基于YOLOv5s的海上风电设施检测与预警评估

海上风电设施检测在海上风电安全监测领域发挥着重要作用。由于海上环境复杂及海上目标的多样性,现有海上目标检测算法存在网络复杂、检测精度低的问题,难以满足实时性检测和实用性部署要求。针对该问题,该文提出了一种改进YOLOv5s的海上风电设施检测算法。首先,将YOLOv5s的主干网络替换为轻量化GhostNet进行特征提取,降低网络模型的参数量和计算量;其次,在主干网络末端和Neck层分别施加注意力机制(SENet),自适应学习重要通道特征权重,提高检测精度;最后,将Neck层的PANet结构改进为双向金字塔(BiFPN),通过融合不同尺度特征提升检测速度。实验结果表明,该算法在降低网络模型参数量和计算量的同时,在船舶数据集上平均精度达到了96.8%,比原始YOLOv5s网络提升了2.6百分点,检测速度达到了47 FPS。

基于涡方法的串列式双风轮风力机功率特性分析

基于势流理论建立一种串列式双风轮风力机非定常气动模型。模型中,升力面法用于计算叶片环量,使用自由尾迹模型实现尾迹畸变计算,通过诱导速度耦合前后风轮的叶片气动载荷与尾迹。以串联NREL 5 MW风力机为模型,2个风轮以相同转速相对旋转,考察对转双风轮功率在不同转速下的时均与动态特性。计算结果显示:双风轮最优总功率系数较单风轮提升34%,高转速运行时性能下降。对转双风轮功率周期波动,前后风轮相互势流干涉,前风轮尾迹干扰对应后风轮功率波谷。

偏航过程中风轮非定常尾流特性研究

针对偏航过程中风轮的动态尾流特性,运用计算流体力学(CFD)的基本方法对NREL PhaseVI风力机进行了30°偏航角范围动态偏航过程的模拟。通过与多个偏航角下的实验和动量叶素理论(BEM)、自由涡尾迹模拟结果对比,对比结果表明:随着偏航角的增加,风轮整体载荷减小;在风轮偏转过程中,旋转方向上附加的速度分量增大,导致风轮偏航过程中气动力系数比给定偏航角下的波动有所增加;动态偏航的速度尾迹偏斜出现延迟,宽度增加。

基于Openfoam的怀来复杂地形风电场流动特性研究

针对实际风电场复杂地形的流动特性,基于Openfoam开源软件进行二次开发。通过自主研发的网格捕捉地形工具,运用计算流体力学(CFD)模拟方法,研究了复杂地形条件下不同扇区入口方向的流动模拟。模拟结果表明:基于Openfoam的复杂地形模拟方法具有较高的模拟精度,验证了方法的可行性;以河北怀来的实际复杂地形为研究对象,通过定性和定量速度场特性分析可知,风绕过山体,受到山体漩涡流动和风机尾流损失的影响,风电场的风能品质下降;主风向下流动的自持性较高,而在其他扇区进出口的流向速度梯度不为零,存在较大的回流现象,各个机位点在轮毂高位处的观测结果与商业软件计算结果相差15%左右。文章的研究方法对于复杂地形数值模拟和风电场微观选址具有重要的参考价值。

平台运动对漂浮式风电机组气动功率和推力的影响研究

漂浮式风电机组存在平台六自由度运动,使得风电机组气动特性的非定常性显著。本文采用自由涡尾迹法对NREL 5MW风电机组的气动特性进行了模拟。为了能清晰比较单个平台运动对气动性能的影响,将浮式平台的纵摇、纵荡以及横摇运动简化为给定的正弦函数,研究了不同振幅的平台纵荡、纵摇、横摇运动以及两者和三者之间耦合运动下风电机组的气动功率和推力变化。结果表明:浮式平台的运动会导致风电机组功率和推力的波动,平台纵摇运动影响最大,横摇运动的影响最小;较剧烈的耦合运动会显著增加平均发电量;平台三自由度耦合运动中,增大纵荡振幅可以增大平均功率输出,并减少平均推力。

散热孔射流对机舱风速影响的数值模拟

采用计算流体力学模拟(CFD),研究某2 MW风电机组机舱附近的流动结构,分析机舱顶部散热器及其射流对机舱附近流动的影响,评估其对机舱风速仪位置处风速的影响。结果显示,风速仪的高度具有一定的最优区间;散热器及其射流对风速仪高度处的平均风速影响不大。在叶片典型位置处,散热器对风速仪高度处的风速有明显影响,散热射流一定程度上可削弱这种影响。

动态偏航过程中风轮非定常气动特性研究

风向的非定常变化导致风轮的持续对风,产生交变载荷,影响风力机的高效稳定运行。为研究偏航过中风轮的动态气动特性,本文基于计算流体力学方法(CFD),对NREL Phase VI风力机进行了30°偏航角范围稳态和动态偏航气动特性模拟。分析了不同计算工况下风轮的功率、推力系数,得到了叶片沿展向各截面气动力系数载荷和有效攻角的变化规律。稳态偏航工况下,通过实验和动量叶素理论(BEM)、自由涡尾迹模拟结果对比,计算功率值和实验值吻合较好,验证了当前模拟的合理性。分析结果表明:动态偏航开始阶段,由于迟滞效应,风轮的载荷出现短暂的上升,风轮整体载荷随着偏航角增加而减小。随着风轮姿态动态偏转,旋转方向上附加的速度分量变化更大,使得风轮偏航过程中气动力系数比稳态偏航角下的波动增加。

大型风力机叶片颤振边界的预测分析

随着风力机叶片长度和柔性的增加,颤振临界转速和额定转速的比值(颤振裕度)越来越接近与1,颤振成为风力机中安全设计中需要重点考虑的关键问题之一。目前,关于风力机气弹特性研究的较多,而对颤振临界风速进行预测的研究还较少。本文基于动量叶素理论和非线性几何精确梁模型的FAST软件,对NREL 5 MW风力机在刹车和运转时的颤振临界风速进行了预测,对颤振前、后的结构动态响应及气动性能参数进行了分析。在此基础上,计算并比较了质心位置、扭转刚度和结构阻尼等因素对颤振风速的影响。结果表明:当质心位置前移扭以及扭转刚度、结构阻尼、桨距角增大时,颤振风速增大,反之则减少。

水平轴风力机偏航气动性能分析

基于计算流体力学方法(CFD),采用带Gamma-Theta转捩的T-SST湍流模型,对NREL PhaseⅥ风力机在9个偏航角的气动特性进行了全三维非定常数值模拟。计算的功率与实验值吻合较好。提取了叶片截面翼型几何攻角和有效攻角,分析了不同偏航角下风轮的功率、推力,以及叶片沿展向各截面压力分布和法向力载荷系数的变化规律。偏航工况下,在旋转周期内,风轮功率、推力呈现2P波动性质,叶片气动载荷沿旋转方向呈现余弦交变性质。轴向来流工况时,叶片绕流的三维效应不明显。随着偏航角增大,三维迟滞回环越来越明显,且逐渐从内叶展过渡到中叶展,外叶展的迟滞效应不明显。

风电机组机舱近尾流的数值模拟研究

机舱风速是风电机组重要的监测参数。机舱风速受到风轮的尾流影响,与风轮上游来流风速有一定差别。对机舱风速的修正需要研究风电机组的机舱近尾流。采用计算流体力学(CFD)模拟对某大型风电机组在典型风速下机舱附近的近尾流结构进行了研究。在计算功率与设计功率值吻合较好的基础上,分析了下机舱近尾流分布,及机舱风速仪位置的风速变化。研究发现非定常模拟结果比定常模拟更接近设计结果。采用转子冻结法的定常模拟,叶片位置对机舱风速有很大影响。定常计算低估了机舱壁面附近的风速波动。叶片的周期旋转对时均风速大小有一定影响,但并不显著;对机舱风速的方向影响明显,且总是偏向旋转方向。在机舱上方到翼型段高度之间存在一个风速波动较小的位置,更适宜安装风速仪。

考虑风剪切的漂浮式风力机气动特性研究

波浪与风载的共同作用下,海上风电机组平台存在多自由度运动,同时伴随着海上复杂的风况,其气动特性变化较为复杂。以NREL5MW风电机组为研究对象,在风剪切来流下,依据波浪和风载的作用规律,研究平台纵摇和纵荡运动对机组气动特性和绕流场细节的影响。结果表明:平台运动会造成风电机组气动性能的周期性波动,而风剪切作用使得风电机组平均发电量降低并加剧功率和推力的波动。风剪切会增大纵摇运动过程中展向截面的法向载荷幅值且波动加剧,但会降低与功率输出有关的切向受力;风剪切作用推迟了纵荡运动过程中展向截面法向和切向载荷峰值出现时刻,加剧载荷的波动。外叶展截面的法向和切向力系数曲线出现平台,加剧了叶片疲劳载荷,减小了功率输出。

偏航对风电机组机舱近尾流与测风的影响

机舱风速(NWS)通常用于水平轴风电机组(HAWT)的功率预测和运行控制。机舱风速受到风轮近尾流的影响。当前对于机舱附近的近尾流研究不多。由于叶片旋转、分离流动和机舱几何的影响,机舱风速与来流风速存在明显差异,表现出很强的非定常性。这些特征与风轮的运行状况密切相关。采用计算流体力学(CFD)对某2 MW风电机组机舱附近的近尾流流场进行了研究。研究了风轮偏航和叶片旋转对机舱风速变化的影响,以及机舱堵塞和叶片旋转对于机舱风速的影响。研究发现,叶片旋转对于机舱风速的扰动作用会使得机舱风速明显低于来流风速;机舱的堵塞作用会使得机舱风速明显低于入口风速。而在偏航工况下,叶片的旋转和机舱堵塞对于机舱风速的影响均有所降低。