对旋双风轮风力机载荷特性风洞实验研究

为阐明对旋双风轮风力机前后风轮之间的载荷影响规律,基于风洞实验,测量对旋双风轮风力机3个正交方向的力和力矩,研究前后风轮间距和叶尖速比对载荷特性的影响规律。研究发现:高叶尖速比时,单风轮偏航力矩存在明显波动,而对旋双风轮风力机偏航力矩减小,且波动减弱;对旋双风轮风力机间距的变化影响前后风轮所承受的载荷占比,后风轮载荷占比随间距的增大而减小,这是由前后风轮之间所产生复杂的流动及湍流结构所致;虽然前后风轮的推力Fx和倾覆力矩My随叶尖速比的增大均有一定减小,但前后风轮的倾覆力矩Mx和偏航力矩Mz的方向相反,表明对旋双风轮风力机的前后风轮具有一定抵消倾覆力矩和偏航力矩的作用。

双风轮风力机前后风轮功率特性相互影响分析

双风轮风力机相对于传统风力机能够吸收更多的风能转化成电能。通过对3种面积比(56%、64%、87%)的双风轮风力机开展风洞实验,研究前后风轮不同叶尖速比时,对双风轮风力机功率特性的影响。结果表明:面积比为64%双风轮风力机的后风轮随着叶尖速比的增大,对前风轮功率有促进作用,而56%和87%的双风轮的后风轮叶尖速比的增大对前风轮功率有抑制作用;3种面积比双风轮的前风轮叶尖速比的增大对后风轮的功率都有抑制作用。3种面积比的双风轮风力机的总功率均大于单风轮风力机,且面积比为64%的双风轮风力机功率提升最大。

新型双风轮风力机气动特性的三维流场数值模拟

基于Simplic算法,采用SSTk-ω湍流模型,利用Fluent 6.3数值模拟软件对新型的小型双风轮风力机的气动特性进行了三维流场研究,并与同规格单风轮风力机的三维流场进行了比较.结果表明:与单风轮风力机相比,随着后风轮叶片数目的增加,新型双风轮风力机的湍流强度变大,风力机运行的稳定性在一定程度上有所降低;当后风轮的叶片数目合理时,后风轮对前风轮的影响较小,且可以有效地捕捉到前风轮的漏风,使得新型双风轮风力机的风轮在获得较大迎风面积的同时可以保持较高的转速,进而能够高效地实现风能的两级利用,明显提高发电功率和增大风能利用系数.

风轮间距与相位角对双风轮风力机功率特性的影响

采用雷诺平均N-S方程和滑移网格建立双风轮风力机气动特性分析模型,将风力机叶片压力分布和功率特性计算值与实验值进行对比,并分析双风轮间距和相位角对风力机功率特性的影响规律。结果表明:前风轮的输出功率基本不受风轮间距的影响,后风轮的输出功率随风轮间距的增大而减小,且降幅逐渐增大;随着风轮相位角的增大,前风轮的输出功率先减小后增大,后风轮的输出功率先增大后减小;当风轮相位角为30°和75°时,双风轮风力机总输出功率分别达到最大值和最小值。

风轮尺寸与旋向对双风轮风力机功率特性的影响分析

为掌握双风轮风力机风轮尺寸与旋向对其功率特性的影响规律,文章建立了双风轮风力机气动特性分析模型,并与美国国家能源部可再生能源实验室的实验结果进行了对比,计算分析了双风轮尺寸和旋向对风力机功率特性的影响规律。结果表明:当风速为10 m/s时,设计的双风轮风力机比单风轮双叶片风力机输出功率提升了84.9%;随着风轮半径增大,双风轮风力机输出总功率逐渐增加;当前、后两风轮反向旋转时,双风轮风力机前风轮大后风轮小的布局可获得更高的输出功率,且增幅随着后风轮半径增大先减小后增大,最大增幅为5.3%;除前、后两风轮半径相同的情形之外,双风轮风力机前、后两风轮同向旋转时输出总功率更大。

同轴反桨双风轮垂直轴风力机气动特性分析

对一种新型同轴反桨双风轮垂直轴风力机的气动特性展开研究,采用计算流体动力学方法对双风轮风力机进行了动态分析,并通过求解三维非定常N-S方程,得到风力机的气动载荷,与实验对比验证了该方法的有效性。研究结果表明:当尖速比为4时,同轴反桨双风轮垂直轴风力机下风轮相对于单风轮风力机的功率系数提高0.3%,而上风轮功率系数则提高3.2%;双风轮风力机尾流速度亏损大于单个风力机尾流速度亏损,在风场布机中有较大优势。当尖速比为4时,同轴反桨双风轮风力机内部复杂的涡流变化比较剧烈,其对风力机尾流变化也会产生较大的影响,此外,同轴反桨双风轮风力机内部的叶尖涡变化没有单个风力机内部叶尖涡变化明显。

同步双风轮耦合水平轴风力机气动性能风洞测试

同步双风轮耦合水平轴风力机是一种新型风力发电系统。现以同步双风轮耦合水平轴风力机为研究对象,构建了小型风力机性能测试平台,使用低速直流式风洞,研究该型风力机的功率和扭矩等气动性能。同步双风轮耦合水平轴风力机与单风轮风力机在构型上明显不同,实验结果表明,该型风力机基本气动性能与单风轮四叶片水平轴风力机相似,但有细微的差异。同步双风轮耦合水平轴风力机的风轮转速、风轮间距、风轮间相位夹角等参数共同影响风力机的气动性能。通过对实验结果间细微差异的辨析,研究了各参数对风力机气动性能的影响的具体模式和规律。