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.     

风剪切对风力机叶片气动性能及尾迹形状的影响

风力机通常运行在非定常工况中,其气动性能及尾迹会随着工况的变化而变化. 风剪切是风力机长期所处的环境,它会影响到叶片气动载荷、尾迹形状、总体性能等,分析风剪切作用下的叶片气动性能对风力机的设计有重要意义.本文采用一种时间步进自由涡尾迹(free vortex wake, FVW)方法,耦合FVW方法与风剪切模型,计算不同风剪切因子作用下叶片的气动力系数、推力以及风轮后的尾迹形状变化,研究尾迹形状变化对风轮旋转平面诱导速度及风力机叶片气动性能的影响. 结果表明:在风剪切入流条件下, 随着风剪切因子的增大,风力机的气动力系数随时间做周期性波动的幅度加剧, 推力的平均值逐渐减小,尾迹倾斜程度增大, 尾迹在轮毂下方的倾斜程度更明显;尾迹形状的变化使风轮平面轴向诱导速度因子分布不均匀,同时使风力机的总体性能降低且偏离较大;倾斜尾迹相比于对称尾迹对风轮平面处的诱导影响有明显差别, 波动幅值增大,气动力系数在波谷处的偏差比波峰处大. 尾迹越倾斜,风轮旋转平面处的载荷不对称性越明显.      

Modeling three-dimensional dynamic stall

The dynamic stall process in three-dimensional (3D) cases on a rectangular wing undergoing a constant rate ramp-up motion is introduced to provide a qualitative analysis about the onset and development of the stall phenomenon. Based on the enhanced understanding of the mechanism of dynamic stalls, a 3D dynamic stall model is constructed with the emphasis of the onset, the growth, and the convection of the dynamic stall vortex on the 3D wing surface. The results show that this engineering dynamic stall model can simulate the 3D unsteady aerodynamic performance appropriately.     

前言

由于石化能源危机和全球气候变化日趋严重,发展可再生能源己成为当今世界的迫切问题之一.在诸多可再生能源项目中,风力发电已成为最具发展前途的项目,受到世界各国的重视.近年来,我国大型风力发电产业发展迅速,每年新装机发电能力已超过万兆瓦,位于国际前列.预计2020年总量将超过2亿千瓦.风电产业的发展获得国家的大力支持.国家发改委能源局已批准建立了国家能源风电叶片研究中心、海上风电技术装备研发中心、大型风电并网系统     

前言北大核心CSCD

由于石化能源危机和全球气候变化日趋严重,发展可再生能源己成为当今世界的迫切问题之一.在诸多可再生能源项目中,风力发电已成为最具发展前途的项目,受到世界各国的重视.近年来,我国大型风力发电产业发展迅速,每年新装机发电能力已超过万兆瓦,位于国际前列.预计2020年总量将超过2亿千瓦.风电产业的发展获得国家的大力支持.国家发改委能源局已批准建立了国家能源风电叶片研究中心、海上风电技术装备研发中心、大型风电并网系统     

大于切出风速的大型风力机运行控制策略研究

运用非定常叶素动量(BEM)理论计算气动载荷,叠加重力载荷和惯性载荷,建立并数值求解全机动力学模型。基于快速非支配排序遗传算法(NSGA),在切出风速以上,优化得到变速变桨和定速变桨两种控制规律曲线,实现大型风力机在25m/s~40m/s风速之间正常运行的目的。比较两种控制策略的输出功率、风轮推力和转矩,得出变速变桨控制策略更适合于25m/s~40m/s之间风力机运行控制的结论。计算稳态工况时8种叶根载荷的极限值,由各载荷的变化趋势可知,Fy在25m/s之后增大9%,其他载荷均安全。     

串列风力机尾流干扰的研究简

广义致动盘方法是通过引入体积力代替叶片的致动盘技术与三维Navier-Stokes 方程相结合来获得风力机周围流场信息的一种方法. 该方法避免了花费大量网格与计算资源去求解风力机叶片的附面层,从而可以把更多的网格与计算资源用于风力机尾流流场的模拟,非常适合用于风力机尾流流场的研究. 以NH1500风力机为计算模型,将常规CFD (computational fluid dynamics) 方法与广义致动盘方法计算所得的叶片载荷分布进行比较,以验证广义致动盘方法的可行性. 然后使用广义致动盘方法对风场中串列风力机进行数值模拟,研究串列风力机之间间距变化时,上游风力机产生的尾流对下游风力机的干扰影响.