基于大涡模拟的风力机尾流特性研究

耦合大涡模拟(Large-Eddy Simulation,LES)与致动线方法(Actuator Line Method,ALM),对均匀入流下的水平轴风力机作数值模拟研究,探究三种亚格子(Subgrid-Scale,SGS)模型下风力机的尾流特性.结果 表明:雷诺应力与湍流切应力在叶尖涡与叶根涡区有明显的最大值与极大...     

一种新型垂直轴风力机的尾流特性研究

以塞内加尔式风机为原型,结合垂直轴风机和水平轴风机的特点,研究一种风轮水平放置的新型结构的风机。利用ANSYS Workbench软件搭建风机模型,分析风机结构及周围流场的分布。基于空气动力学原理和流体力学软件,对风机的流场特性模拟仿真。分析在有无障碍物影响时,风机在风场中的受力,由障碍物对流场的阻碍作用提出了并行放置两排高低不同的机组的新型结构。对此风机附近流场尤其下风侧的尾流进行研究和仿真,结果显示,全新的机组结构能提高的风能利用率,充分利用风能,仿真验证了两排风机系统的可行性,为风电场机组的进一步优化提供了依据。     

风切变对风力机尾流湍流特征影响的研究

采用LES方法,对自行开发设计的100 W小型水平轴风力机在有、无风切变两种入流情况下的尾流特征进行了模拟计算,计算中提取了流场稳定后的x、y、z三个方向的瞬间速度、压力等参数的600个数据样本,计算得到了尾流内轴向速度和湍流强度的方均根值,分析了有、无风切变两种入流情况下风力机尾流内的时间平均轴向速度、湍流强度及涡结构等流动特征。结果表明:无风切变入流情况下,尾流内的叶尖涡、中心涡及轴向速度都呈现对称性;而风切变入流情况下,尾流内叶尖涡螺旋轨迹上面部分的螺距明显大于下面部分的螺距,呈现出了非对称性,而中心涡和轴向速度也都呈现出一定的非对称性,且风切变入流情况下尾流内的涡传播距离更远;在y/d6的近尾流区域内,无论入流是否存在风切变,风力机尾流膨胀现象都不很明显;在相同入流湍流强度条件下,有、无风切变入流情况下尾流内湍流强度的变化规律相似,入流风切变对尾流内湍流强度的影响较小。     

不同错列布置下垂直轴风力机尾流特性

为研究垂直轴风力机错列排布时下游风力机横向偏移距离对尾流特性的影响,获得优化的排布方式,以某H型垂直轴风力机为研究对象,建立了三维计算模型进行仿真模拟。基于单风力机模拟结果,研究了错列排布中不同偏移距离对风力机功率系数及尾流特性的影响。结果表明：当尖速比由0.5增加至1.5的过程中,风力机尾流逐渐接近于钝体尾流,下游速度恢复距离减小;风力机阵列中,错列布置可有效缓解上游风力机尾流对下游风力机的不利影响;随着横向距离的增大,下游风力机整体尾流速度分布逐渐与上游风力机的下游气流速度分布相一致,当横向间距为1倍,2倍风轮直径时,下游风力机功率系数相比单列排布提升了16.5%,37.3%。     

中国B类风场中水平轴风力机尾流特性研究

通过对中国B类风场平均风剖面来流条件下的风力机进行大涡模拟,研究风力机的尾流特性.研究发现,对于尾流时均轴向速度,速度剖面在1～7D范围内呈非对称“W”形分布,随着尾流继续向后发展,“W”逐渐演化为“S”形.由于风剪切效应影响,尾流轴向速度垂直剖面以轮毂中心线呈不对称性分布,尾流下半部区域较上半部区域的轴向速度恢复更快...     

大尺寸风力机叶片流固耦合特性研究

随着大型风力机叶片尺寸增大,其柔性也越来越大,在运行中更容易出现大变形现象,进而导致叶片结构的几何非线性变形、流体的非定常特性以及独特的流固耦合现象,需要采用更准确的模型进行分析。该文采用基于几何精确梁方法和自由涡尾迹方法的流固耦合模型,研究了大尺寸叶片的耦合特性。针对叶片柔性变大、质量变轻的特点,分别采用缩小叶片刚度和质量的方法,研究叶片大变形和质量变轻对耦合响应的影响,结果表明刚度降低会大幅增大叶片变形和载荷,而质量降低对叶片变形和载荷的影响并不明显。当刚度和质量同时降低时,叶片在叶轮平面外变形量大幅增加,使叶轮功率下降。对叶片尺寸变大带来的影响也进行了研究,发现大尺寸叶片的根部应力和载荷波动会较明显高于小尺寸叶片。     

变速风力机的静态特性仿真研究

根据变速风力机的静态特性,在Matlab/Simulink的环境下建立了变速风力机的仿真模型,在不同的风速下进行仿真研究,讨论了变速风力机的静态特性与叶尖速比及桨距角等参数之间的关系,结果为变速风力机性能分析提供了参考。     

多叶低速风力机尾流风速恢复模拟研究

利用CFD软件对并排放置的多叶低速风力机的尾流流场进行了数值模拟,分析了风力机后尾流区内气流的流动状态。采用S-A模型,分析风轮后方6个不同距离的X截面方向的流场,得出风速恢复位置在风轮后约2.5m,并对模拟结果进行了实验验证。同时又分析了不同风速下,不同叶型的风轮尾部流场。结果表明:在尾流区内,气流形成了与风轮转向相反的涡旋,尾流区半径随气流流动变化不大;在近尾流区,气流的湍流强度很高,气流方向不定;随着气流流动,尾流区内与尾流外缘气流相互掺混融合,使远尾流区气流速度逐渐恢复。依据数值模拟结果,探讨了不同叶型风力机的风速恢复距离,并根据其产能确定了最佳的风力机选型和布置方案。     

升力型垂直轴风力机相互作用研究

为了研究两个垂直轴风力发电机之间的相互影响,采用非定常流体动力学数值计算方法,研究了不同间距下两台垂直轴风力机的运行状况,分析了1/3旋转周期内、不同相位角的情况下,两叶轮周边的压力场和涡量场。结果表明：叶轮1的非定常尾流会影响处于其尾流区的叶轮2的压力场及涡量场,因此,叶轮1对叶轮2的影响随着叶轮间距的增大而逐渐减弱;当间距到达6D(D为风轮直径)时,叶轮2的最大功率系数约等于叶轮1的最大功率系数。     

基于云模型的风电机组输出功率特性分析

风电机组性能的优劣直接影响着风电场安全生产和经济效益。输出功率是风电机组最重要、最具代表性的性能指标之一,风功率曲线是机组发电能力最直观的表述。以输出功率和风速为数据源,应用云模型特征量研究风电机组输出功率的波动特性,有利于掌握风电机组性能状态。在对风电机组SCADA系统风速、功率数据筛选的基础上,描绘风电机组正常工作状态下的风功率散点图,采用比恩法建立风电机组实际风功率曲线;统计分析不同风速区间的输出功率,利用逆向云发生器建立不同风速下的输出功率云模型,得到不同机组的整体功率云;通过对比分析功率云的特征值,实现输出功率大小、波动范围和离散程度的量化分析;同时计算风速、功率相关系数反映和评价机组响应的灵敏度。云模型的应用,把机组状态从定性评价拓展到定量评价,从宏观综合评价深入到风速区间段精准评价,提高了风电机组性能分析的准确性和全面性。最后,应用实例验证了算法的有效性和可靠性。     

小型水平轴可变偏心距风力机输出特性分析

由于机械强度和发电机容量等限制,当超过额定风速后小型风力机的输出功率值会不断增大,因此需要采取有效措施控制输出功率。设计了一种具有功率调节功能的水平轴可变偏心距风力机,并对单台1.5 kW可变偏心距风力机样机进行了流场数值模拟及风洞试验。研究结果表明:随着偏心距的增大风轮内外表面最大压力向一侧集中分布,风力机后方速度的亏损程度逐渐降低;当超过额定风速12 m/s后,风力机发生左右偏心可使输出功率值减小,当风速为15 m/s、偏心距为75 mm时,左右偏心所对应的最低输出功率分别为1 353 W和1 539 W,调控误差分别为9.8%和2.6%。上述结果充分验证了可变偏心距风力机功率控制的可行性,同时也为风力机电控系统的设计提供了理论及试验依据。     

液压型风力发电机组风力机特性模拟

在不具备风场环境的情况下,针对液压型风力发电机组风力机特性模拟问题,在实际数据的基础上,建立了风力机输出特性数学模型,依据相似模拟的原理,采用转速控制的补偿方法对风力机特性进行了实验研究。将等效功率实验数据乘以转换系数之后的结果、仿真结果以及相关合作公司提供的850kW风力机的实际数据进行了对比。结果表明：系统能够在误差允许范围内精准模拟风力机的输出功率和输出转矩。     

变风速运行控制下风电传动系统的动态特性

基于齿轮系统动力学的方法对风电传动系统进行研究。运用基于自回归模型的线性滤波法(Auto-regressive,AR)建立的风速模型对实际风场的随机风速进行模拟;根据风力发电机在实际情况中的运行控制策略获得风力发电机齿轮传动系统的时变输入转矩激励;综合考虑风力发电机齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度、各个滚动轴承的刚度、各个轮齿综合啮合误差等内部激励,采用集中参数质量法建立风力发电机齿轮传动系统的耦合动力学模型;在此基础上建立风力发电机齿轮传动系统的动力学微分方程并进行仿真计算,分别求解风力发电机齿轮传动系统的固有频率、振动响应、动态啮合力和滚动轴承动态轴承力。研究结果为风力发电机传动系统的动态性能优化设计和可靠性设计奠定了基础。     

基于非线性涡流线原理的风力机空气动力学模型适用性分析

对基于非线性涡流线原理的风力机空气动力学模型进行了数值试验。试验结果表明,该模型在空气动力学特性变化强烈和动力学尾流效应起主要作用的地区有更准确的预测。     

大型风力发电机柔性体叶片动力特性研究

风力机叶片的动力特性会影响整机的性能,鉴于大型风力机叶片的柔性化特点,采用柔性多体动力学方法来研究大型风机叶片更加符合实际.考虑复合材料叶片各向异性的特点,通过ANSYS和ADAMS软件建立了750 kW风机叶片的柔性体模型及风轮的刚柔混合体模型,利用载荷的文档输入法将BLADED计算的风力机载荷生成曲线并加载到风机上,对风轮进行动力学仿真分析.结果得到了风机叶片的动态特性数据,并与刚性体叶片特性进行对比,这将有助于风机整机动态特性的研究,也为大型风机叶片的故障分析、优化设计提供参考.     

风力发电机传动系统随机风速下的载荷特性研究

根据随机风速模拟方法、风力机气动载荷计算方法、发电机矢量控制方法和风力发电机传动系统的机电耦合模型,建立了风力发电机传动系统在随机风速下的载荷模型,利用该模型对风力发电机进行实例计算,得到了风力发电机传动系统随机载荷的有效样本。随机风速序列和随机载荷序列的对比分析表明,随机载荷序列与随机风速序列有相同的变化趋势和较好的相关性,并有类似的频谱特性,从而为进一步研究风力发电机传动系统在复杂工况下的载荷变化规律及进行载荷谱的编制奠定了基础。     

风力发电认证研究

介绍风力发电认证标准及认证和测试机构,指出风电机组认证的必要性,研究风电产业认证的内容、要求和流程,并对主要风电国家认证标准体系和海上风电机组认证标准进行对比分析。     

风力机叶片翼型的气动特性研究

选取S818叶片翼型进行二维几何模型,采用适合翼型流动的Spalart-Allmaras湍流模型,对Base翼型和95%弦长处带Microtab的翼型进行数值模拟分析,得到在不同攻角下的升阻比、表面压力和速度矢量图。从流场计算结果看出95%弦长处带microtab的翼型在0°到12°攻角范围内气动性能有明显提高;带microtab的翼型改变了后驻点位置,使其出现在了microtab末端,增加了气动曲面环量,从而增加了翼型升力。