基于钝尾缘翼型叶片的三维风力机性能分析

随着风力机向大型化发展,为有效提升风力机叶片的性能以及结构强度,将钝尾缘翼型应用于风力机叶片设计。以NACA639XX系列翼型为基准翼型,通过Hicks-Henne型函数和钝尾缘函数对翼型进行参数化拟合,使用多岛遗传算法优化得到层流钝尾缘翼型族(USST-XXX)。将此翼型族中相对厚度为21%的USST-211翼型与NACA63921层流翼型替换NREL PhaseVI叶片截面的S809翼型,建模得到两种三维风力机叶片,采用数值模拟的方法,对这两种叶片不同风速下的流场进行分析,并与NREL Phase VI风力机叶片的气动性能进行对比。数值模拟结果表明,在额定风速附近,采用层流钝尾缘翼型所构造的新叶片风力机的风能利用系数高于其他两种叶片。研究结果表明优化得到的层流钝尾缘翼型族可以有效提升风力机气动性能,在大型水平轴风力机叶片设计方面具有良好的应用前景。     

钝尾缘风力机翼型气动性能计算分析

钝尾缘风力机翼型有较好的结构和气动性能,是目前多被用于大型风力机叶片靠近轮毂区域的选定翼型.但钝尾缘翼型也有缺点,易产生大的脱流涡,这会降低叶片的气动性能.为了更好地研究钝尾缘翼型的性能,以了解其气动性能的降低能否与其结构性能的优化相匹配.采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法,对薄尾缘翼型S809和改进的钝尾缘翼型S809-100的性能进行模拟和对比,结果表明相对于薄尾缘翼型,钝尾缘翼型可以增大断面的最大升力系数和升力曲线斜率,并可以降低翼型污染对翼型升力影响的敏感度.     

钝尾缘翼型对5MW风力机性能影响的研究

目前国内外对钝尾缘翼型的研究主要集中于翼型的改进方式与二维气动性能的模拟,对钝尾缘翼型应用于风力机时对其性能影响的研究较少,然而钝尾缘翼型应用于风力机时由于旋转效应的存在叶素翼型之间会发生相互影响。为了更好的研究钝尾缘翼型,了解钝尾缘翼型对风力机性能的影响,对NREL 5MW风力机叶片内侧翼型进行对称钝尾缘修型,分析二维翼型气动性能,发现一定范围内,翼型的升力系数、升阻比均随尾缘厚度的增加而增大。对原风力机进翼型替换,模拟并对比两类风力机的性能,研究表明改型后风力机的输出扭矩高于原机,而且随风速增大改型风力机的优势变得越来越突出;然而在相同工况下,改型后风力机的轴向力也大于原机。     

叶片表面粗糙条件下钝尾缘翼型优化设计

利用粒子群算法结合XFOIL软件,进行了钝尾缘翼型型线优化设计。平移优化后,在翼型吸力面距前缘0.1c(c为弦长)处添加一高0.015c、宽0.04c的凸台,得到表面粗糙钝尾缘改型,并数值研究其升阻力系数、升阻比、压力系数和流场特性。结果表明：粗糙S812翼型钝尾缘优化后,尾缘厚度为0.039 8c,尾缘厚度在上下翼面的分配比为1∶13.16;升力系数在计算攻角范围内显著增大,升阻比在17.2°攻角之前显著增大,最大升阻比增大明显;钝尾缘处的漩涡对吸力面的气流造成下洗作用。     

我国首款海陆两用风电叶片研制成功

正日前,由上海电气与时代新材共同研制的72 m海陆两用风力发电叶片——S72在湖南株洲动力谷下线,这是我国首款自主研发设计的海陆两用风电叶片。S72海陆两用风力发电叶片是基于陆上3 MW~4 MW平台和海上4 MW平台开发的一款海陆通用新型叶片,可同时匹配和兼容陆地与海上两个平台、三款整机的载荷。该叶片应用了高性能钝尾缘翼型、涡流发生器、尾缘锯齿等行业领先技术,在提高发电效率的同时将叶片噪声控制在较低的水平,在雨蚀防护、雷电防护等方面也有可靠的方案,能从容应     

合成射流对钝尾缘翼型气动特性的影响

研究吸力面存在合成射流的情况下,钝尾缘翼型TR-4000-2000流场结构的变化及其升阻力系数等气动特性参数的变化趋势。在相同射流入口速度条件下,采用计算流体力学软件Fluent对相同来流速度不同攻角情况下翼型流场进行非定常数值模拟计算,分析射流前后翼型升阻力系数变化及翼型表面压力的波动状况;在此基础上,对不同射流频率和不同射流速度情况下翼型流场进行模拟计算,寻求最佳射流参数。结果表明,由于射流及尾缘涡的相互作用导致翼型的升阻力特性不断变化,钝尾缘翼型吸力面合成射流有明显的增升减阻效果,在15°攻角时尤为明显,升力系数提高约40%,阻力系数减小约25%。在量纲一射流速度和量纲一射流频率均为1时,射流对翼型的增升减阻效果最佳。     

不同尾缘齿型结构的海鸥翼型气动声学研究

本文提取具有优良气动性能的海鸥翼型对其尾缘进行仿生重构以降低气动噪声。采用大涡模拟（LES）进行三维瞬态流场计算，结合Ffowcs Williams和Hawkings发展的FW-H方法进行远场声学求解。系统研究了雷诺数为9.0×104，攻角为0°条件下,基于仿海鸥翅膀翼型的常规尾缘锯齿翼型、正弦型尾缘锯齿翼型及熨斗型尾缘锯齿翼型的气动噪声特性。研究结果表明：与原型翼型相比，常规尾缘锯齿翼型的升阻比损失最小，熨斗型尾缘锯齿翼型的升阻比损失最大。正弦型尾缘锯齿翼型的远场降噪效果最好，平均降噪幅度为5.72dB。与其他两种齿型结构相比，正弦型尾缘锯齿翼型能更有效地减小湍流宽频噪声和翼型表面的压力脉动，使整体旋涡脱落噪声明显下降。而熨斗型尾缘锯齿翼型在减小涡结构展向相关性的同时加剧了纵向空间涡结构的脱落，使整体声压级降低幅度最小。     

复合材料风力机叶片尾缘结构优化设计

针对静强度载荷作用下风力机叶片尾缘易发生局部屈曲失效问题,采用自适应单目标优化算法,将叶片气动中心与翼型曲线耦合约束,以叶尖挠度为优化目标,对叶片尾缘结构进行优化设计。分析尾缘屈曲变形规律,并与某企业提供的叶片静强度试验数据进行了对比,结果表明:优化后叶片模型在屈服强度、叶尖挠度和应变等方面的误差较传统纯壳体模型分别降低了10%、15. 7%和10. 6%,研究结果为叶片结构稳定性研究奠定了理论基础。     

基于混合改型理论的风力机翼型参数化方法

翼型的参数化表达方法是风力机翼型优化设计理论中最基础的部分.基于此,研究由基于泛函的儒科夫斯基变换理论建立的翼型参数化集成表达方法和SOBIECZKY尾缘改型方法在优化过程中的特点与不足,提出一种混合式尾翼型缘改型方法.建立采用最优保存策略的遗传算法优化模型,以Xfoil作为目标函数流体力学求解器,使用涉及的几种参数化方法,对RAE2822和NACA63215初始翼型进行优化设计.优化结果表明,混合式尾缘改型方法有效地克服了上述泛函变换方法和SOBIECZKY尾缘改型方法的不足之处,其与泛函变换方法的结合能够全面而有效地控制翼型,特别是尾缘部分的形状,优化所得的翼型具有良好的气动性能.     

风力机翼型尾缘锯齿降噪风洞实验研究

随着风能产业的发展,风力机降噪成为行业发展的必然,尾缘锯齿是降低叶片自噪声的有效手段。多年来,国内外许多学者通过数值模拟、风洞实验和整机测量等手段开展了风力机尾缘锯齿降噪研究。在西北工业大学NF-3风洞的二元试验段开展翼型尾缘锯齿降噪实验研究,提出了通过尾迹来甄选噪声测量传感器的方法,并采用A计权以及1/8倍频程的方法进行噪声频谱分析。结果表明,通过尾迹甄选出的传感器可作为噪声分析数据来源;在风力机翼型后缘安装尾缘锯齿来降低噪声是可行的,降噪的频率为翼型自噪声的中高频段;使用A计权、1/8倍频程的方法表示噪声频谱能很好地进行噪声源分析。     

叶片后缘加厚对轴流风机性能的影响

为解决NACA65系列翼型叶片后缘轮廓线内切圆半径收敛至0引起的铸造工艺问题,采用三次多项式函数生成叶片后缘厚度函数,精确调整叶片后缘末端厚度.基于Ansys软件对不同叶片后缘厚度的风机进行流体仿真,并分析其气动性能与静力结构特性.结果表明叶片后缘增厚使得叶片附面层分离损失增加,尾迹与叶栅主流区的掺混损失增大.叶片载荷...     

气冷涡轮叶片气热耦合数值模拟研究

采用气热耦合计算方法进行气冷涡轮气动性能-传热分析,这种方法无需指定对流换热系数和热流密度等经验参数,只须要给出气流与固体之间的流动换热物理条件.利用该方法对某三维涡轮导叶进行数值模拟,计算结果表明,气热耦合计算的叶片温度场更接近真实情况,针对该叶片尾缘烧蚀问题,利用气热耦合计算方法,研究了叶片尾缘冷却设计方案,通过对在尾缘开缝冷却方案的分析计算,结果表明,该设计方案可以使得尾缘最高温度下降了130K.     

A practical sampling method for profile measurement of complex blades

Blade is one of the most important parts in turbine machinery. The complex geometry of blades not only makes them difficult to fabricate, but also leads them difficult to inspect. Typically, the surface of blades is measured by using coordinate measuring machine (CMM). Since the measurement time and cost increase proportionally as the increase of measurement points, it is essential to sample measurement points which can represent entire blade with sufficient confidence and accuracy. In order to achieve a certain allowable deviation with a suitable set of points, a practical sampling method for surface measurement of blades was studied. Firstly, the leading edge curve and trailing edge curve were supposed to represent the twisted and bend information of blades. A sampling method based on maximum chordal deviation for leading edge curve and trailing edge curve was researched. Further, a fusion approach for sampling points on both edge curves, which determine the cross-sections, was proposed. Secondly, the inspection points sampling method for sectional curves were investigated. Finally, two simulation and one experimental examples were used to demonstrate the sampling methodology. The results indicated that the approach of this study can ensure the measurement precision at high curvature potion by measuring a small number of points.     

基于改进凸包算法的叶片型面特征参数提取

针对叶片离散测量点云数据,提出了基于改进凸包算法的叶片型面特征参数（如弦线、前后缘半径等）提取方法,并利用主成份分析法准确提取叶片截平面的法矢,开发了基于MATLAB环境的某型号航空发动机叶片特征参数提取软件模块,实现了叶片型面的快速特征提取与精密检测。     

A versatile stereo photogrammetry based technique for measuring fracture mode displacements in structures

The measurement of fracture mode displacements in structures which are susceptible to cracking such as adhesive joints in composite components – is becoming increasingly important. Such measurements are essential for the understanding of the root causes for specific fracture damage types. Furthermore, they can be used to assess the remaining life span of a structure for its safe operation. An improved version of a previously devised small displacement measurement system (SDMS) is used to measure local relative displacements (LRDs) at the trailing edge of a wind turbine blade. A purpose-made automated image processing software (AIPS) allows a rapid and reliable evaluation of a multitude of subsequently taken measurements at a high-precision level. The SDMS is used to measure the LRDs at three different locations close to the trailing edge of a wind turbine rotor blade. In addition, complementary measurements obtained by linear transducers are compared with the associated LRD component obtained by the SDMS. The 3D LRD measurements showed to be in good agreement with the predictions of non-linear finite element analysis. The paper closes with a brief discussion of the proposed measurement approach and the nature of LRDs as they appear in close vicinity to trailing edge joints.     

半开式低浓度纸浆泵设计方法研究

根据低浓度纸浆的物理特点和流动特性，提出了低浓度纸浆泵的设计方法。由于低浓度纸浆的高粘性以及本身是气液固三相流体的特点，在叶轮进口设计时使叶片前伸，同时叶片进口边不在同一个轴面上。为了使纸浆泵在运行中实现低脉冲运行，将叶片出口边设计成与轴线有一夹角的形式。叶片在距离出口的一段中的叶片安放角不变，以便使叶轮具有较好的切割特征。涡壳断面设计成通过性能好、尽量避免粘性损失的圆形，提高了纸浆泵的运行效率。设计实例及其试验结果表明，具有上述设计特点的低浓度纸浆泵在运行中具有效率高、切割特性好、脉冲低等优点。