分析

为研究仿生波状前缘对翼型失速性能的影响,本文采用S-A湍流模型,对风力机翼型NACA634-021(光滑前缘)以及对应的正弦波状前缘仿生翼型的绕流流场进行了数值模拟。结果表明,光滑翼型在20°攻角附近发生深度失速,升力系数骤然下降;而波状前缘仿生翼型有效改善了失速特性,升力系数变化较平稳,在大攻角下高于光滑翼型。通过流场分析发现光滑翼型失速前后升力系数骤然下降的主要原因在于前缘压力面和吸力面的压差大幅度下降,而仿生翼型改变了前缘的压力分布特性,进而改变了大攻角下的分离特性,促进流向涡对的产生和发展,使得凸峰附近保持附着流动,进而提高升力。     

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。