低空急流对近地表风力机械结构载荷的影响

为分析低空急流对风力机械结构载荷的影响,该研究采用谐波叠加法对低空急流谱模型进行计算以生成大气入流,并基于叶素动量理论和几何精确梁方法对一台高度为270 m的15 MW风力机进行载荷分析。结果表明,低空急流在风力机高度范围内的速度剖面呈现射流和强剪切的耦合特征;低空急流最大可使风轮功率增大约40%,风轮俯仰力矩增大50%,风轮偏航力矩增大1.5倍,塔基偏航力矩的波动强度增加60%;同时,还会造成风轮偏航和俯仰力矩功率谱特性呈双阶梯型分布特征;当急流高度低于轮毂高度时,风力机俯仰力矩促使风轮向下倾斜,会增加风力机叶片打塔风险。因此,在低空急流多发地区安装风力机等高耸结构物时,应充分考虑低空急流对风力机结构载荷特性的影响。研究可为风力机在内的大尺寸高耸结构物的载荷安全性分析提供参考。     

改进Gurney襟翼几何参数对翼型气动特性的影响

采用添加Gurney襟翼并光顺下弧面的方式对风力机专用翼型S822进行尾缘改型,利用k-ω SST湍流模型研究原始翼型和改进Gurney襟翼翼型的气动特性.计算分析了襟翼高度和压力面光滑连接襟翼顶端的开始位置,对翼型的升阻力系数、升阻比以及翼型表面压力分布和流场特性的影响.结果表明:开始改型位置相同时,随襟翼高度增加,升力系数在一定攻角范围内呈递增趋势,阻力系数持续增大,升阻比在襟翼高度为0.02弦长时最高;襟翼高度相同时,随开始改型位置后移,升力系数和升阻比增大,阻力系数变化很小.研究结论为风力机叶片翼型改型设计提供参考.     

不同桨距角某小型水平轴风机的气动性能分析

为了研究风力机叶片对风力机运行性能的影响.以家用小型风力发电机风轮为对象,利用UG软件得到叶片的三维模型.通过有限体积数值方法求解流动域不可压缩的Navier-Stokes控制方程和k-ω SST湍流模型方程,其中扩散项采用二阶中心差分格式,对流项采用二阶迎风格式,压力-速度耦合采用SIMPLE算法,得到流场变量的数值解.通过分析数值结果,研究了风轮的气动性能,即功率系数、力矩系数和轴向力系数在不同桨距角下随叶尖速比的变化情况:即随着尖速比的增大,功率系数、力矩系数均先增大后减小;随着桨距角的增大,最大功率系数和力矩系数先增大后减小,而最大轴向力系数逐渐减小.同时,展示了不同桨距角下叶片尾部的流线图.通过对风力机叶片气动性能的研究,可为小型水平轴风力机叶片的优化设计提供参考.     

垂直轴风力机动态特性及气动性能

垂直轴风力机流场属典型的非定常大分离流动,因其气动性能复杂,采用工程气动模型会有较大误差.为了研究垂直轴风力机动态失速与翼型附着涡的形成与发展,针对4种不同厚度的NACA对称翼型系列,基于Fluent软件的滑移网格技术,并选用S-A湍流模型和基于压力的Simple算法对H型垂直轴风轮流场进行瞬态CFD计算,得到了风轮旋转中动态失速相位角范围,较好地解释了小叶尖速比下翼型多处于动态失速区的流动机理.同时,提出了升阻系数计算方法,计算得到了该4种翼型系列的叶片扭转力矩、风力机功率和风能利用系数随叶尖速比变化规律.研究结果表明,风力机运行中翼型的动态与静态特性存在较大差别,翼型厚度对风力机扭转力矩、功率和风能利用率具有较大影响.故在进行垂直轴风力机设计时应综合考虑垂直轴风力机的翼型厚度等几何参数与旋转等动态参数对其气动特性的影响.     

垂直轴汽油机过热原因分析及解决措施

分析了垂直轴汽油机机体过热的主要原因,并提出解决措施。     

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.     

低风速适用型水平轴风力机气动性能优化与试验

为开发低风资源适用型风力机,以100 W水平轴风力机为研究对象,分析不同设计叶尖速比和设计攻角对风轮变风况气动性能的影响;考虑低风速地区风资源数据统计特点,以提高年发电量和降低启动风速为目标,以设计叶尖速比、设计攻角、叶片弦长和扭角为变量,采用NSGA-II算法进行全局多目标气动寻优;开展风力机性能测试试验。结果表明,优化后年发电量提高了9.14%,风轮启动转矩提高了9.62%;在不同负载条件下,优化叶片功率输出均有明显提高,启动风速由3.84 m/s降低到3.03 m/s;该方法避免设计陷入局部优化,提供一种低启动风速与高功率输出矛盾解决方案,为低风速水平轴风力机设计与应用提供重要参考。     

基于U-ABL理论屋顶风力机微观选址数值方法探究

针对国际能源署Task27项目子课题——复杂城市建筑环境屋顶风力机微观选址数值分析方法研究,引入了较传统指数分布更精确、更适宜城市建筑环境的城市大气边界层(U-ABL)理论,探索性提出一种基于城市大气边界层内建筑屋顶风湍流特性分析的屋顶风力机微观选址的数值研究分析新方法.建立了呼和浩特南郊某建筑模型及适宜当地的相关入流函数;计算、分析了建筑屋顶各参考分析点的湍流强度、风加速因子、湍流厚度及理想功率增大因子等湍流特性参数随高度的变化规律;确定了屋顶选定水平轴风力机最佳安装位置为建筑前沿点、最佳安装高度约为1.50倍建筑高度;该实例验证了所提新方法的可行性,能为城市环境风湍流特征分析提供理论依据及新思路,亦对建筑屋顶风力机的微观选址具有理论和工程应用价值.     

自升阻混合垂直轴风轮

目前,垂直轴风力发电机组有阻力型和升力型两种。因阻力型垂直轴风力发电机风能利用系数低,升力型风力发电机组启动性能差,升阻混合型垂直轴风力发电机组应运而生。本文在分析现有升阻混合垂直轴风力发电机组特点的基础上,针对其造价昂贵,原材料消耗大的不足提出了自升阻混合垂直轴风力发电机组。它可以通过操动机构使得一个风轮工作在两种状态:H型风轮和阻力型风轮状态。阻力型风轮状态通过使得在中心轴一侧的叶片展开,得到大的迎风面积,而中心轴另一侧的叶片不动作,迎风面积仍然小。由此增大中心轴两侧的阻力力矩。两种状态的转换依靠控制系统和操动机构实现。操动机构由四杆机构、外啮合齿轮和电动机实现。控制系统一方面需要根据一段时间内风速的大小来判断是否需要转换到另一种风轮运行状态。另一方面在阻力型状态时,还需要根据风向和叶片位置判断是否通过操动机构展开叶片。     

基于变桨距风力机半物理实验台齿轮箱设计优化

通过基于电液比例变桨距机构、控制器物理真机和主机数字模型相结合的变桨距风力机半物理实验台,产生在不同风速下齿轮箱的各项参数,根据风场的风频,得到载荷谱,从而实现齿轮箱齿轮、轴的优化设计和轴承的最优选择,最终提高齿轮箱的整体寿命和结构的合理性。