叶顶端翼提升主动襟翼叶型气动性能的数值研究

本文在振荡来流条件下,数值模拟叶顶端翼对加装主动Gurney襟翼的垂直轴风力机叶片非定常气动特性的影响。采用NACA0015翼型的直叶片,并在尾缘前6%弦长位置安装主动襟翼。在最大出力工况(折合频率为0.1)下,对比原型叶片,加装主动襟翼叶片的切向力系数提高了4.47%,安装有叶顶端翼的主动襟翼叶片的切向力系数提高21.18%。通过比较叶片端部涡结构分布,发现叶顶端翼不仅阻止了叶片压力面及吸力面的叶梢涡分支在尾缘处汇合,同时也隔断了主动襟翼产生的角涡与叶梢涡的融合,有效的降低了叶片端部损失,提升了风力机的整体性能。     

基于大涡模拟下风力机翼型非定常转捩流动的动态模态分解分析

翼型绕翼流动对风力机整机性能产生重要影响.本文基于大涡模拟方法,得到风力机翼型非定常转捩流动.通过对压力流场的动态模态分解(DMD)分析,发现翼型层流分离泡的生成和发展为流动主要非定常特征,且该特征具有主要频率.预估得到高增长率T-S扰动波频率与DMD模态频率接近,发现高频变化的分离泡由边界层分离点下游不远处的T-S扰动波诱导K-H不稳定性而主导,以及中低频的DMD模态表现为T-S扰动波所引起的湍流结构.对比不同攻角下的DMD分解结果,发现上表面分离泡会逐渐向前移动,长度变短;而下表面分离泡略微后移,长度变化不大.     

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。     

计算流体力学在大型风力机空气动力学的应用进展北大核心CSCD

针对大型风力机设计中的关键空气动力学问题,比较系统地介绍了计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法的主要应用,特别是在大型风力机翼型气动分析、风力机流动的数值模拟、风轮空气动力特性的数值计算以及大型风力机叶片的多目标气动优化设计方面的进展.基于CFD方法分别实现了风力机翼型与叶片二维/三维气动特性的准确预测,风力机尾流场涡系结构的准确捕捉;并结合多目标遗传算法对1.5 MW风力机叶片进行了优化,获得了具有高风能利用效率的叶片方案.     

大型风力机翼型族的设计与实验北大核心CSCD

翼型是构成风力机叶片的基本要素,是风力机叶片设计的基础.发展适用于大型风力机叶片的高性能翼型,对于提高其风能捕获能力、减少重量以节约制造和运输成本、减轻惯性载荷和阵风载荷等具有重要意义.首先,回顾了上个世纪90年代以来风力机翼型族研究的发展历程,介绍了国外发展的S系列、DU系列、RIS系列、FFA系列等翼型族.其次,针对兆瓦级大型风力机翼型设计的技术要求,介绍了西北工业大学NPU-WA翼型族的设计、风洞实验及改进.最后,给出了多兆瓦级风力机翼型族的研究展望.     

风力机黏性无黏耦合气动模型研究

三维面元法利用面网格实现三维势流流场的求解,不但可以准确地计算压力系数分布等叶片三维流场信息,又不需要耗费过多的计算时间,为分析风力机三维流场提供了有效的途径。边界层模型可以有效地计算近壁黏性区,从而补充面元法的不足。基于三维面元法和二维边界层模型建立黏性无黏耦合模型,并以Joukowsky翼型为案例验证面元法模型准确性。利用黏性无黏耦合模型对NREL Phase Ⅵ风力机叶片的三维流场进行了具体的分析。计算结果表明黏性无黏耦合模型具有效率高计算准确等特点,适合于风电叶片气弹耦合问题的研究。     

基于非线性升力面方法的风力机尾迹数值模拟

基于非线性升力面方法,结合自由尾迹模型与黏性涡核模型,建立了轴向风和偏航风条件下的水平轴风力机气动载荷和尾迹的数值模拟方法。对具有丰富实验数据的NRELPhase VI风力机和TU Delft风力机进行了数值模拟,将叶片气动力以及尾迹场模拟结果与实验数据进行了对比分析。结果表明,计算方法可以较好地模拟风力机在轴向风与偏航风条件下的叶片气动力和尾迹,是一种具有较高工程精度和计算能力的数值模拟方法。     

大型水平轴风力机叶片气动弹性计算

给出了一种考虑几何非线性的大型风力机静、 动气动弹性一体化计算方法．采用涡尾迹方法进行风力机气动载荷计算．建立风力机风轮的三维壳模型．沿周向平均风力机叶片载荷并加载到结构模型进行非线性静气动弹性分析．基于动力学小扰动假设, 在静平衡构型下进行动力学线性化, 计算风轮固有振动特性．继而结合非定常涡尾迹方法计算风力机动气动弹性响应．计算了NH 1500叶片考虑几何非线性的静气动弹性位移和动气动弹性响应．结果表明,大型风力机叶片几何非线性较为明显地减小静气动弹性位移,同时降低动气动弹性的响应幅值．大型风力机气动弹性响应计算需要考虑几何非线性     

海上浮式风力机及其动力学问题

深水风资源更为丰富,随着科技进步风电场正逐步向水深百米及以上的海域发展．海上浮式风力机、浮式基础以及系泊系统作业时,受到风浪流等的联合作用．就不同海上浮式风力机形式及其典型结构对应的气动载荷、水动力载荷,浮式风力机系统与环境动力的耦合问题、处理方法和可能的发展方向作了简要的评述．充分考虑作业背景的环境流场和风力机尺度,针对不同的流动特征综合各种理论方法和计算手段,更为准确地进行空气动力学-水动力学-控制系统-结构耦合分析是研究的难点和发展方向.     

一种改进的诱导因子计算方法

本文利用开发的程序,对BEM计算模型中诱导因子的计算方法进行研究.比较分析了已有几种计算方法的优劣,在此基础上提出一种改进的计算方法,并以美国可再生能源实验室(NREL)直径为10 m水平轴风力机叶片气动试验数据为依据,验证了本文算法的准确性和优越性.