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.     

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。     

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。     

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。     

聚能-遮风型风力机

在世界范围内,风能资源正在被大规模开发利用,风电装机容量正以每年30%～50%的速度高速增长.本文利用商用计算流体力学软件,研究了一种适合任意风向的聚能风力机.研究发现聚能-遮风板的形状对风力机的气动性能有较大影响,选用合适的聚能-遮风板形状可以显著地提高转子输出功率以及风能利用率.     

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。     

一种叶片前缘前带微小圆柱的垂直轴风力机

本文提出了一种通过在叶片前缘前设置微小圆柱来抑制叶片上流动分离的控制方法,并对采用此流动控制方法后的升力型垂直轴风力机的气动性能进行了数值研究。结果表明,在大攻角情况下,翼型前缘前设置微小圆柱可以有效地抑制风力机叶片上的流动分离,得到增升减阻的效果;同时,与传统的升力型垂直轴风力机相比,前缘前设置微小圆柱后的垂直轴风力机在低尖速比下的风能利用率可得到大幅度的提高。     

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.     

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。     

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%.     

自适应柔性叶片风力机气动性能模拟优化

在传统Savonius风力机基础上,提出并设计了一种具有自适应功能的柔性叶片垂直轴阻力型风力机。对该风力机简化后,运用ANSYS软件对150 mm、250 mm以及350 mm三种不同弦长的风轮,在不同翅叶夹角下进行模拟计算,得出三种弦长风轮的平均转矩均在夹角为15°时达到最大,且在相同夹角时,弦长为150 mm风轮的转矩系数最大,波动最平缓,风能利用率最高。     

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.     

基于蚁群算法自整定PID的风电系统最大风能追踪研究

以欠功率阶段的最大风能追踪为研究重点,对风力机捕获风能的过程进行理论分析,将蚁群算法自整定PID应用于最大风能追踪控制,设计了蚁群算法自整定PID控制器,并对其进行相应的仿真分析。仿真结果表明,与传统的PID控制策略相比,该控制策略使控制系统具有良好的动态响应能力,提高了控制精度、风能利用率、输出功率。     

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。     

基于升力面和大变形梁的风力机叶片气弹模型

为了降低风能度电成本,风力机大型化是风电行业重要的发展趋势,柔性轻质的超长叶片可能出现几何大变形。目前的风力机叶片气弹模型,其结构模型多数基于简单梁模型,对几何非线性因素的考虑较少,或者是基于二阶梁模型,气动模型则多数基于叶素动量理论。为了适应风力机大型化对结构模型和气动模型准确性的要求,本文采用一种大变形几何精确梁理论作为结构模型,完整考虑叶片大变形非线性因素;同时采用自由尾迹升力面方法作为气动模型,更准确地描述三维叶片形状对流场的影响,最终建立一个具有更高准确度的风力机叶片气弹模型。     

叶顶端翼提升主动襟翼叶型气动性能的数值研究

本文在振荡来流条件下,数值模拟叶顶端翼对加装主动Gurney襟翼的垂直轴风力机叶片非定常气动特性的影响。采用NACA0015翼型的直叶片,并在尾缘前6%弦长位置安装主动襟翼。在最大出力工况(折合频率为0.1)下,对比原型叶片,加装主动襟翼叶片的切向力系数提高了4.47%,安装有叶顶端翼的主动襟翼叶片的切向力系数提高21.18%。通过比较叶片端部涡结构分布,发现叶顶端翼不仅阻止了叶片压力面及吸力面的叶梢涡分支在尾缘处汇合,同时也隔断了主动襟翼产生的角涡与叶梢涡的融合,有效的降低了叶片端部损失,提升了风力机的整体性能。     

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.     

H型风力机叶片桨矩角影响的数值分析

本文采用笛卡尔动网格数值模拟方法,研究叶片桨距角变化对三叶片H型垂直轴风力机气动性能和二维非定常黏性流场的影响。采用SST湍流模型,桨矩角变化范围为-12°-2°,叶尖速比为1.86,2.15,2.27。比较了不同尖速比时风能利用系数随桨矩角的变化,揭示了桨矩角不同时单个叶片和风力机总载荷沿周向的变化规律,讨论了一个旋转周期内桨矩角变化对二维非定常涡量场的影响。     

链传动式风能转换装置的结构及性能研究

本文针对传统风力机的特点及研究现状,设计了一种全新的链传动式风能转换装置,并对其结构及工作原理进行了较为全面的介绍与深入分析。通过相应的风洞实验,找到了叶片偏角与叶片柔性变化对装置性能影响的规律。其结果表明该装置具有良好的动力性能和进一步开发利用价值,也为今后装置的进一步结构优化奠定了基础。     

风力机叶片覆冰的数值模拟

风力机叶片覆冰会使风力发电效率下降并且威胁风力机组的安全运行。本文采用Fluent中的欧拉多相流模型,通过添加质量传递以及对流换热系数计算模型等,实现了对风力机叶片表面覆冰的二维数值模拟,结果表明:覆冰主要出现在叶片的前缘迎风面,且驻点附近覆冰最多;当增大翼型攻角时,驻点向翼型的下部尾部移动,最大覆冰位置也相应地移动;随着时间的推移,叶片表面覆冰增多。