风力机翼型气弹响应的风洞模拟实验研究

非定常气弹设计是叶片大型化设计的瓶颈技术,开展叶片气弹响应实验研究具有重要的科学意义和较高的挑战性.本文提出一种气弹相似准则,搭建了模拟三维叶片弯扭耦合气弹响应的翼型俯仰沉浮二自由度风洞气弹实验平台,分析了安攻角和结构刚度对气弹稳定性和振荡形态的影响规律.研究发现了4类不同的气弹响应类型,增大刚度和安装角可以在一定程度...     

后掠风力机叶片气动性能数值模拟

采用商用软件FINE~(TM)/Turbo,以2.5MW风力机DF90风轮叶片为原型,在确认数值方法的基础上,将中叶展以上做后掠变型,进行三维定常数值模拟研究,讨论了后掠叶型对叶片气动特性的影响,并提出了一种定义后掠叶片静压系数的方法。     

大型风力机叶片非线性气弹模型

大型柔性叶片在实际运行过程中存在明显的几何非线性变形问题.本文基于自由涡尾迹方法,与FAST进行耦合建立了完善的风力机叶片气弹模型.并通过NREL Phase Ⅵ风力机对气动部分进行了验证,最后用耦合后的气弹模型对两种极端工况进行了数值仿真.结果表明,自由涡尾迹方法能够更好的模拟风力机叶片的气动变化过程.耦合后的气弹模...     

基于LBM方法的风力发电机尾流结构仿真

针对传统CFD数值计算方法难以实现风力机动态旋转及其旋转状态下的流固耦合计算,本文结合格子玻尔兹曼(LBM)方法易于处理动态复杂边界的特点及大涡模拟(LES)方法在非稳态涡流结构捕捉上的优势,采用LBM-LES联合方法进行三维风力发电机整机气动性能及尾流结构仿真研究,同时采用尺度自适应方法对尾涡结构进行跟踪和精细化计算。针对NREL PhaseⅥ型试验机进行模拟,得到了与实验结果吻合的流动形态及尾流结构演变规律,分析了尾流区速度演变规律并对比了不同亚格子湍流模型对计算结果的影响.     

叶片扰流器对风力机性能影响的数值研究

风力发电机组不断向大型化发展,风力机叶片的长度越来越长,为满足其结构要求,需要在叶片内侧采用厚翼型,而厚翼型在大攻角下容易导致流动分离,影响功率输出。本文通过对某一风力机叶片进行数值模拟,分析其近叶根处的流场,发现存在较大的流动分离现象。针对两种工况,在叶片内侧最大弦长位置增加环形扰流器后进行数值模拟,与原始叶片进行比较。结果表明:扰流器可以有效减小叶片内侧的流动分离区域,风速为11 m/s和15 m/s时功率都得到一定程度的提高,扰流器附近截面上的压力分布也有所改善。     

基于面元法的水平轴风力机数值模拟

使用基于速度面元法的势流数值模拟方法,以NREL PhaseⅥ为例进行了叶片气动载荷和风轮近尾流场的数值模拟。将势流数值模拟、叶素动量理论和计算流体力学CFD方法的计算结果与实验数据进行了对比分析。结果表明使用速度面元法计算风轮绕流场具有较高的计算精度和求解效率,为大规模风力机群的流场计算和出力预报提供支撑。     

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。     

An experimental study on the effects of relative rotation direction on the wake interferences among tandem wind turbines

An experimental study was conducted to investigate the effects of relative rotation direction on the wake interferences among two tandemwind turbines models.While the oncoming flow conditions were kept in constant during the experiments,turbine power outputs,wind loads acting on the turbines,and wake characteristics behind the turbines were compared quantitatively with turbine models in either co-rotating or counter-rotating configuration.The measurement results reveal that the turbines in counter-rotating would harvest more wind energy from the same oncoming wind,compared with the co-rotating case.While the recovery of the streamwise velocity deficits in the wake flows was found to be almost identical with the turbines operated in either co-rotating or counter-rotating,the significant azimuthal velocity generated in the wake flow behind the upstream turbine is believed to be the reason why the counter-rotating turbines would have a better power production performance.Since the azimuthal flow velocity in the wake flow was found to decrease monotonically with the increasing downstream distance,the benefits of the counter-rotating configuration were found to decrease gradually as the spacing between the tandem turbines increases.While the counter-rotating downstream turbine was found to produce up to 20%more power compared with that of co-rotating configuration with the turbine spacing being about 0.7D,the advantage was found to become almost negligible when the turbine spacing becomes greater than 6.5D.It suggests that the counter-rotating configuration design would be more beneficial to turbines in onshore wind farms due to the smaller turbine spacing(i.e.,~3 rotor diameters for onshore wind farms vs.~7 rotor diameters for offshore wind farms in the prevailing wind direction),especially for those turbines sited over complex terrains with the turbine spacing only about 1–2 rotor diameters.     

海上风电叶片智能控制实验系统研制及控制效果分析

随着风力机大型化发展,叶片尾缘襟翼控制技术,作为叶片流场主动控制的一种有效手段,能够有效、快速、灵活地降低叶片载荷,提高风力机,特别是大型风力机的可靠性、经济性,该技术受到国内外的广泛关注.为深入了解叶片襟翼实际作用效果及降载机制,在大量数值仿真计算工作基础上,需进一步开展带有襟翼控制的模型风力机风洞实验工作.本文在相...     

向心透平级叶轮内三维复杂流动的数值研究

对向心透平叶轮内部复杂流动在级环境下进行了全三维黏性数值模拟,结合拓扑学原理分析了设计工况和非设计工况下其内流动分离及各种涡系发展的演变过程,初步建立了向心透平叶轮内的旋涡模型,阐述了流动损失的形成机理。研究表明:向心透平叶轮内部涡系与轴流式透平存在较大差别,且流动分离及涡系主要集中在吸力面侧;设计工况下向心透平叶轮内的主要旋涡包括马蹄涡、通道涡及泄漏涡,其主要表现为通道涡与泄漏涡相互影响和掺混,是主要损失的形成原因;非设计工况下,主流在叶轮叶片前缘处发生大范围的分离及回流,造成了较大的能量损失,但二次流损失所占比例较小。     

考虑风剪切的漂浮式风力机气动特性研究

波浪与风载的共同作用下,海上风电机组平台存在多自由度运动,同时伴随着海上复杂的风况,其气动特性变化较为复杂.以NREL5MW风电机组为研究对象,在风剪切来流下,依据波浪和风载的作用规律,研究平台纵摇和纵荡运动对机组气动特性和绕流场细节的影响.结果表明:平台运动会造成风电机组气动性能的周期性波动,而风剪切作用使得风电机组...     

风力机翼型的不确定性CFD模拟

本文采用非嵌入式概率配点法对风力机NREL_S809翼型进行了不确定性CFD模拟。在两种特征攻角下,量化了当来流攻角存在不确定性变化时,翼型气动特性的变化,以及不确定性扰动在流场中的传播。研究结果表明,攻角的不确定性对于大攻角工况下流动的影响更大。对小攻角条件下的影响主要体现在翼型前缘处,而大攻角条件下的影响还扩展到了翼型中部和尾缘部分。     

利用地铁隧道风能发电的设计与研究

当今世界,随着社会发展,能源是经济之本,是人类生活的依存。本项目对地铁隧道风力发电展开研究,从了解地铁隧道风能的特征入手,通过理论分析结合实验验证,制作实体模型辅助研究,做出初步可行性分析,认定方案可行,然后提出有效利用地铁风力发电的创新设计方案,其中包括羽状风叶、差速装置和机械蓄能装置,并以此为基础设计了整套地铁隧道风力发电设计。该设计是对室内环境风力发电的率先探索,通过研究可得出：利用地铁隧道风力发电设计是一种新的能源利用形式,并有一定应用前景。     

涡流发生器强化暖气片散热特性的数值研究

本文提出了一种基于纵向涡流发生器强化换热结构的暖气片散热器,并对其散热性能进行了数值模拟研究,着重分析了暖气片附近区域的温度场与速度场,基于场协同原理对其强化传热机理进行了解释,同时讨论了三角翼纵向涡流发生器的攻角与布置间距等关键参数对散热性能的影响.结果 表明,涡流发生器能显著增强散热,当三角翼纵向涡流发生器攻角为4...     

The stability analysis of rolling motion of hypersonic vehicles and its validations

The stability of the rolling motion of near space hypersonic vehicles with rudder control is studied using method of qualitative analysis of nonlinear differential equations, and the stability criteria of the deflected rolling motions are improved. The outcomes can serve as the basis for further study regarding the influence of pitching and lateral motion on the stability of rolling motion. To validate the theoretical results, numerical simulations were done for the rolling motion of two hypersonic vehicles with typical configurations. Also, wind tunnel experiments for four aircraft models with typical configurations have been done. The results show that: 1) there exist two dynamic patterns of the rolling motion under statically stable condition. The first one is point attractor, for which the motion of aircraft returns to the original state. The second is periodic attractor, for which the aircraft rolls periodically. 2) Under statically unstable condition, there exist three dynamic patterns of rolling motion, namely, the point attractor, periodic attractor around deflected state of rolling motion, and double periodic attractors or chaotic attractors.     

基于风洞的设备健康管理与数据有效性判定平台研究

低速增压风洞是满足我国航空工业科技发展而建设的一座气动力重大基础试验设施。为了保障该设施的高效率和可靠地运行,以各机电设备、电气测控设备、机械装置为对象,根据其故障模式和故障特点选取合适的监测点,获取实时工作状态数据,再以数据为基础,进行状态监测、故障诊断、故障预测,实现预先性决策和针对性快速维修。基于OSA-CBM 体系构建的风洞健康管理系统,根据设备的运行状态,实现对试验数据的有效性进行实时判定,并实现了风洞装备由事后维修向视情维修转变;实现了装备从使用、维护、管理模式由分散式管理向集约式管理的转变;实现了装备系统故障诊、预测及判读从人工智能向机器智能的转变。     

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。     

遗传算法在跨超声速风洞总压控制中的应用

总压作为风洞控制中的重要流场参数,其调节性能是风洞控制系统能否满足试验要求的重要指标,为提高跨超声速风洞的总压控制水平,需对总压控制策略进行设计。针对某跨超声速风洞对总压控制系统提出的快速性和精确性要求,提出串级控制、智能PID控制和总压分段控制等方法,并利用MATLAB系统辨识工具箱对流场调节阶段的总压系统模型进行了辨识。提出将遗传算法应用于风洞流场调节阶段的PID控制器参数整定中,重点对基于遗传算法的PID控制原理和参数整定步骤进行介绍,并针对遗传算法的遗传算子进行了设计。系统仿真和风洞实际运行情况表明：该方法较常规PID参数整定与优化方法,具有更好的控制性能指标,满足总压控制系统精确性、快速性、鲁棒性等要求,为后续风洞建设和设备改造提供了新方法。     

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。     

风力发电机偏航控制系统设计仿真技术研究

偏航控制系统是风力发电机的核心机构之一,其硬件设计、软件开发与控制算法的合理选用将直接影响偏航控制系统研发成本、周期,以及风力发电机的风能利用率和安全可靠性等。仿真技术作为一种有效的性能预测、试验验证和分析的综合性技术,其具有高效、安全、受环境条件的约束较少等优点,在复杂系统的研发过程中已成为不可或缺的重要手段。因此,偏航控制系统研发前期,为确保系统软硬件开发、控制算法设计的合理性,缩短研发周期、提高研制效率、降低资源成本,将仿真作为主要验证手段。利用Proteus对偏航控制系统的硬件电路和系统软件进行仿真验证,利用MATLAB对控制算法设计的合理性进行考核,为实际偏航控制系统研发提供依据和指导。