兆瓦级风电机组机舱内部气流组织的数值模拟

针对兆瓦级风电机组机舱的通风散热问题,提出了下送上排、下送下排、侧送上排以及侧送下排四种不同的气流组织形式,利用CFD软件对这四种气流组织形式下机舱内的温度场进行了数值模拟,并将模拟结果进行了对比。数值模拟过程假设机舱罩为绝热边界,并利用第二类热边界条件来描述机舱内热源。此外还借助realizable k-ε湍流模型并采用SIMPLE算法。模拟结果表明:相对下送式的两种气流组织形式,侧送式有着更合理的温度分布。尤其是侧送上排式,在三个特定切面上的温度分布均优于其它三种气流组织形式。

湍流风况下风电机组机舱近尾流的数值模拟研究

水平轴风电机组机舱风速是机组控制的主要信号参数。机舱风速受风电机组来流湍流与风电机组近尾流影响,变化复杂,对风电机组的优化控制有重要的影响。本文采用计算流体力学(CFD)方法,对湍流风况下风电机组机舱近尾流进行了详细分析。对比研究了稳态均匀风况和湍流风况下的近尾流的结构、机舱速度分布及其对风电机组总体性能的影响。研究发现,风电机组总体性能随湍流风况波动也呈现多尺度波动特征。湍流风况下,经过滤波后的机舱风速的时间序列和来流风速的时间序列体现出很强的相关性。对于湍流风况和稳态均匀风况,叶片/风轮旋转对风电机组机舱风速波动的影响最大。湍流风况会增加风电机组机舱风速的波动频率,增大波动的幅值,削弱风轮旋转对尾流和机舱风速的影响。湍流风况使得机舱周围的流动结构更复杂。稳态均匀风况与湍流风况下叶片吸力面叶根位置处都发生了分离流动,湍流强度增大了叶根位置处的流动分离。

超高层建筑风冷冷水机组群气流组织数值模拟与优化

为解决超高层建筑风冷冷水机组群排风返混问题,根据实际工程案例,利用CFD软件,数值模拟了超高层建筑风冷冷水机组机房内气流组织,获得机房内的气流组织分布,发现设计方案下机房内气流组织分布紊乱,风冷冷水机组排风出现返混现象。为优化机房内气流组织,提出"有组织排风"即利用排风筒和排风箱将高温排风导出室外的优化方案并进行数值模拟。结果表明:优化方案下风冷冷水机组群机房内气流组织分布大为改善,在排风筒及排风箱的引导下风冷冷水机组群的排风顺利排至室外,避免了机房内的排风返混现象,从而确保风冷冷水机组群高效稳定地运行。

半潜式风电机组平台水动力模型试验及数值模拟研究

针对某深远海漂浮式风电机组运动响应受风载荷影响的问题,进行了缩尺模型的水池试验以及实尺模型的数值模拟计算:根据水池自由衰减试验得到的自由衰减曲线及衰减消灭曲线,对基于势流边界元建立的数值模型进行了必要的阻尼修正;用数值方法计算得到的平台运动RAO结果与水池试验生成白噪声非规则波时测量得到的平台运动响应结果进行了对比分析,确保了所建立数值模型的准确性,同时验证了白噪声非规则波试验的可行性;通过时域及频域数值计算方法与试验方法相结合,对比研究了恒风条件下和无风条件下白噪声非规则波作用时平台的运动响应,以及相关的波浪载荷与风载荷的幅值与相位频谱.根据上述计算及研究结果,最终初步总结出了风载荷对风电平台半潜式浮式基础的运动响应的主要影响形式及原因.研究结果表明:风载荷对平台运动的影响与风、浪载荷主要频率成分处频率、幅值以及相位有关.在风载荷与波浪载荷的能量集中频率基本一致,且与平台运动固有频率相重叠时,风载荷的影响会得以显著体现(本文中差异约22%),而影响的形式(增强或削弱运动幅值)则取决于此时风载荷与波浪载荷的相位差:当风、浪载荷同相位时,联合载荷作用下相关自由度的运动幅值将显著增大,反之则显著减小.

非等温竖直壁面贴附式送风流场及温度场研究

在对现有通风空调系统常用气流组织形式对比分析的基础上,提出了一种竖直壁面贴附式送风模式。通过全尺寸可视化实验和CFD数值模拟相结合的方式,研究了热送风模式下不同送风速度、温度和风口位置时房间内的流场和温度场分布,并给出了贴附过程中射流轴线速度衰减的表达式。研究表明,竖直壁面贴附式送风是一种通风效率较高、工作区人员热舒适性较好的气流组织形式。

竖直壁面贴附式送风模式气流组织特性及其影响因素分析

在对通风空调系统现有气流组织形式对比分析的基础上,提出了一种基于竖直壁面贴附式送风的新型气流组织形式。采用实验验证后的SST k-ω模型,对不同送风温度和速度下房间温度场和速度场分布进行了数值模拟研究,同时分析了排风口位置、房间尺度、送风口位置对该气流组织形式的影响。研究表明,送风速度是该模式气流组织特性的主要影响因素。房间气流组织效果与房间尺度和送风口位置有较大关系,受排风口位置影响较小。通过合理的参数设置,能够实现竖直壁面贴附式送风模式在现有建筑通风空调系统中的工程应用。

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。

筒形基础对浅层气运移的影响及其对基础稳定性的影响

海上风电机组附近的浅层气突涌运移可能会诱发基础的失稳破坏,为了解决该潜在工程问题,通过开展模型试验和数值模拟,研究不同静荷载作用下,软黏土中气体运移路径的演化规律以及其对基础稳定性的影响。研究结果表明:静荷载的形式和基础与注气点的相对位置影响气体运移路径。当基础作用下压荷载时,气体朝靠近基础的方向运移,可能诱发基础失稳;而当作用上拔荷载时,气体朝远离基础的方向运移,从而不会威胁到基础的安全,且基础与注气点的相对位置越近,这种效应越显著。开展扩展有限元和Cohesive黏聚力单元相结合的应力-渗流耦合分析,进一步研究此种效应,以期为海上风电机组基础选址和设计提供参考依据。