增加风力机叶片翼型后缘厚度对气动性能的影响

以FFA-W3翼型族为研究对象,对其系列翼型的后缘作了加厚处理。利用XFOIL软件对修改前后的翼型的气动性能进行了计算,利用Viterna-Corrigan失速后模型将气动性能数据的攻角扩展到了90°。对修改前后的翼型的气动性能数据的改变作了对比分析。利用原翼型和修改后翼型的气动性能数据对同一个风力机进行了气动性能计算,并对计算结果作了对比分析。结论认为,对翼型后缘进行适当加厚处理对气动性能影响不大,为满足工艺要求在叶片的生产中对翼型后缘作加厚处理是可行的。     

基于多目标遗传算法的垂直轴风力机专用翼型优化设计

为提升垂直轴风力机翼型综合气动性能,建立针对多运行工况的翼型优化设计方法。采用CST参数化方法表征翼型几何外形,通过优化的拉丁超立方抽样方法进行空间采样,利用CFD方法计算翼型气动力,并建立径向基函数神经网络代理模型,以翼型小攻角下升力和失速攻角下升阻比最优为设计目标,采用多目标遗传算法在代理模型上进行寻优,获得适用于垂直轴风力机的专用翼型以提高其在不同尖速比下的旋转力矩。对风力机常用翼型NACA0018进行优化,结果表明：以翼型失速攻角和最大升阻比攻角为优化目标,不仅提高了单翼型的升力系数与升阻比,而且将优化翼型应用于垂直轴风力机时还可提升使整机力矩系数。     

变桨距风力机叶片的气动优化设计

首先利用Wilson方法进行叶片的外形初步设计,然后以设计攻角作为变量,以额定风速下功率系数最大为优化目标,建立了1 MW变桨距风力机叶片气动外形优化模型,采用遗传算法进行了优化再设计。通过对3叶片1 MW风力机进行的气动性能评价结果表明,优化后的风力机具有更好的气动性能,说明采用该优化方法进行变桨距风力机设计具有明显的优越性。     

基于遗传算法的风力机叶片优化设计

提出了多次迭代优化设定诱导因子初始值的方法,并以功率输出和年发电量最大为优化目标,在遗传算法的基础上对1.5MW风力机叶片进行了优化设计.为了改善风力机在低风速区域内的输出功率特性,对风轮转速进行了优化.结果表明:优化后,风力机叶片的弦长值得到大幅度的降低,达到额定风速后的功率输出情况也满足了定桨距风力机的功率控制要求,说明该优化方法可以加速搜索寻优过程并保证获得全局最优解;转速优化后,当风力机采用二级转速运行时,年最大输出功率比采用单一额定转速运行时可提高1.16%.     

风力机叶片翼型气动性能数值模拟

采用数值模拟方法对NACA23012,NACA4412,S809,S810等4种常用风力机叶片翼型进行了研究,分析了翼型静止与振荡时的气动性能.随着攻角的增加,静止翼型的升力系数先增大后减小,其阻力系数一直增大,显示出NACA4412翼型具有较好的低风速启动性能;振荡翼型的升力系数随着攻角的变化呈现一个闭合迟滞环曲线,显示出振荡翼型S809的动态失速迟滞效应最为明显.文章参照模拟结果和对比试验数据,验证了数值模拟的可靠性.     

遗传算法在风力机风轮叶片优化设计中的应用

提出了风力机风轮叶片的优化设计模型,该模型考虑了风场风速的概率分布,以风力机年能量输出最大为设计目标。为加速搜索寻优过程并保证获得全局最优解,采用ECGA算法进行搜索寻优。与传统的遗传算法相比,ECGA搜索寻优速度更快,获得的结果更准确,也可以使用更小的种群,函数求值次数也更少。利用开发的优化设计程序,设计了1.3MW失速型风力机的叶片。与已有的1.3MW失速型风力机相比,设计结果显示了明显的优越性,说明该优化设计模型的有效性和实用性。     

基于元胞遗传算法的风力机叶片优化设计

采用经过叶尖损失、轮毂损失及失速状态下动量理论修正的片条理论为基础,在满足设计功率的前提下,以最大升阻比系数为优化目标,以叶片的形状参数弦长、扭角为优化设计变量,通过元胞自动机遗传算法对风力机叶片进行优化。最后应用该优化模型对某2 MW变桨距风力机叶片进行优化设计,并对优化结果进行比较分析,验证了该算法的有效性,为风力机叶片的后续研究奠定了基础。     

基于CFD技术与遗传算法的风力机大厚度翼型优化设计

针对目前风力机大厚度翼型设计参数空间有限、优化设计过程中气动力预测不准等问题,利用B样条函数表征通用翼型廓线,编制程序集成耦合翼型设计模块、任意翼型自适应网格模块、CFD流场计算模块、遗传算法优化模块,提出了基于CFD技术与遗传算法的风力机叶片大厚度翼型优化设计方法,并对比分析优化新翼型与DU97-W-300翼型的几何特性与气动性能。结果表明,优化方法设计的新翼型在主要攻角范围内具有较高的气动性能,在雷诺数为3.0×106的情况下,其升力系数、升阻比分别提高了13.555%、38.588%。该翼型优化设计方法为风力机大厚度通用翼型的设计与应用提供参考。     

风力机双层叶片式翼型气动性能

为了提高风力机的发电效率,优化风机叶片的翼型,以NREL研发的S809翼型为优化对象,设计了双层叶片翼型模型,利用Auto CAD软件建立了双层叶片翼型的几何模型。采取计算流体力学方法(CFD方法),对0~25.21°等26个攻角下双层叶片翼型进行气动计算,对其附近流场的流线图、压力分布云图、压力系数分布进行了分析,并与S809基准翼型进行了比较。结果表明:双层叶片翼型使叶片在不增加翼展的情况下增大升力;相比S809基准翼型,双层叶片翼型将失速攻角增加了6°;最大升力系数在S809翼型1.059的基础上增大到了1.363,研究结果为今后双层叶片翼型的研究打下了基础。     

高效低载的三维风力机叶片外形优化设计方法

常规风力机叶片的优化设计都是从二维翼型开始的,且翼型总是以升阻比最大为优化目标。然而,二维翼型的升阻比最大和三维叶片的高风能利用率与低气动载荷有本质的不同,采用以往的叶片优化方法常常会在提高风能利用率的同时,使叶片所受的气动载荷也提高。针对这一问题,提出基于多岛遗传算法和动量叶素理论,在给定风况条件下,以加权风能利用率最高与气动载荷最小为目标函数,以叶片各个截面的翼型型线及扭角作为设计变量,对三维叶片开展多目标优化方法设计研究。并对某实际NREL Phase VI叶片进行优化设计,结果表明：在给定风况下相比原叶片,优化叶片在风能利用率提升了3.06%的基础上,叶根弯矩降低了11.68%。在变转速与变风况下,优化叶片的气动效率整体提升,叶根弯矩明显降低。     

小型变桨距风力机的气动优化设计

基于叶素动量理论分析了小型风力机的气动性能分析模型,并提出了叶片的气动优化设计方法.结合叶片制造和应用中的实际要求,设计了10 kW小型变桨距风力机叶片的气动外形.计算结果表明,设计叶片具有良好的气动性能,验证了该设计方法有效实用.     

两种算法在透平级的多目标优化设计中的应用

在对两种智能型多目标算法－－模拟退火算法和遗传算法进行研究的基础上,将两种算法从理论上进行了比较;并将该两方法应用到透平级设计的计算上,亦对其进行了比较,得出了有益的结论,从而为透平级的多目标优化设计的深入研究奠定了坚实的基础。     

低雷诺数翼型的气动外形优化设计

在雷诺数Re=3×10^5条件下,利用遗传算法对翼型S826进行了气动外形优化设计。优化过程中,为了防止尾缘厚度太小,缩小了影响尾缘厚度参数的变化范围,降低了局部的优化幅度。结果显示,优化后的翼型,最佳升阻比提升了约9.9%,气动性有了明显的改善,且优化翼型尾缘厚度基本没有变薄,保证了工程的实用性,说明了利用遗传算法进行低雷诺数翼型气动外形优化的可行性。     

襟翼结构对风力机翼型性能的影响及优化设计

为了研究襟翼结构对风力机翼型气动性能的影响,选用NACA0012翼型,建立了翼型加装襟翼的二维计算模型,使用计算流体力学软件Fluent求解定常、不可压缩雷诺平均的N-S方程和Spalart-Allmaras单方程湍流模型,分析了典型的NACA0012翼型添加不同几何形状襟翼在0°~18°攻角α范围内的气动特性。通过计算表明:在风力机翼型上添加不同结构襟翼,能够提高翼型的有效升力系数,添加同样高度和厚度的三角形襟翼比添加矩形襟翼时的升力系数要大,而阻力变化甚小;因此,选择适当的几何形状襟翼不仅能起到增升效果且能相应的节省材料从而改善其经济性。     

Airfoil optimization for wind turbine application

An airfoil optimization method for wind turbine applications that controls the loss in performance due to leading edge contamination is developed and tested. The method uses the class‐shape‐transformation technique to parametrize the airfoil geometry and uses an adjusted version of the panel code XFOIL to calculate the aerodynamic performance. To find optimal airfoil shapes, the derivative‐free Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy is used in combination with an adaptive penalty function. The method is tested for the design of airfoils for the outer part of a megawatt‐class wind turbine rotor blade, and the results are compared with airfoils from Delft University. It is found that the method is able to automatically create airfoils with equal or improved performance compared with the Delft designs. For the tested application, the adjustments performed to the XFOIL code improve the maximum lift, post stall, and the overall drag predictions.     

基于遗传算法的轴流式叶片全三维优化设计

本文提出了一种结合全三维反问题计算与遗传算法优化的轴流式水轮机转轮设计方法。即在对轴流式水轮机转轮叶片进行全三维反问题设计的基础上,然后以平面叶栅表面边界层中的流动损失最小和翼型气蚀系数最低为目标,小生境遗传算法进一步对转轮叶片进行优化以得到更为理想的转轮叶片。由于此方法结合了全三维反问题方法对有厚度叶片计算的准确性,以及遗传算法对解决多目标优化问题全局搜索的准确性,可以得到比较理想的转轮叶片。     

考虑风电机组运行健康状态的风电场优化调度方法

当前风电场功率控制过程中多关注风电机组的发电能力,很少区别对待健康机组和带病机组。对此,以风电机组运行参数为评估指标,计算各指标劣化度,并以综合劣化度为风电机组健康状况的总体评判指标,再结合风电机组启停状态及功率控制要求建立风电场的多目标调度模型。采用混合编码遗传算法优化该模型,获得风电机组启停组合和目标功率值。仿真结果表明,该方法优化了风电机组启停计划,改善了风电机组的整体健康程度,提高了风电场有功输出的可靠性和稳定性,为功率调度过程提供了依据。     

大型风力发电机组塔架优化设计

鉴于塔架对风力发电机组的承载能力、使用寿命与安全的影响,因此对塔架进行科学、合理的设计尤为重要。提出了风力发电机组塔架的设计思路,总结了静强度、屈曲稳定及模态分析等理论基础的特点,通过整合这些理论基础给出了优化设计步骤,并以湘潭电机股份有限公司某大型风机为例,采用Matlab对塔架进行了优化设计。结果表明,采用基础理论对塔架进行优化设计是简单有效的方法之一,且在满足各项安全指标的前提下,有效地控制了塔架重量,适合推广应用。