3 kW小型风力机叶片的分析

提出了一种风力机叶片的建模方法,通过有限元分析软件ANSYS对风力机叶片进行模态分析,得出叶片十阶模态频率信息图和振型的固有频率和变形图,并分析了叶片容易折断的部位和原因。设法避免叶片发生共振,减小叶片振动时的振幅,最终为解决叶片断裂问题打下基础。     

3kW小型风力机叶片的分析

提出了一种风力机叶片的建模方法,通过有限元分析软件ANSYS对风力机叶片进行模态分析,得出叶片十阶模态频率信息图和振型的固有频率和变形图,并分析了叶片容易折断的部位和原因。设法避免叶片发生共振,减小叶片振动时的振幅,最终为解决叶片断裂问题打下基础。     

风力机叶片静载试验方案

基于风力发电机叶片工作承载状况,参考标准IEC 61400-23条款7.2,确定静力试验测试项目,拟定试验方案,用于测定叶片在静力试验载荷下的刚度和强度性能,考核其结构可靠性。     

仿鸮翼型风力机叶片气动弹性变形分析

为抑制风力机叶片的气动弹性变形,提出一种用于大型风力机的仿鸮类翼型改型设计方案.通过单向流固耦合方法分析了仿生翼型对叶片气动弹性变形的影响,并通过模态分析和共振响应阐述了仿生翼型抑制叶片气动弹性变形的机理.结果发现：与模型叶片相比,仿生翼型叶片气动弹性变形量降低了11.05%.仿生翼型使叶片压力面应力分布趋势发生改变,使叶片压力面的最大应力值由叶中转移至前缘.仿生翼型使叶片上下表面的压力差提高,且吸力面的压力值约为原来的2倍,使叶片提高了在挥舞方向的抗变形能力.同时,叶片的气动性能有所提高.仿生翼型使叶片的一阶至六阶固有频率升高;仿生翼型使叶片在挥舞方向上的共振变形量减小了89.23%,叶片的共振速度和加速度幅值也降低了.故仿生翼型能够有效抑制叶片的气动弹性变形,其设计方法及结论可为抑制大型风力机叶片的气动弹性变形研究提供一种新思路.     

20 kW定桨距风力机叶片优化设计

以设计攻角作为变量,在不超过额定功率和基本运行风速范围内,考虑风场风速的概率分布,建立了以年发电量最大为目标的优化模型,采用遗传算法对20 kW定桨距风力机叶片外形进行了优化设计.通过对3叶片定桨距20 kW风力机的气动性能评价以及与NREL的同型风力机的对比表明,优化后的风力机具有更好的气动性能,表明了该优化方法在设计定桨距风力机中的优越性.     

风力机弯曲叶片附面层流动转捩和分离实验

以柔性叶片能量转换装置为研究对象,在风洞闭口实验段,应用PIV技术测试弯曲叶片附面层速度场,通过速度场分析,得到弯曲叶片几何结构对附面层的流动分离和旋涡运动的规律。叶片的弯曲变形可以减少前层叶片吸力面附面层内的低能流体向空间扩散的范围,因此有助于减少附面层附近因流动分离而产生的升力损失;但对于后层叶片吸力面,由叶片弯曲带来的动态失速涡范围扩大会加剧流场的不稳定性。通过弯曲叶片流场PIV实验,可以指导柔性叶片的选材和设计,为提高叶轮的能量转换效率和运行稳定性提供可靠的实验依据。     

叶片数对尾缘加弯板垂直轴风力机功率影响数值模拟

为了探究叶片数量对叶片尾缘加装弯板直线翼垂直轴风力机气动特性的影响,通过不同叶片数量下直线翼叶片尾缘加弯板对垂直轴风力机叶片周围流场改善情况的对比,分析其气动特性变化.选取NACA0018直线翼型作为研究对象,利用数值模拟计算7种弯板长度下,2,3,4这3种叶片数量下的直线翼垂直轴风力机动态输出特性和静态起动特性.研究结果显示:该类升力型垂直轴风力机的气动特性受到叶片数量和弯板长度的综合影响,弯弦比的增加能够提升风力机的阻力性能,但会弱化因叶片数量增加导致风力机产生的功率系数的差别;在不同叶片数量下,适当弯板长度对风力机静态起动性能具有优化作用,但其起到优化作用的方位角不同,且2叶片时优化效果最佳,平均转矩系数提升40%.该研究为垂直轴风力机叶片尾缘的设计与优化提供依据.     

面向风力机叶片的平板超声微振动除冰

为了利用超声波产生的微振动研究叶片除冰,采用仿真和试验的手段对平板超声除冰进行研究.基于ANSYS仿真分析了铝板结冰体1阶振型固有频率随冰层厚度的变化规律.谐响应分析了在不同冰层厚度条件下冰层黏着面最大剪应力随激励频率的变化情况,分析了激励电压对冰层黏着面剪应力和除冰面积的影响规律.在此基础上,设计并搭建了超声振动除冰试验系统,测量了在超声振动作用下的冰层黏着力.仿真结果表明,当冰层黏着面剪应力呈均匀且正负交替分布规律时,除冰面积比最大,适用于超声波振动除冰.试验结果表明,超声振动可以显著减小冰层黏着力,最小黏着力仅为无超声振动条件下的23.7%.研究可为超声微振动技术在风力机除冰领域的应用提供理论与试验基础.     

复合纤维铺层角度对风力机叶片结构性能的影响

复合纤维风力机叶片的结构复杂,为了优化铺层方案,研究了铺层参数对复合纤维风力机叶片静态结构性能的影响。以某1.5MW风力机叶片为研究对象,通过改变铺层角度参数表明:叶片在铺层角度45°时,采用恰当的铺设方案,将大大提高风力机叶片的静态强度。     

单叶片离心泵水动力噪声特性数值分析

基于LIGHTHILL声类比理论,根据FW-H方程,采用计算流体力学与计算声学相结合的方式对单叶片离心泵的内部噪声进行求解,探究其不同流量工况下内部流场的声源特性.采用混合数值模拟的方法,运用SST k-ω湍流模型对离心泵进行非定常模拟,并导出声源信息,对其进行声学计算求解,同时分析不同流量下的单叶片离心泵的内场噪声,比较其影响.研究结果表明：单叶片离心泵压力脉动的能量主要集中在叶频及其低频段谐频处,内部噪声的能量主要集中在低频段,并且在叶频及其谐频处噪声的能量较高;随着流量的增加,蜗壳与叶轮流道内流态逐渐改善,二次流、流动分离现象减少,导致低频段的谐频噪声呈现明显的下降趋势.根据不同流量下的声功率级频谱分析可以发现,压力脉动的分布特性对于单叶片离心泵的内部水动力噪声有直接的影响.     

实度对直叶片垂直轴风力机风轮气动性能的影响分析

实度是直叶片垂直轴风力机设计的关键参数,对风力机气动性能起主导作用.分析并建立了垂直轴风力机局部流场下的力学模型,研究实度与气动性能的关系;对风力机进行了数值模拟,分析了叶片的动态力学特性,并重点研究风轮半径、弦长及叶片数量对风能利用率的影响;进行了样机实验验证了数值模拟的精度与可靠性.研究发现:实度增加,风力机在低尖速比下的启动特性得到改善,但产生高风能利用率的有效尖速比范围变小;样机实度为0.628时,2叶片和4叶片风轮的输出功率相当,但4叶片风轮的输出功率比2叶片风轮更稳定;实度参数对风能利用率贡献不同,弦长变化可提高风能利用率的峰值,而叶片数量的增加会降低风能利用率的峰值.     

涡轮增压器压气机叶片模态特性分析

利用CAD软件对增压器各部件进行三维实体造形,并运用大型有限元分析软件对叶轮大小叶片进行模态分析,得到叶片的各阶固有频率及相应振型,还考虑了应力刚化和旋转软化对运动状态下叶片固有频率的影响,通过增压器工作转速分析了叶片的共振频率,为增压器叶片的优化设计提供了依据。     

轴流压缩机动叶片模态分析方法研究

基于某轴流压缩机第1级动叶片,在精确建立其几何模型的基础上,通过有限元仿真方法提取了前10阶固有频率及模态振型的计算值,然后通过试验测试方法对其进行了模态测试,得到了前10阶固有频率及模态振型的实测值,并将理论计算结果和实际测试结果进行了对比。     

阻力叶片对升阻复合型垂直轴风力机气动性能的影响

为了获取更多的风能,针对升力型垂直轴风力机趋于大型化设计而造成的垂直轴风力机起动困难的问题,提出了一种升阻复合型的新型垂直轴风力机.在保持其升力叶片不变的前提下,利用Fluent数值模拟,建立9种升阻复合风力机数值模型,研究了阻力叶片圆弧半径和相对主轴的距离对其起动性能与运行效率的影响规律.得到阻力叶片最佳的尺寸与位置组合后,与纯升力型的垂直轴风力机进行了比较. 结果表明:在起动性能方面,阻力叶片圆弧半径与相对主轴的距离越大,风力机的起动性能越好.在运行效率方面,当尖速比为0.5~1.0时,阻力叶片圆弧半径和相对主轴的距离的变化,对风力机功率系数影响不大;当尖速比超过1.0之后,阻力叶片圆弧半径与相对主轴的距离变大,会使风力机的功率系数减小.升阻复合型风力机虽运行效率有所降低,但起动性能明显提升.     

适用于西藏地区的聚风型垂直轴风力机结构特性分析

为满足西藏高寒高海拔地区对风力机安全可靠性的需求,以部件强度和气象参数为约束条件,针对一台面向西藏地区的额定功率为500 W的聚风型直线翼垂直轴风力机进行结构分析,并采用有限元分析方法,对风力机主要部件进行了静力学分析和模态分析.静力学分析表明:在额定转速下风力机叶片、主轴、支撑臂、法兰盘、上下聚风罩和塔筒等主要结构部件的最大位移形变分别为0.19, 0.25, 0.013, 0.005 6, 0.63, 1.20, 0.05 mm;最大承受应力分别为11.96, 25.63, 11.70, 6.10, 4.68, 2.11, 2.28 MPa,均在材料所能承受的范围之内,风力机主要结构部件设计合理,满足设计要求.模态分析表明:风轮的工作频率2.50 Hz远小于其一阶固有频率9.22 Hz,不会发生共振,安全可靠.研究结果可为垂直轴风力机的结构设计与分析提供参考,为聚风型直线翼垂直轴风力机在高寒高海拔地区应用提供基础.     

具有导流板直线翼垂直轴风力机气动特性分析

为了改善直线翼垂直轴风力机的气动特性,通过在风力机外部安装平板型导流板,用以改变来流方向,改善叶片周围流动情况,从而提升风力机的气动特性.以采用NACA0018翼型的4叶片小型直线翼垂直轴风力机为对象,在风力机外部均匀安装了6枚平板型导流板,采用二次正交旋转设计方法,对导流板的宽度、角度和与风力机距离进行研究.以平均静态力矩为指标,通过数值模拟研究得到一组最优的导流板结构参数,并对静态流场进行了分析.根据数值模拟得到的最优导流板结构参数,制作了导流板及风力机模型,进行了风洞试验.结果表明:导流板的安装有效提升了直线翼垂直轴风力机的启动性能和气动性能.在10 m/s风速下,与无导流板的风力机相比,有导流板的风力机最大静力矩系数提升了35.6%,功率系数提升了39.5%.结论可为采用导流板来提升风力机性能的研究提供有益的参考.