风力机叶片动力特性测试分析方法研究

风力机叶片的模态分析是风力机整机气弹稳定性及其可靠性分析的重要基础。针对自制的300W模型风力机玻璃钢复合纤维叶片的动力特性进行了测试分析,通过测量分析叶片的振动信号,得到了叶片的固有频率和阻尼比等特性;讨论了激振头的安装和叶片自重等因素对测试结果的影响。为风力机叶片模态分析提供了可行的试验方法,同时,为理论分析计算风力机叶片与整机模态的算法选择和修正提供了依据。     

近壁面网格尺寸对风力机翼型数值计算结果影响研究

采用3种不同的网格划分策略,在雷诺数Re=3.0×106的条件下,基于雷诺时均方法对NACA4415翼型进行了数值分析,研究了不同攻角下采用k-ωSST(Shear Stress Transport)湍流模型时近壁面网格尺寸对翼型气动性能的影响,并将数值计算结果与实验结果进行了比较。研究表明:翼型近壁面网格的y+值和网格纵横比对翼型升阻力系数和表面压力分布有较大影响,且大攻角下,网格纵横比的影响更加明显。     

双馈感应风电机功率平滑控制与改善电网频率的研究

在分析双馈感应风力发电机运行特性和传统最大风能追踪控制策略的基础上，提出了一种基于约束因子限幅控制的双馈电机有功功率平滑控制策略，给出了约束因子α的表达式和取值规则在matlab/simulink仿真平台上，搭建了一个9 MW的风电场与2台同步电机的互联系统实验结果表明，与传统的最大风能追踪控制策略相比，所提控制策略能平滑双馈电机的有功功率输出，明显减小同步发电机的转速波动，改善了电网的频率     

风力机风轮振动频率及应力特性试验研究

利用Pulse16.1结构振动分析系统,针对直径为1.4 m的小型水平轴风力机风轮进行静态固有振动频率和动态振动频率测试.研究发现:气动载荷对风轮二阶以下振动动频影响相对较小,且对一、二阶反对称振动动频的影响略大于对称振动动频;离心力对风轮二阶以下振动动频影响较显著,且对一、二阶对称振动动频的影响大于对反对称振动动频.此外,圆盘效应所引起的振动应力高于二阶以下其他振动应力,轴向窜动效应引起的振动应力介于一、二阶振动应力之间,这一结论与风轮静频测试中所获应力结果有很大的差异性,从而也考证了通过风轮静态测试间接分析其动态振动应力的方法并不适用.相关研究成果可为风力机在远短于设计寿命期内频繁发生疲劳损伤或断裂提供新的分析思路,同时为小型风力机风轮结构动力学性能的合理设计提供一定的理论支撑.     

尾缘加厚的DU系列翼型气动性能数值分析

为了研究不同最大相对厚度翼型尾缘加厚后气动性能变化情况,以3种不同最大相对厚度的DU系列翼型为对象,采用尾缘对称加厚方法对3种翼型进行修型处理,翼型的数值模拟计算结果表明:翼型尾缘对称加厚一方面可以减小吸力面后缘侧的压力梯度,抑制压力恢复,推迟边界层分离;另一方面可以增大翼型压力面与吸力面之间的压差,最大相对厚度较大的翼型压差增加幅度大。采用全湍流模型计算时,翼型尾缘加厚获得升力增量比自由转捩计算模型更大。随着尾缘厚度增加,小攻角下翼型获得的升力系数增量逐渐减小,而阻力则快速增大。当尾缘加厚厚度较大时,最大相对厚度较大的翼型获得的升力系数增量大于较小的最大相对厚度翼型。翼型最大升力系数随着翼型尾缘厚度的增大而增大,但是发生失速时,过大的升力系数会导致翼型升力急剧下降。为避免该现象发生,尾缘厚度应控制在约5%翼型弦长范围内。研究结果可以应用于钝尾缘翼型及风力机叶片设计,提高风力机的风能利用效率。     

相对弯度对钝尾缘改型提升翼型气动性能的影响

研究不同弯度的风力机专用翼型修改前后的气动性能,揭示相对弯度对钝尾缘改型增升效果的影响规律。利用XFOIL软件,对低速翼型S809、S823和S830进行尾缘厚度对称分布的钝尾缘改型。采用S-A和k-ωSST湍流模型模拟翼型原型的气动性能,并用实验数据比较两模型的计算精度。进而基于精度较高的k-ωSST湍流模型,计算了修改后翼型的升、阻力系数、升阻比和三者增幅,以及翼型表面压力系数分布。结果表明:对低速翼型进行钝尾缘改型时,随相对弯度增大,升力系数增幅在一定攻角范围内先增大后减小,升阻比增幅在一定攻角之前呈递增趋势;相对弯度约为2.5%弦长的翼型增升效果最佳,且大弯度翼型不适合钝尾缘改型。     

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。     

叶片数对VAWT-SWS低风速自起动性能的影响

为探明叶片数对自适应风速垂直轴风力机(VAWT-SWS)自起动性能的影响,设计了可更换叶片个数(2,3,4)的风力机模型,通过风洞实验获得了3 m/s风速下风力机的静态转矩系数随方位角变化曲线,并与相同参数的Darrieus直叶片风力机(D-风力机)进行了对比。之后使自适应风速垂直轴风力机空载,得到了3 m/s风速下其转速随时间变化曲线。实验结果表明:自适应风速垂直轴风力机的自起动性能优于Darrieus直叶片风力机,增加叶片数可使自适应风速垂直轴风力机的静态自起动性能提高,但使动态自起动性能降低。     

风向变化速度对风力机功率及转速的影响

为了探索风向变化时风力机输出功率及转速的变化情况,以某S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,利用旋转平台模拟风向匀速变化过程,采用IEC61400中规定的极端风向角变化速度5°/s为上限,每间隔1°/s选取1个风向变化速度,即选取1,2,3,4和5°/s这5个风向变化速度,研究不同风向变化速度下风力机输出功率、转速的变化规律.结果表明:风力机在不同风向变化速度下其输出功率与转速总体都呈现波动下降趋势,同一风速下风向变化速度越大,下降速率越快,但在其风向变化过程中对应的下降幅值越小;在风向变化开始与结束时都存在迟滞现象,风向变化开始时风力机输出功率出现小幅度上升,并持续波动3 s左右后才会开始下降;风向变化结束后,风力机需要继续运行一段时间后输出功率与转速才会达到稳定值,风向变化速度越大,该迟滞时间越长,初始尖速比越大,最终稳定后数值越大.