随机粗糙度对风力机翼型气动性能影响

建立人工神经网络、径向基函数网络和支持向量回归机三种近似模型,结合蒙特卡洛方法与表征粗糙度参数随机特性的概率模型对风力机翼型气动性能进行不确定性分析。结果表明,支持向量回归机具有最佳预测精度。对于风力机翼型FX 63-137,最大升力系数对吸力面前缘粗糙度的敏感性明显高于压力面;对于吸力面或压力面,前缘粗糙带厚度对最大升力系数的影响稍大于其覆盖长度的影响。研究工作为风力机翼型的鲁棒性设计优化奠定了理论基础。     

水平轴风力机专用翼型性能评估方法

本文提出了风力机翼型完整的性能参数体系和相应的评估方法,并以此评估了CAS-W1翼型与DU翼型的性能特征。对翼型性能的评估侧重于失速特性、非设计点特性和翼型气动性能的稳定性。评估结果表明,相对于DU翼型,CAS-W1翼型系列设计点性能和非设计点性能较好,但是失速特性和性能稳定性需要优化。     

风力机翼型在失速工况下非定常流场的本征正交分解分析

风力机气动性能受静态失速与动态失速影响很大,对风力机翼型的失速问题研究具有重要意义.本文通过计算流体力学方法得到的风力机翼型在固定大攻角工况,以及大攻角震荡工况下的非定常流场,来研究翼型静态失速与动态失速.采用本征正交分解方法(POD),对非定常流场降阶,得到流场的POD模态以及对应的系数.POD模态结果表明在静态失速...     

基于气动反问题的风力机翼型优化设计

翼型气动优化设计的核心在于快速、准确的流动性能分析与快速、可靠的寻优算法。本文提出通过控制翼型表面预期流动分布,应用气动反问题方法,求解性能优化的翼型气动设计新方法。本文的翼型流动分析是基于位势流动与边界层积分方程的迭代解法。气动参数寻优采用了基于多变量搜索的加速POWELL算法,在确定的参数空间内,遍历搜索最佳性能点,可以保证最终优化解的全局性。气动反问题求解采用了壁面喷吸气模型。计算案例表明,本文方法的计算时间少,在流动不分离时具有与RANS同等计算精度,为快速开发低速风力机翼型提供了一个有效的设计方法。     

仿鲸鱼鳍翼型动态气动力载荷控制研究

本文将仿鲸鱼鳍前缘结构应用于风力机翼型,通过风洞实验,对动态翼型气动力进行测试,分析仿鲸鱼鳍前缘结构对风力机翼型气动力载荷的控制效果。通过实验得出以下结论:1)仿鲸鱼鳍前缘结构改善了风力机翼型静态气动力特性;2)仿鲸鱼鳍前缘结构改善了翼型动态失速特性,降低叶片极限载荷的产生;3)仿鲸鱼鳍前缘结构降低翼型动态气动力载荷的波动特性,有助于降低叶片疲劳载荷,提高叶片运行的稳定性。     

锯齿尾缘降噪翼型优化设计研究

大量研究工作表明旋转风电叶片的主要气动噪声来自叶尖尾缘区域,一直以来都是严重影响居民生活和叶片气动性能发挥的重要因素之一.为此,针对决定叶片重要气动特性单元——二维翼型,采用有别于传统的仿猫头鹰翅膀锯齿尾缘流动控制方法,将锯齿关键尺寸参数融入到风力机翼型设计之中,从而开发仿生锯齿翼型的优化设计方法,获得低噪声与高气动性...     

基于变分有限元方法的S809翼型的改进设计

翼氆的升力和阻力特性直接影响到叶轮机或机翼的性能,传统风力机翼型的外形是基于经验和半经验的方法得到,本文采用变域变分有限元方法,以NREL S809翼型为原形,通过改进其叶片表面的目标压力分布,进行该翼型的改进设计,并对新设计出的翼型在0°～20°攻角范围内进行CFD数值模拟,得到的结果与原始S809翼型在升阻力系数,...     

风力机动态失速降阶模型

在非定常气动环境下运行的风力机会引发动态失速的现象。由此对风力机翼型的非定常气动力用两种降阶模型(Volterra级数模型和基于代理模型的递归结构模型)进行了预测。本文对两种模型进行了简要分析。为了说明模型对非定常气动力预测的能力,将预测结果与CFD仿真结果进行了比较。结果表明在轻度失速工况下两种模型都有较好的预测能力,在深度失速工况下基于代理模型的递归结构模型的精度较高。因此也可以认为这两种降阶模型对风力机的气动弹性问题的分析和优化是有益的。     

涡发生器对风力机翼型动态失速的影响

基于计算流体力学方法(CFD),对带/不带涡发生器的风力机翼型DU-97-W-300的静态和动态气动特性进行了数值研究,在数值计算的静态升力系数与实验值吻合较好的前提下,分析了其动态失速过程中气动性能的迟滞变化规律。干净翼型在攻角减小中的气动性能呈现周期性波动,涡发生器可以有效控制分离流动,明显提升翼型动态过程中的气动性能.     

风力机非对称钝尾缘翼型优化设计方法研究

为了提高风力机钝尾缘翼型优化设计的精确性,提出设计变量计及尾缘厚度及其在中弧线上侧分配比的非对称钝尾缘翼型优化设计方法。采用风力机翼型型线集成理论和B样条曲线,建立钝尾缘翼型型线控制方程组。以翼型的形状函数系数、B样条控制参数以及钝尾缘厚度和其分配比为设计变量,利用粒子群算法耦合XFOIL软件进行钝尾缘翼型优化设计。针对S812翼型优化得到尾缘厚度2.61%c、厚度分配比0:1的钝尾缘改型,采用计算流体动力学方法研究翼型及其改型的气动性能和流场特性。结果表明:优化得到钝尾缘翼型的升力系数和最大升阻比均显著增大;钝尾缘翼型吸力面的气流在流场中发生下洗,改善了翼型表面压力分布,并引起翼型失速延迟,使得翼型的气动性能明显提高。     

水平轴风力机专用翼型族设计

本文采用正问题方法设计了适用于我国风况的风力机专用翼型族CAS-W1-XXX系列。包括最大相对厚度为15%～60%的11个不同厚度,适用于叶片根部到叶尖所有部分,设计雷诺数为3000000。设计中选择NUMECA软件中的AUTOBLADE模块进行翼型的几何造型,使用XFOIL进行翼型的气动持性和几何持性分析。通过XFOIL对设计结果进行分析得出CAS-W1-XXX翼型族具有良好的气动持性,前缘粗糙不敏感性以及良好的几何兼容性。     

升力型垂直轴风力机翼型的选择

目前升力型垂直轴风力机采用的翼型多种多样,为了研究不同翼型对升力型垂直轴风力机风能利用率的影响,本文采用计算流体力学软件和滑移网格技术对升力型直叶片垂直轴风力机进行二维流场的数值模拟。结果表明,对于升力型垂直轴风力机,当选择NACA0018翼型可以达到最高的风能利用率。     

风力机叶片21%相对厚度翼型粗糙敏感性研究

基于变速变桨水平轴风力机,依据动量叶素理论和风力机实例,分析得出了叶片外侧翼型(包括21%相对厚度翼型)在低于额定风速变速运行阶段的粗糙敏感性评价指标为升力系数和升阻比的下降率;提出了根据升、阻力系数对输出功率的作用大小来确定两粗糙敏感性评价指标权重系数的方法,并用实例演示了21%相对厚度翼型粗糙敏感性评判基准的获得;另外,通过正交设计、XFOIL软件几何造型与气动计算和方差分析得出了翼型各几何参数在不同雷诺数下对粗糙敏感性不同评价指标的影响程度和最优组合是不一样的。本文结论可为不同风况下风力机翼型的设计和粗糙敏感性评价提供参考。     

风力机叶片气动噪声的影响参数

随着风力机的大型化发展,风电机组噪声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对象,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。     

基于风力机叶片铺层的频率优化设计

从叶片的铺层角度出发,编程建立了一种风力机叶片的约束优化设计模型。采用风力机叶片主梁帽的铺层厚度及位置为优化设计变量,在保证气动外形不变,满足各种约束的情况下,以获得最大一阶挥舞频率为设计目标,使用改进粒子群算法进行搜索约束优化解。结果表明:合理地设计主梁帽的铺层厚度和位置能得到更好的结果,验证了模型的有效性。优化结果对工程设计具有一定的参考价值。     

5kW遮蔽-增速升力型垂直轴风力机优化设计

本文详细介绍了5 kW遮蔽-增速垂直轴风力机的结构特点及主要参数。利用正交优化设计方法,采用计算流体力学软件,针对5 kW风力机,在叶片个数和遮蔽板安装位置半径一定的情况下,对翼型弦长、叶片转动扫掠面的半径、风轮旋转速度、遮蔽-增速板个数、遮蔽-增速板与叶片间的气动间隙以及遮蔽-增速板的安装角六个参数进行优化计算,找出一组最佳设计参数,进而设计出5 kW遮蔽-增速升力型垂直轴风力机,并对设计出的有遮蔽板与无遮蔽板两类型风力机的变工况特性进行比较分析。     

提高水平轴风力机叶型升力的实验研究

本文针对某水平轴风力机叶片不同叶高分布的两种叶型,在头部不同位置加入不同频率和动量的振荡射流进行对比实验研究,得到不同情况下叶型的表面压力分布。发现在叶片吸力面头部某些位置加入一定频率和动量段范围内的振荡射流,可以有效的提高叶型的升力系数,达到改善风力机叶型气动性能的目的,为风力机叶片的流动控制技术提供了一种有效的方案。     

Mitigation of edgewise vibrations in wind turbine blades by means of roller dampers

Edgewise vibrations in wind turbine blades are lightly damped, and large amplitude vibrations induced by the turbulence may significantly shorten the fatigue life of the blade. This paper investigates the performance of roller dampers for mitigation of edgewise vibrations in rotating wind turbine blades. Normally, the centrifugal acceleration of the rotating blade can reach to a magnitude of 7–8g, which makes it possible to use this kind of damper with a relatively small mass ratio for suppressing edgewise vibrations effectively. The parameters of the damper to be optimized are the mass ratio, the frequency ratio, the coefficient of rolling friction and the position of the damper in the blade. The optimization of these parameters has been carried out on a reduced 2-DOF nonlinear model of the rotating wind turbine blade equipped with a roller damper in terms of a ball or a cylinder, ignoring the coupling with other degrees of freedom of the wind turbine. The edgewise modal loading on the blade has been calculated from a more sophisticated 13-DOF aeroelastic wind turbine model with due consideration to the indicated couplings, the turbulence and the aerodynamic damping. Various turbulence intensities and mean wind speeds have been considered to evaluate the effectiveness of the roller damper in reducing edgewise vibrations when the working conditions of the wind turbine are changed. Further, the optimized roller damper is incorporated into the 13-DOF wind turbine model to verify the application of the decoupled optimization. The results indicate that the proposed damper can effectively improve the structural response of wind turbine blades.     

国产优化300／600MW汽轮机通流部分气动设计 第二部分：叶栅优化与完善化设计

本文介绍叶栅优化与完善化设计方法。针对３００／６００ＭＷ汽轮机高、中、低缸叶栅不同的气动和几何特点，运用Ｓ１流面正、反问题和杂交问题程序，对叶栅进行优化或完善化设计。试验研究和工程实践表明这套设计方法是成功的。     

风力机翼型气动计算的降阶模型研究

将基于POD的降阶模型应用于风力机翼型的气动研究。首先应用CFD数值模拟得到一系列快照结果;应用基于本征正交分解(POD)的方法得到流场的一组基模态,认为对于所研究的问题,任一流场可以由这些基模态通过线性表达得到;对控制方程进行Galerkin投影,得到降阶模型,将离散求解N-S方程的问题转化为一组只有十几个自由度的常微分方程,从而减少计算时间,提高计算效率。并对二维翼型的绕流的定常和非定常问题进行了分析,计算结果表明,降阶模型可以较好地捕捉流动的特征,与直接CFD模拟相比计算精度相当,但大幅有效地提高了计算效率。