聚能-遮蔽式风力机的性能实验研究

应用环境风洞,对几种不同的聚能-遮蔽模式及几种不同的风轮模型进行了吹风实验,获得了低风速条件下该类风力机风能利用特性的系列实验数据.研究表明,单S型(两个弧形叶片)的风力机的风能利用率高于多个弧形叶片的风力机的风能利用率;适当的聚能-遮蔽模式可以实现微风启动,并显著地提高风能利用率.     

新型聚能-遮蔽升力型立轴风力机

本文提出了一种适合任意风向的新型聚能- 遮蔽升力型立轴风力机,并应用计算流体力学方法,对这种风力机的气动性能进行了数值模拟.研究表明:这种聚能升力型立轴风力机比传统的升力型立轴风力机的风能利用率有非常大的提高.此外,本文还采用了正交优化设计方法,对这种立轴风力机的结构参数进行了优化设计,得到了一组优化的设计参数,该优化设计参数下风力机的风能利用率最高可达39%.     

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。     

螺旋型垂直轴风力机的气动与启动性能研究

垂直轴风力机因其结构简单、无需迎风、传动简便、制造容易、成本低等优点而备受关注。垂直轴风力机通常可分为升力型和阻力型两大类。一般来讲,升力型风力机的风能利用率较高,而阻力型风力机的风能利用率较低。然而,直叶片升力型垂直轴风力机因某些相位处的启动扭距小,有时需要通过电机带动才能启动。本文应用计算流体力学方法,研究了一种螺旋升力型风力机,结果表明:螺旋型风力机不但具有较高的气动性能,而且具有较好的启动性能。     

叶片弯掠对风力机气动性能的影响

叶片形状的变化对叶片的气动性能有着显著的影响,采用合理的叶片形状可以有效地提高叶片的气动性能。本文采用带自由尾迹的升力面法,研究了风力机叶片的弯掠对风力机整体气动性能的影响。预测结果显示采用前后掠的叶片在一定程度上改变风力机的风能利用系数。使用后掠叶片使叶片在中后段部分所受升力小于前掠叶片上对应升力,而在叶片前端所受升力大于前掠叶片上对应升力,同时使用后掠叶片将在一定程度上增加风力机风能利用系数,而使用前掠叶片则减少风力机风能利用系数。采用上弯或下弯形式的叶片同样也会在一定程度上提高风力机的风能利用系数。     

涡与叶片间的作用对Savonius型风力机性能的影响

风能是我国发展最快的可再生能源.萨沃纽斯(Savonius)风力机是一种典型的垂直轴式风力机,具有结构简单、自启动性能好等优点,但是其能量转换效率较低,最佳叶尖速比在1左右,最佳风能利用率可达到20%。本文对不同尖速比下的Savonius型风力机的气动性能进行了模拟研究,并从涡的观点比较和分析了Savonius型风力机的性能规律,结果表明流场中的涡结构对叶片的作用可显著影响Savonius风力机的性能.     

一种新型垂直轴风力机的CFD分析

Savonius风力机由于作用在叶片的凸面上的"负阻力"和来流不稳定性导致效率低,该"负阻力"造成一个负转矩降低了输出功率,并且在某些来流角度下导致原装的Savonius风力机启动困难。本文提出一种采用控制叶片数目和叶片不同弯曲度的控制来提高风能的利用率,并用CFD方法模拟不同转子结构的内流特征,为消除"负阻力",提出一种采用导叶或挡风板的结构实现引流,并数值分析了该结构的流动特征。模拟结果显示,新结构的多叶片Savonius风力机的转矩和启动特性有明显改善,且功率系数也比普通的Savonius风力机高。     

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.     

带端板的垂直轴风机性能的数值研究

本文采用课题组开发的一套通用计算流体力学软件UCFD,对叶片两端添加端板的H型Darrieus垂直轴风力机的流场进行了三维数值模拟,考察了所加端板形状和尺寸大小对风力机风能利用率的影响。结果表明:叶片两端添加适当尺寸的端板可有效抑制叶片端部的绕流涡强度,改善了风力机叶片叶梢附近表面的压力分布状况,从而提高了风力机叶片单位展向长度的风能利用率,且也有助于提高此类风机的运行稳定性。     

聚能装药载荷下混凝土破坏行为的实验研究北大核心CSCD

聚能装药侵彻混凝土靶板的研究主要集中在聚能装药的材料、结构、侵彻深度和侵彻孔径大小方面,少有涉及整个混凝土靶板的破坏行为,但混凝土靶的整体破坏行为对整个聚能装药的侵彻毁伤效能评估有至关重要的作用。为更好地判定聚能装药对混凝土靶体的破坏程度,开展了大口径聚能装药侵彻大尺寸混凝土靶的实验研究。对实验后的混凝土靶板进行剖切,从混凝土靶的内部剖切面观测不同位置处混凝土靶的损伤程度,并对各个位置处的孔洞直径进行测量,获取孔洞的完整尺寸。在过孔洞中心的同一截面上切割边长为10cm的标准混凝土试件,并对其进行抗压强度测试,根据测试结果评估混凝土靶板的整体破坏行为,进而得到混凝土靶在聚能装药载荷下的破坏行为。测试结果表明,混凝土靶板的背板拉伸破坏半径约为110cm;以孔洞中心为轴,半径小于100cm内的混凝土损伤较严重,边界块体强度约为原始强度的40%;半径在100-140cm范围内混凝土的损伤不大,混凝土试件的强度约为原始强度的72%;当半径大于140cm后,聚能装药对混凝土的影响较弱,混凝土几乎未出现损伤。     

风电场地形绕流的CFD结果确认研究

掌握复杂地形区域的风能分布对风电场微观选址至关重要.为把CFD技术应用于风场中实际地形的风流动模拟,本文选择三种具有实验数据的典型地形进行数值计算,并对数值结果进行确认研究.文中简述了不同网格和不同湍流模型对旋涡位置和速度分布的影响,并探讨了为增加风能利用率,如何确定风力机的最佳安装位置.     

应用CFD于风电场风速分布预估的可行性探讨

为使CFD技术更广泛地应用于风电场地形绕流的数值模拟,并为风电场出力预报提供详细的风功率密度分布,本文针对圆形陡坡地形,在分析了地形坡度、地面粗糙度以及大气边界层厚度对此地形风场速度分布影响的基础上,任意选择一个位置并以先前计算的速度分布为条件,计算整个域中的风场数据并与先前的计算值进行比较,以探讨直接采用风电场中测风塔的有限数据,进行风电场大气流动CFD模拟的可行性.     

A MATHEMATICAL MODEL FOR WIND TURBINE BLADES

A mathematical model for an elastic wind turbine blade mounted on a rigid test stand is derived and compared with experimental results. The linear equations of motion describe small rotations of the test stand, blade lateral deflections and rotation of the chord. Warping, extension and tilt of the cross-sections are slaved to the dependent minimal co-ordinates in order to reduce the number of state variables. Using the principle of virtual work, a procedure is employed which combines the volume discretization of general “solid”, or shell-type finite elements (FE), with the approach of global form functions (stretching over the whole blade length). The equations of motion are solved as an eigenvalue problem and the results are compared with an experimental modal analysis of a 19 m long blade. The computed eigenfrequencies fit well, but the mathematical model underestimates the pitch motion of the blade chord. Parameter studies show the effect of warping. Despite the few degrees of freedom and uncertainties in the model parameters, the mathematical model approximates the measured blade dynamics well.     

开缝式风力机静态失速特性的研究

本文通过数值模拟的方法,研究了三种开缝方案对风力机静态失速特性的影响,模拟结果表明,开缝式风力机静态失速特性较为平坦,风力机开缝对静态失速进行控制的方法是可行的,由下风面到上风面开缝的方案在多冲角工况下有较好的静态失速特性.开缝结构的吸气口具有堵塞效应,排气口的排气会明显干涉来流的流动,因此开缝方向和开缝口处的形状对开缝效果的影响显著.     

Darrieus风力透平气动设计参数优化

针对Darrieus垂直轴风力透平,本文首先引入多流管方法,并在验证基础上,开展了样机设计和参数化优化研究。结果表明,多流管模型具有较高的准确度。利用此方法获得了Darrieus垂直轴风力透平参数优化的规律性认识。     

水平轴风力机结构动力学分析

本文以水平轴风力机为研究对象,基于动量-叶素理论和广义坐标系下的多自由度拉格朗日方程,利用模态分析方法建立了风轮、机舱和塔架耦合系统的运动方程,并用FORTRAN语言编制仿真程序.对风力机Turbowinds T600-48的固有频率和动态响应特性进行计算,并与实验数据对比分析,初步结果表明该程序的有效性.     

低风速条件下沙粒起动的PIV研究

本文在对风沙流进行气固两相流分析的基础上实现了低风速条件下的沙粒起动过程,借助PⅣ测量系统对其进行了观测并对影响因素进行了分析,获得了沙粒的浓度和速度分布。实验结果表明沙粒浓度沿距离沙面的高度呈负指数分布特征。流体起动和冲击起动下的输沙率随摩阻速度和雷诺数的增加而单调增加,而起动效能比随之减小并趋向于常数0.207。测量得到的输沙率修正了低速范围内的Bagnold公式和河村龙马公式。     

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。