5MW大型风力机气动特性计算及分析

分别采用BEM和CFD方法对NREL 5 MW风力机的气动特性进行计算,通过分析不同风速下各气动参数的变化规律,揭示了大型变速变桨风力机的功率特性和载荷特性。两种计算结果的详细对比和分析表明,高风速时由于雷诺数大幅增加,BEM方法计算的功率和载荷偏大,在采用BEM方法进行大型风力机的气动设计和校核时,应当考虑雷诺数的影响。同时,失速延迟修正和叶尖损失修正模型在高风速时有较大误差,有必要深入验证传统的修正模型在大型风力机上的适用性。     

转/静干扰效应纳入设计体系的途径探索

1前言近年来,叶轮机非定常流动时间精确模拟获得十足发展。虽然如此,关于时间精确解仍然存在很多问题。因而就目前而言,将叶轮机非定常干扰时间平均效应纳入设计体系,实现准四维设计体系是缩短我国和发达国家叶轮机气动设计水平差异的关键工作,其中叶轮机非定常流动时均流动模拟方法是首要解决的问题。叶轮机时均流动模拟工作,国外主要有Adamczyk［llRhie［‘］国内作者和孟庆国博士也开展了研究［‘－’］,其中文献问详细阐述了时均流动模拟理论和方法,并对时均流动模拟基本方式进行分类（图1）。2反映转／静干扰效应的时均N－S…     

换热器表面结霜状态下翅片效率公式的理论分析及改进

１引言制冷设备中换热器是重要的部件，在进行换热器设计或对实际系统中换热性能进行计算时，采用的翅片效率的准确与否将会关系到整个系统的工作状况。对于换热器表面处于干或湿工况时，文献中的翅片效率公式形式较统一，但对结霜情况下的研究相对没有一致的结论［１］。Ｓａｎｄｅｒｓ［１］、Ｂａｒｒｏｗ［２］和Ｋｏｎｄｅｐｕｄｉ［３］都曾提及霜工况下换热器翅片效率公式，此外还有包含析湿系数的翅片效率形式。由于所采用的结霜翅片效率表达式不同，最终得到的翅片效率及翅片温度分布也难免存在差别。因而，从众多公式中选择相对准…     

二氧化碳速冻喷射器的优化设计及实验研究

本文在文献［３］的基础上作了优化计算的改进，利用气固两相流［１］和系统的优化计算模型编制程序，从最佳面积比、喷射个数和套筒尺寸之间的紧密联系出发，获得了优化设计速冻喷射系统的方法，用于设计速冻系统的套筒、喷嘴的结构尺寸。本文还将理论计算结果与试验数据进行比较，获得了满意的结果。     

单级跨音压气机非定常伴随气动优化

在多排叶轮机械中,动静叶干涉会在流场中产生强烈的非定常效应。公开文献中现有的多排叶轮机械气动优化设计均采用基于混合平面法的定常模型,无法考虑流动的非定常特性。本文采用课题组自行开发的多排叶轮机械非定常伴随气动优化系统,对某单级跨音压气机动叶进行了非定常气动优化设计,优化过程中采用谐波平衡法高效求解非定常流场和非定常伴随场。优化目标为降低压气机级的进出口熵增,同时限制流量和压比不低于原始设计,并控制叶片最大厚度的变化幅度。优化结果表明,本文伴随气动优化系统能够高效地对多排叶轮机械进行非定常气动优化设计。     

关于叶轮机时均(准四维)和非定常(四维)气动设计体系的初步诠释

本文以考虑非定常流动的完整性为线索,总结概述了先前气动设计体系的困难与限制,在此基础上,以描述叶轮机流动的时均和时间精确模型为核心分别从其构成和标志性技术对叶轮机时均和非定常气动设计体系进行了初步诠释。文章认为促成时均(准四维)和非定常(四维)气动设计体系现实应用是叶轮机发展的最后契机。     

基于振动性能优化的风力机叶片设计

风轮是风力机最重要的部件之一,设计良好的风轮是风力机获得较高风能利用系数和较大经济效益的基础.本文应用Wilson气动理论设计了 100 W 水平轴风力机叶片,并兼顾振动性能对设计参数进行修正.对设计的风轮进行了模态实验和气动外特性实验,实验结果表明,所设计的风力机在低风速时基本能够达到设计的风能利用系数,并使得风力机在运行时避开转速共振区,延长风轮寿命,从而降低设计成本.     

叶顶端板对H型风力机气动特性与三维绕流场的影响

本文采用笛卡尔动网格方法数值模拟研究了叶顶端板对H型垂直轴风力机非定常气动特性与三维黏性绕流场的影响。选用SST湍流模型,假设全流场为湍流流动。叶尖速比为1.86~2.57,以实验模型为研究对象,对未加装叶顶端板的H型风力机进行了三维数值模拟研究。在实验模型的基础上给每个叶片的顶部分别加装了端板,采用同样的数值模拟方法,选择低、中、高三个叶尖速比研究了带有叶顶端板的H型风力机的三维非定常气动特性。利用不带端板和带有端板的风力机模型计算得到的功率系数与实验数据进行了比较,讨论了单个叶片和风轮载荷沿周向的变化,分析了一个旋转周期叶顶附近相对速度的变化规律,揭示了加装端板后风力机气动载荷提高的原因。     

Plasma处理对有机薄膜电致发光器件性能及稳定性的影响

有机薄膜电致发光是双极注入的发光器件，电极及注入界面是影响器件性能的重要因素，采用高功函数透明电极及低功函数金属电极是普遍使用的方法，人们还采用高离化势的有机透明电极［１］，低离化势的ＣｕＰｃＢｕｆｅｒ层［２］，ｐｌａｓｍａ处理ＩＴＯ的方法［３］来改...     

Zn Ⅰ-BrⅥ离子n=4(Δn=0)跃迁谱线波长和振子强度的理论计算

对类锌ＺｎⅠ－ＢｒⅥ离子４ｓ２、４ｓ４ｐ、４ｓ４ｄ、４ｓ５ｓ组态能级进行了系统的理论拟合计算。发现了文献［１－３］中有个别辨认的错误。给出了４ｓ２—４ｓ４ｐ，４ｓ４ｐ—４ｓ４ｄ跃迁谱线波长值和相应的ＨＸＲ方法计算的振子强度。     

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。     

离心压气机叶轮多学科优化设计方法研究

本文采用多目标遗传算法结合近似模型方法,对离心压气机叶轮优化设计程中叶片各个设计参数的变化对于叶轮气动与强度性能的影响进行了研究,更深刻地了解各个参数分别对叶轮气动和强度性能的影响程度,并在此基础上采用可行性解的选择策略来寻求优化设计点,优化后的结果能够满足叶轮气动与强度性能的要求,表明该方法具有一定的工程实用价值。     

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...     

无人机垂直突风非线性动态过程建模与仿真

在无人机方案设计初期,需对气动关键参数进行数字仿真,以验证其能否适应复杂气象条件。为研究无人机在遭遇垂直突风时,其相关参数的动态响应情况,基于simulink建立了数字飞机模型及突风模型,完成了90s的飞行仿真。结果表明,无人机在地轴系Z向遭遇风速为50ms/s时长2s的垂直突风时,其飞行高度、速度等参数均在设计范围内波动,在突风消失后,飞机恢复稳定状态。为后期的系统设计和飞行试验奠定良好的基础。     

刷式密封对透平级气动性能影响的研究

采用基于非线性Darcian多孔介质模型三维Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)和SST紊流模型的泄漏流动数值方法对比研究了动叶叶顶迷宫密封和刷式密封的1.5级汽轮机高压缸透平级的气动性能.数值预测实验测量的刷式密封泄漏量与实验数据吻合一致,验证了数值方法的可靠性。详细分析了动叶叶顶迷宫和刷式密封两种结构对1.5级透平级叶顶间隙泄漏特性和气动性能参数的影响特性.结果表明:在相同工况下,相比于叶顶迷宫密封结构,叶顶刷式密封可使透平级级效率提高0.15%,叶顶间隙泄漏量降低30.74%。叶顶刷式密封和迷宫密封结构对透平级反动度和动叶出口气流角的影响基本相同.叶顶刷式密封中刷丝束前后压降大于迷宫密封中相同位置处迷宫齿前后压降,刷丝束起主要封严作用.     

高速动车组气动噪声试验与仿真分析

通过风洞试验对某高速动车组整车、受电弓及转向架远场气动噪声特性进行分析.试验结果表明,高速动车组远场气动噪声是一宽频噪声,总声能随速度的6.6次方增加;由受电弓引起的远场气动噪声主要集中在中高频,噪声峰值频率随速度变化线性增加;由转向架引起的远场气动噪声主要集中在中低频,噪声峰值频率与速度无关.在此基础上,通过大涡模拟...     

Numerical Investigation and Wind Tunnel Validation on Near-Wake Vortical Structures of Wind Turbine Blades

Computational fluid dynamics (CFD) has been used by numerous researchers for the simulation of flows around wind turbines. Since the 2000s, the experiments of NREL phase VI blades for blind comparison have been a de-facto standard for numerical software on the prediction of full scale horizontal axis wind turbines (HAWT) performance. However, the characteristics of vortex structures in the wake, whether for modeling the wake or for understanding the aerodynamic mechanisms inside, are still not thoroughly investigated. In the present study, the flow around NREL phase VI blades was numerically simulated, and the results of the wake field were compared with the experimental ones of a one-to-eight scaled model in a low-speed wind tunnel. A good agreement between simulation and experimental results was achieved for the evaluation of overall performances. The simulation captured the complete formation procedure of tip vortex structure from the blade. Quantitative analysis showed the streamwise translation movement of vortex cores. Both the initial formation and the damping of vorticity in near wake field were predicted. These numerical results showed good agreements with the measurements. Moreover, wind tunnel wall effects were also investigated on these vortex structures, and it revealed further radial expansion of the helical vortical structures in comparison with the free-stream case.     

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。     

机动车空气动力测试风洞的声学设计

测试、鉴定并研究高速机动车对环境及在车内所产生的噪声，必须有“安静”的风洞，抑制风洞内的气流噪声，将它的本底噪声降低到车辆噪声以下，测试大厅中有足够低的以上获得应有的自由声场范围，所有的声学处理措施不影响风洞的空气动力性能；吸声构件中不含矿物性纤维材料；具有相应的阻燃性能并易于清洁，本文介绍了满足以上所有要求的斯图加特大学空气动力实验室风洞的声学设计和所采用的新型吸声材料，给出了构造大样及实测结果     

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。