小翼对风力机气动性能的影响

采用升力面法作为风力机气动性能预测模型对以美国国家新能源实验室NREL Phase VI风力机叶片为原型加装相应小翼的风力机进行气动性能预测与分析。结果表明加装小翼可在提高风力机功率输出的同时有效控制叶片载荷,降低风力机各部件的强度要求从而有效控制风力机各部件成本。

深度动态失速流场的DMD分析

采用动力模态分解（dynamic mode decomposition，DMD）方法对一个风力机翼型处于深度动态失速时的非定常流场进行模态分析。首先采用数值模拟的方法获得深度动态失速工况下风力机翼型的非定常流场，然后用DMD方法对大量非定常流场数据进行模态辨识，从中取得关于该非定常流场变化过程的特征值和相应模态信息，最后直观地表达振荡翼型在深度动态失速下非定常流场的演化过程，揭示深度动态失速下复杂流场中不同尺度的相干结构及其相互作用。

风力机翼型在大攻角流场下的动力模态分解分析

采用计算流体动力学(CFD)方法,在恒定大攻角工况下,对风力机翼型的非定常流场进行数值模拟,并采用动力模态分解(DMD)方法对其模态进行辨识,以得到非定常流场的频率和相应的主要模态.结果表明:DMD方法可用于分析非定常流场的变化过程;DMD的各阶模态描述了非定常流场的主要流动特征,流场中非定常流动主要集中在近尾迹区域;采用包含主要流动信息的前4阶模态重构的流场能够反映不同时刻的时域流场;第2阶DMD模态重构的流场可以直观地描述尾迹区域内2个方向相反的涡依次脱落并向下游传播的非定常流动特征.

中压进汽腔体内部流场的数值与实验研究

结合数值计算和实验测试方法获得了某超超临界机组中压缸进汽腔体的内部流场数据,数值结果和实验结果都发现,左右对称的中压缸进汽腔体,其流场呈现左右不对称特点;数值计算中曾出现的左右对称结构为不稳定形态,容易进入稳定的非对称流场结构。进汽腔体出口具有明显的周向流动角度,而且流动参数周向分布不对称,这将对下游叶片运行产生影响。本研究将为改进进汽腔体的设计提供参考。

风力机叶片结冰水滴收集系数计算

针对风力机叶片结冰问题,采用欧拉两相流模型和FLUENT用户自定义函数(user defined function,UDF)计算NACA64618翼型/叶片的水滴收集系数。结果表明:水滴主要撞击在翼型前缘小范围内。随着攻角增大,水滴撞击极限往翼型压力面移动。受三维效应的影响,叶尖区域水滴收集系数急剧减小,减小量最大可达59.6%。

结冰对风力机载荷的影响

针对风力机叶片结冰问题,以NREL Phase VI风力机为研究对象,采用Fluent和气动弹性程序FAST,研究了不对称结冰(只有1个叶片结冰)和对称结冰(2个叶片都结一致的冰)对风力机载荷的影响.结果表明:结冰会导致叶片气动性能下降,从而导致风轮转矩减小;对称结冰可使风轮转矩减小量达34.99%;不对称结冰会引起低速轴剪切力不平衡,增加低速轴疲劳载荷;对称结冰可使风轮轴向推力、叶根力矩和塔基力矩减小量分别达6.07%,40.32%和37.32%.

基于升力面和大变形梁的风力机叶片气弹模型

为了降低风能度电成本,风力机大型化是风电行业重要的发展趋势,柔性轻质的超长叶片可能出现几何大变形。目前的风力机叶片气弹模型,其结构模型多数基于简单梁模型,对几何非线性因素的考虑较少,或者是基于二阶梁模型,气动模型则多数基于叶素动量理论。为了适应风力机大型化对结构模型和气动模型准确性的要求,本文采用一种大变形几何精确梁理论作为结构模型,完整考虑叶片大变形非线性因素;同时采用自由尾迹升力面方法作为气动模型,更准确地描述三维叶片形状对流场的影响,最终建立一个具有更高准确度的风力机叶片气弹模型。

风力机动态失速降阶模型

在非定常气动环境下运行的风力机会引发动态失速的现象。由此对风力机翼型的非定常气动力用两种降阶模型(Volterra级数模型和基于代理模型的递归结构模型)进行了预测。本文对两种模型进行了简要分析。为了说明模型对非定常气动力预测的能力,将预测结果与CFD仿真结果进行了比较。结果表明在轻度失速工况下两种模型都有较好的预测能力,在深度失速工况下基于代理模型的递归结构模型的精度较高。因此也可以认为这两种降阶模型对风力机的气动弹性问题的分析和优化是有益的。

薄翼非定常气动力的涡方法计算

采用基于势流理论的涡方法,计算小扰动流场下薄翼的非定常气动特性。在中弧线和尾迹上布置涡量,建立两个控制方程和两个边界条件,数值求解薄翼的涡量分布并计算非定常气动力。将该方法用于二维平板绕流问题,计算了阶跃攻角和阵风两种工况,获得平板的涡量分布和非定常升力系数,结果与解析解Wagner函数和K(u|¨)ssner函数对比,证明了涡方法的准确性;最后采用ARMA降阶模型对涡方法的结果进行系统辨识,证明了ARMA降阶模型的有效性。以上研究将用于预测风力机非定常气动性能和气动弹性的分析。