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。     

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。     

切变来流下风力机叶片应力耦合性分析

针对水平轴风力机叶片工作过程中产生裂纹、断裂等疲劳损伤问题,结合风资源数据和风力机的结构参数,将不同风切变函数的自然风来流条件编译成UDF函数对Fluent软件进行二次开发,分析两种翼型(NACA4415翼型和S翼型)风力机叶片的应力分布规律。结果显示:切变来流风速不同时,在气动力、离心力和重力耦合作用下,两种叶片从垂直向上方位按照顺时针旋转至30°位置时应力值最大,且叶片最大弦长截面靠近无因次弦长位置x/C=0.4应力值最大,NACA4415翼型叶片气动中心线(x/C=0.25)处应力沿翼展方向先增大(r/R=0.49最大)后减小,而S翼型叶片沿气动中心线逐渐减小;在相同切变来流风速下,S型叶片的截面尺寸相对较大,气动力、离心力和重力均大于NACA4415型叶片,其应力值也较大;关键位置气动中心线处的应力值较叶片前缘、后缘以及叶背最高处位置的应力都大。仿真结果对于风力机翼型的选择及优化具有重要的参考价值。     

一种风力机气动计算的全自由涡尾迹模型

采用全自由方式建立风力机尾流场的涡尾迹模型，引入“虚拟周期”的概念，并发展一种自适应松弛因子方法，从而改善了自由尾迹迭代的稳定性，提高了迭代收敛速度。利用建立的自由涡尾迹模型，计算了风力机叶片的尾流场结构、气动性能及叶片载荷，并与实验结果进行了对比分析。结果表明，尖速比越大，自适应松弛因子方法对缩小模型计算时间越有效；全自由涡尾迹模型能准确给出风力机尾流场的结构，包括尾迹的扩张以及叶尖涡和叶根涡的产生、发展和耗散的过程，风轮扭矩与实验数据吻合；叶片载荷分布的计算结果在低风速下与实验值基本一致，但是在大风速下差别较大，说明需要一个准确的失速模型。     

复杂工况下的大型风力机气动性能和尾迹研究Investigation of aerodynamic performance and wake of the large scale wind turbine in complicated conditions

在复杂工况下，大型风力机非定常特性会更严重，导致风力机气动性能变化和尾迹预测更加复杂。本文主要针对稳态偏航、动态偏航、风剪切和随机风速场等复杂工况，基于自由涡尾迹方法，嵌入复杂工况的模块，加入了动态失速模型和三维旋转效应模型修正，实现了复杂工况数值模拟计算，比较了不同复杂工况的气动载荷和尾迹形状。最后，得出了风力机在复杂工况下的气动性能、载荷和尾迹叶尖涡线特性，并计算出风力机在复杂工况下的气动载荷超调量和迟滞时间。对推进自由涡尾迹方法应用于风力机工程的大批工况载荷计算，提高大型风力机的载荷计算精度和设计水平等具有重要意义。     

改进的NSGA-Ⅱ算法研究风力机叶片多目标优化

将一种采用精英控制策略和动态拥挤方法用于快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),并应用到风力机叶片的优化研究中,获得了一种新颖的风力机叶片多目标优化设计方法.作为应用算例,以设计风速下的功率系数最大和叶片质量最小为优化目标,用该方法设计了5 MW大型风力机叶片.优化结果表明,此算法在处理风力机多目标优化问题取得了良好的效果,给出的是一个Pareto最优解集,而不是传统优化方法追求的单个最优解,为风力机多目标优化设计提供新的思路和通用的算法.