动态风向变化下风力机叶片和塔架应力及功率特性分析

风向变化显著影响风力机气动载荷分布,从而影响风力机稳定高效的运行,而气动载荷是风力机结构应力和功率变化主要影响因素之一。该文以S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,在旋转平台上进行风洞实验,对不同风向变化速度(0.5°、1°、1.5°、2°/s)下风力机叶片和塔架的应力以及风力机功率特性进行分析。结果表明:风向变化速度为0.5°/s时,在风向由0°变化到30°时,叶片弦向和展向应力值和风力机功率下降幅度最大;在风向由0°变化到20°时,叶片应力值和功率下降较为缓慢,风向变化结束后,风力机应力与功率会进一步减小;风向变化角度在0°~20°范围内,受叶片转速和气动载荷下降速度与风向变化耦合作用的影响,塔架应力值出现较大波动,并随风向变化速度的增加,波动出现的区间从15°~20°提前到0°~5°;风向变化结束后,叶片转速持续下降,造成塔架应力仍有不同程度的波动。结果可为考虑风向变化下运行的风力机结构设计提供一定理论依据。

边界层和压力滞后对翼型动态失速性能的影响

为优化动态失速模型经验常数,提升动态失速发生时翼型气动性能预测精度,该文基于B-L动态失速模型,结合内蒙古工业大学风能太阳能利用技术教育部重点实验室风洞实验数据,探究压力滞后及边界层滞后时间常数对翼型动态失速性能的影响。主要结论如下:压力滞后与边界层滞后时间常数对动态升力系数的影响较大且与平均攻角有关。当平均攻角相对较小且气流处于附着流动与分离流动之间时,适当减小时间常数可使动态失速模型计算结果更接近实验值;当平均攻角相对较大,气流处于分离流动与完全分离流动时,可适当增大时间常数值。压力滞后与边界层滞后时间常数对动态阻力系数的影响不显著。动态升力系数仅在攻角逐渐减小的完全分离流动过程中,随着边界层滞后时间常数的增大而减小。

极端风况下兆瓦级风力机动力学特性研究

鉴于强湍流和风向突变等极端风况导致风电机组事故频发的现状,该文提出一种适用于各种复杂风况的大型兆瓦级风力机动力学响应计算方法。将叶素动量理论、混合梁理论、有限单元法、修正的Newmark-β法及Lanczos解耦技术相结合,考虑柔性风轮的非定常入流效应、剪切变形和离心刚化效应、气动-结构阻尼影响、柔性部件结构耦合及非线性大变形等特性,探究极端连续阵风和极端湍流风况下风力机的动力学特性。研究发现,风向角会引起冲击载荷效应致使叶片和塔筒位移在趋于稳定前出现较大突变现象;叶片挥舞变形受极端湍流脉动特性影响较大,纵向湍流分量导致塔筒前后方向振动剧烈。结果可为极端风况下风力机气弹稳定性能判定、风电机组整机刚柔耦合动力学仿真技术实现提供一定参考。

叶片旋向对风力机尾流特性影响的试验研究

采用一种简单、有效的方法来改善风力机尾流效应,提升下游风力机功率。进行叶片旋向对风力机尾流特性的试验研究,利用低频粒子图像测速(PIV)系统对NACA4415翼型的叶片进行扰流流场测试并采集风力机的尾流数据。当2台串列排布的风力机旋向不同时,首先在下游风力机前1D(D为风轮直径)处,叶尖涡涡核位置向中央尾迹区偏移,而外部主流区的流体在叶尖涡诱导区的输运和卷吸作用下持续进入中央尾迹区并与之掺混使得轴向速度恢复得更佳;进而分析下游风力机后1D的流场数据,结果显示:虽然下游风力机叶尖涡几何结构被“打碎”,但涡核能量却未降低;最后探讨影响风力机功率特性的因素,下游风力机入流角的增大促使下游风力机捕获更多风能,在风轮间距为2D时,逆向旋转的功率比比同向旋转时高4.70%,且功率比随间距增加其增幅逐渐减小。

大型兆瓦级风力机气弹耦合数值模型研发及应用

为探究大型兆瓦级风力机柔性叶片非线性气弹特性,揭示叶片大范围空间运动与气弹响应耦合机制,该文提出一种用于分析风力机气动性能、模态特征、气动阻尼及动态响应的实时双向气弹耦合研究方法。将叶素动量理论、混合梁理论、Lanczos模态分析法及修正的Newmark-β位移迭代法有效结合,通过MATLAB编程实现柔性叶片气动载荷、弹性变形和空间运动之间的气弹耦合仿真。经与美国可再生能源实验室公开实验数据及Bladed软件计算结果对比分析,发现最大相对误差仅为-2.77%,证实本文气弹模型准确可靠。研究发现,气弹耦合对轴向和切向气动力影响显著,对气动阻尼的影响从叶根到叶尖逐渐增强。气弹耦合导致叶片气动载荷及动态响应降低的原因是平面外结构变形。该文数值模型相比风力机专用软件Bladed增加气动阻尼和气弹耦合模块,计算结果满足与Bladed软件计算结果偏差不大于5%的要求,对柔性叶片气弹稳定判定、风力机整机刚柔耦合动力学仿真的实现具有重要意义。

风力机叶片动态绕流结构的PIV实验研究

采用轴编码器锁相周期采样技术,在风洞开口实验段对旋转风力机叶片动态绕流结构进行了PIV实验,通过Insight 3G平均背景消噪和相关分析获得速度矢量信息,应用Tecplot处理得到相应的流线和速度云图。初步揭示了叶片动态绕流的特征变化及其绕流结构随风轮转速的变化规律,并探索了流动特征与风轮功率系数的对应关系。由于附着涡的诱导效应,翼型下游存在速度亏损区。随着转速的增加,附着涡影响区域增大,翼型下游速度亏损区域增大,亏损幅度也增大。在绕流结构中,切向速度分量占主导地位,轴向速度分量较小。叶片动态绕流特征的研究为分析风轮流场涡系的干涉及叶片动态失速等复杂流动问题提供了实验基础。

风力机叶片周围流场的PIV测试

在直流式低速风洞中,应用二维PIV系统,对水平轴风力机叶片周围流场进行了测试,揭示了在设计风速下,气流以相对风速流过叶片时,叶片周围流场的分布规律。在各个测试截面内,吸力面气流速度均高于相对风速,压力面气流速度均低于相对风速;气流沿叶片表面流动未发生分离时,叶片吸力面速度最大区域位于截面翼型最大厚度处;发生分离时,越靠近叶根位置,吸力面速度最大区域越向下游迁移,且分离点越靠近翼型前缘;叶尖部位存在从翼型后缘看为逆时针旋转的涡流,呈螺旋状向下游传播。PIV测试分析为叶片最佳空气动力学特性的设计提供了指导,并取得了大空间单烟雾发生器直流风洞的PIV实验经验。

水平轴风力机近尾迹流场结构的实验研究

在风洞开口实验段,应用PIV锁相周期采样技术测试风力机近尾迹速度场,通过分析速度场和涡量场,得到近尾迹流场结构特征。近尾迹中存在具有形态特征强烈的叶尖涡结构向下游不断传播。由风轮旋转轴向外,近尾迹的结构组成依次为中央尾迹区、叶尖涡诱导效应区和外部主流区。在叶尖涡诱导效应区内,涡流诱导效应使流场中存在明显的速度增益区和速度亏损区,且增益区和亏损区关于叶尖涡核中心对称。在研究区域内,叶尖涡向下游运动的轴向位移与尖速比成反比,径向位移与尖速比成正比,使叶尖涡诱导效应区影响范围随尖速比的增加径向扩展、轴向缩小。

蛤仔山东莱州群体与福建漳浦群体生长存活比较研究

为了解菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)山东莱州群体(LZ)与福建漳浦群体(ZP)生长存活性状差异,对两群体的卵径、受精率、孵化率,幼虫、稚贝与幼贝的生长与存活进行了比较。结果表明:两群体蛤仔的卵径、受精率及孵化率无显著差异(P>0.05);在浮游期15日龄时,蛤仔ZP组生长速度显著快于LZ组(P<0.05),LZ组存活率显著高于ZP组(P<0.05)。稚贝期间,蛤仔ZP组生长速度显著快于LZ组(P<0.05),LZ组存活率显著高于ZP组(P<0.05)。60日龄时,LZ组、ZP组壳长分别为(2.28±1.90)mm、(2.86±2.20)mm,存活率分别为(79.38±2.54)%、(70.62±1.54)%,其中两组生长性状差异不显著(P>0.05),存活性状均存在显著性差异(P<0.05)。幼贝期间,蛤仔ZP组生长速度显著快于LZ组(P<0.05),LZ组存活率显著高于ZP组(P<0.05)。210日龄时,LZ组生长显著慢于ZP组(P<0.05),但存活率前者明显快于后者(P<0.05)。综上,福建漳浦群体在生长方面具有一定的优势,山东莱州群体在存活方面具有一定优势。

基准定位在发动机振动信号分析中的应用

从振动信号的角度出发,研究了时域中某一时刻与发动机瞬时基频、曲轴转角之间的关系,提出了用瞬时基频作为参照,对发动机表面的各激励响应信号在时域中进行准确定位的方法,并给出了利用发动机故障特征信号诊断气门间隙异常的应用实例。

新能源公交车运行性能影响因素分析研究

对电动公交车运行性能的影响因素进行了分析研究,为新能源公交车运行性能的综合对比评价提供科学的理论依据,为电动公交车的进一步完善和大规模的生产推广积累基础数据和经验。

多针-板脉冲放电气液混合反应器气液中活性物质的生成和转移特性

为了研究脉冲放电条件下气液混合反应器两相中活性物质的生成和转移特性,采用多针对板混合反应器,通过发射光谱测定不同背景气体下放电过程中气液界面产生的羟基自由基(·OH)、氢自由基(·H)、氧自由基(·O)的变化规律,通过化学方法研究了液相中活性物质过氧化氢(H2O2)和臭氧(O3)形成的特性规律,以及脉冲峰值电压、处理时间和溶液pH对H2O2和O3形成的影响,分析了气液两相活性物质的转移过程机理。结果表明:在低电压条件下,利用多针对板混合反应器可以实现更多通道的均匀放电,使活性物质的产量大量增加;随着脉冲峰值电压的升高、处理时间的加长和溶液pH值的增加,H2O2和O3的质量浓度随之升高;对液相中H2O2和O3的质量浓度的影响程度从大到小的气体依次是氧气、空气、氩气、氮气。

小型风力机风轮叶尖近尾迹区域声辐射测试与分析

为解决小型风力机风轮叶尖近尾迹区域的噪声问题,利用BSWA VS302USB振动噪声采集分析系统,在风洞开口试验段对不同尖速比条件下的水平轴风力机风轮叶尖下游进行近尾迹声场声辐射测试,对叶尖下游的辐射噪声频谱和声压进行了分析.试验结果表明:风轮旋转过程中风力机叶尖辐射噪声频谱是由旋转风轮的基频及其谐波所构成的离散噪声叠加在宽频噪声上组成的,其中叶片离散的旋转噪声在总噪声级中占主导地位.在叶尖翼型后缘下游存在叶尖涡和附着涡诱导效应区,对流场的扰动较大;在风轮叶尖区域叶片周围存在高压力脉动区域,声压级最强部分靠近叶尖下游区域.

风力机叶片叶根应力集中区应力状态实验研究

为分析风力机叶片旋转时叶根应力集中区的平面应力状态,采用旋转机械应力应变无线遥测技术,通过叶根最大弦长处压力面应变花测点的布置,在直流式低速风洞开口段进行实验研究,结果表明:在额定风速8 m/s,尖速比由4.5增至6.5的过程中,直角应变花3个方位线应变的绝对值逐渐增大,且沿叶片展向0°方位和45°方位的线应变为正值,以拉弯应变为主,90°方位的应变为负值,受叶片压力面载荷的挤压作用所致;翼型截面弦向测点的最大主应力值大于相应测点的最大剪切应力值,且随着尖速比的增加均增大,其较大值均出现在靠近截面形心的翼型表面,是叶片易受损的危险位置;最大主应力方位角受翼型截面的几何形状和载荷作用效果的影响,自前缘向后缘发展并不呈现一致的规律性。该研究为分析和判断叶片裂纹、预测损坏部位提供直接的实验依据。

风力机叶尖加小翼流场的试验研究

叶尖加小翼可以提高风力机的功率系数.本文在风洞开口试验段利用PIV技术,对旋转风力机叶尖加装V型小翼时叶片和小翼周围的流场进行了实验研究.比较加小翼和不加小翼时的流场图,发现加上小翼后,叶尖部分的流场得到了改善,小翼对风力机的主要影响范围是从截面r/R=0.86到1.04之间,约占主叶片长度的14%左右.

仿刺参与虾夷马粪海胆和菲律宾蛤仔混养效果的初步研究

水温13．8～20．0℃下，在容积50L的塑料水槽中，放养体质量为（1．4±0．6）g的虾夷马粪海胆（Strongylocentrotus intermedius）11个，过量投喂海带（Laminaria japonica），再分别混养体质量为（3．4±0．6）g的仿刺参（Apostichopus japonicus）0（A组）、3（B组）、5（C组）和10个（D组），体质量为（12．4±1．7）g的菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）6个，排出水培养底栖硅藻和石纯（Ulva lactuca），用底栖硅藻饲喂仿刺参。77d的饲养表明，仿刺参和海胆的成活率差异不显著（P〉0．05），但混养组海胆的特定生长率（SGR）显著高于单养组（P〈0．05），B、C和D组海胆的SGR分别比单养高9．12％、7．24％和10．06％，各混养组间差异不显著（P〉0．05）；混养海胆的饲料系数（7．28～7．70）分别显著低于单养（9．12）（P〈0．05）组20．29／6、15．5％和18．0％。将刺参的产量计算在内，B、C和D组海胆的饲料系数分别比对照组降低31．5％、26．8％和16．0％，但混养组间差异不显著（P〉0．05）。海胆和仿刺参的适宜混养比例为11：3。蛤仔和石纯生长慢，死亡率高。养殖排水培养的底栖硅藻以菱形藻（Nitzschia sp．）和卵形藻（Cocconeis sp．）为主，少量舟形藻（Navicula sp．）。混养海胆性腺中亚麻酸、EPA＋DHA含量和n-3／n～6比值显著大于单养组（P〈0．05），混养池水中氨氮含量低而稳，溶氧量高。

基于DAMAS2修正算法的旋转声源定位识别方法

针对常规束形成声源识别技术分辨率低、未考虑声源旋转运动造成的识别误差等问题,推导得到DAMAS2修正算法。该方法在原本的静止框架中加入转速,得到修正的指向矢量与波束形成修正结果,随后结合波束形成修正结果建立阵列点传播函数与真实声源位置之间的卷积关系,最终通过迭代求解获得真实声源位置。首先通过数值模拟构建两个频率及幅值均一致的对称点声源,对比分析常规波束形成算法与DAMAS2修正算法的识别效果,然后结合激光测速原理及波束形成测试理论进行旋转声源实验研究。结果表明:DAMAS2修正算法主瓣宽度小、虚假声源少,不仅可以识别出旋转声源的径向位置,而且能得到运动声源某一时刻的周向位置,能够更精确地定位识别旋转声源。

基于子带能量法的发动机振动信号分析研究

以DA462型发动机缸壁及缸盖外表面的振动信号为研究对象,对发动机振动诊断机理进行研究,在实验的基础上对实验测得的信号用子带能量法进行深入的计算和分析,验证将子带能量法应用到发动机的振动信号分析中,能够对发动机的故障进行较准确的诊断。

水平轴风力机风轮子午面流场结构的实验研究

利用线式互相关PIV系统,采用轴编码器定位周期采样技术,在不同尖速比下对旋转水平轴风力机风轮不同子午面下游流场结构进行测量。分析得到不同条件下的瞬时图、时均图,重点对叶尖涡诱导效应区进行研究。实验结果表明:在风轮下游尾迹中可清晰看到叶轮近尾迹流场中的外部主流区、叶尖涡诱导效应区和中心尾迹区。其中风轮下游尾迹流管廓线是锥形螺旋体;叶尖涡核直径随轴向距离的增加而增大,随着测试方位角的增加,尾迹中各叶片产生的叶尖涡沿螺旋锥形廓线有序地向下游扩散流动;随着尖速比的增加,内部中心尾迹区轴向速度亏损值逐渐增加,并且中心尾迹区的范围逐渐扩大。

风轮声源及其动态应变相关性实验研究

在直流低速风洞中,应用B&K公司的60通道圆形声阵列、丹麦B&K公司PULSE结构振动测试分析系统及应力应变动态旋转遥测技术,针对直径1.4 m的某S翼型水平轴风力机风轮模型开展实验得出不同工况下,噪声总声压级分布特征以及噪声源位置分布规律及沿翼展方向上应变幅值的变化规律。实验结果表明:风轮旋转时,噪声源能量最大区域主要集中在叶片中部(r/R=0.54),且不会随风速和尖速比的改变而改变最大噪声源位置;噪声源能量最大区域主要发生在叶片振幅最大区域处;应变最大幅值区域主要集中在叶片中部(r/R=0.51处),最大幅值区域不随风速和尖速比的改变而改变。利用SPSS统计分析软件,对噪声声压级和应变幅值做沿叶片展向方向上的互相关分析得到,在0.17R^0.74R区域内,相关系数大于0.8呈高度相关,0.85R区域附近的相关系数为0.782,呈中度相关。