基于全自由尾涡法的风力机气动性能计算

建立非简化的全自由尾涡模型,以精确计算尾涡对风力机气动特性的影响;应用经典的升力线理论建立叶片气动模型,以准确计及粘性效应;利用预估-校正-松弛策略以保证尾迹求解的稳定性。借助并行处理技术和快速多极子方法加速诱导速度计算,极大降低了全自由尾涡模型的计算成本消耗。最后以NREL实验风轮为算例,并与CFD计算结果进行对比,验证了该方法的有效性。

基于全自由尾涡模型的最佳环量分布风力机叶片气动优化方法

通过优化环量分布,开发了一种快速的风力机叶片气动优化设计方法.方法中引入了全自由尾涡模型,通过并行处理技术和快速多极子方法加速计算.采用傅里叶级数参数化叶片附着涡环量分布,大幅减少了优化变量数目.以风能利用系数为目标函数,以给定轴向力系数为约束条件,获得环量分布后反求得到叶片最优几何参数.最后通过优化美国可再生能源实验室(NREL)实验风轮进行方法验证,结果表明:在约束条件下,当尖速比分别为3.79和4.74时,优化使风轮的风能利用系数分别提升了32%和8%.在无约束条件下,针对不同叶片数和尖速比,分别对原NREL风轮进行全局优化,得到了风能利用系数均超过0.48以上的最优设计.