水平轴升力型风力发电机叶片数量叶片倾角与输出功率的关系研究

旨在探索水平轴风力发电机的风叶数量、风叶倾斜角度与输出功率之间的关系,通过此关系的探究,指导风力发电机的设计和应用。

水平轴风力发电机气动分析

本文对水平轴式风力发电机进行气动力分析,为风力发电机可靠性设计,以及在风速变化情况下进行转速调整提供了依据。

垂直轴风力发电机发展概述

能源危机是我们面对的最大挑战,风力发电是具有大规模发展潜力的可再生能源,在远期有可能成为世界重要的替代能源。水平轴风力机是目前应用最广的一种风力发电机,垂直轴风力机有着优越的性能,并越来越被人们所重视。主要论述了达里厄风力机的优良性能及其发展。

水平轴风力机多涡格升力面涡尾迹法的研究

针对NREL Phase VI实验双叶片水平轴风力机,采用基于多涡格升力面的自由尾迹法模拟其低风速及高风速气动性能。由于高风速失速延迟导致尾缘分离滞后,建立Kirchhoff-Helmholz尾缘分离预估模型与Du-Selig失速延迟模型耦合的三维尾缘分离预估模型。计算低风速及高风速不同的偏航角工况,对比分析不同涡格数对模拟结果的影响。研究结果表明:涡格数对低风速工况影响甚小,对高风速影响很大,且采用两涡格的三维尾缘分离预估模型对法向力系数和弦向力系数的模拟最为精确。

垂直轴风力机技术讲座(三) 升力型垂直轴风力机

1升力型垂直轴风力机概述 近30年来．螺旋桨式水平轴风力机发展迅速，已成为大型商业风力发电的主流。与此同时，以达里厄风力机为代表的升力型垂直轴风力机也受到一些风电发达国家的关注。虽然垂直轴风力机没有像水平轴风力机那样快速发展．但也取得了一定的进展。

水平轴风力涡轮性能的升力线算法

用升力线方法计算水平轴风力涡轮性能，利用薄翼理论和翼型的实验升阻力特性迭代求解叶片环量。采用圆柱刚性尾涡，并对其半无穷积分作近似高效处理，使计算量降低一个量级，算例的计算结果与实验值相符。

水平轴风力涡轮性能的改进升力线算法

将现代螺旋桨性能的改进升力线算法用于对水平轴风力涡轮性能的预估，通过在控制点上满足边界条件求解叶片环量分布，而不需要迭代求解。控制点的分布符合薄翼理论，其法向可简单地取为弦线法向，从而可以考虑展弦比的影响。采用圆柱刚性尾涡模型，并作高效近似处理，几个算例表明，计算值与实验值相符合。

垂直轴风力机技术讲座(四) 升力型垂直轴风力机相关理论

1概述以达里厄风力机和直线翼垂直轴风力机为代表的升力型垂直轴风力机,虽然形状相对简单,但其气动特性却非常复杂。目前,用于升力型垂直轴风力机气动计算和设计的常用方法及其相关理论模型主要有模型法和数值计算法两大类（图1）。模型法是研究较多、应用较广的方法,它利用空气动力学和流体力学的理论,借助水平轴风力机的分析方法,建立动量模型、涡流模型和叶栅模型。数值计算法是近几年出现的,已成为升力型垂直轴风力机计算和设计一种主要方法。

Gurney襟翼对水平轴风力机性能影响的实验研究

在小型低速风洞中对装有NACA4424翼型叶片的水平轴风力机及在其尾缘加装Gurney襟翼的风力机进行了一系列性能对比实验。Gurney襟翼的高度分别为2％b和4％b（b为翼型弦长），叶片安装角在6°～14°范围内，实验风速为6～15m／s。实验结果表明，Gurney襟翼对水平轴风力机性能有显著影响，特别是在大安装角（即大攻角和大升力）下；在小安装角（即小攻角和小升力）时，Gurney襟翼使风力机性能降低。同时，装2％b襟翼的风力机性能要高于装4％b襟翼的风力机；在12°安装角时，前者提高风力机功率最少有39％，而后者也可提高风力机功率在34％以上。对于风力机最常用的叶型FFA-W3-211加装2％b的Gurney襟翼后的风洞对比实验同样证明了上述结论。

水平轴风力机偏航与俯仰尾流特性

风力机的尾流干扰效应是影响风场下游风力机性能和风场出力的主要因素,通过调整风轮姿态可有效改善尾流干扰效应,但同时也引入了更为复杂的非定常气动特性和尾流场分布。为了研究风轮姿态控制的尾流特性,基于升力线和自由涡尾迹模型建立了水平轴风力机气动和尾流仿真模型,以NREL 5MW风力机为研究对象,在额定风速条件下,研究了叶轮偏航和俯仰工况下的尾流结构特性。在此基础上,对存在风切变和塔架影响时的风力机偏航和俯仰工况产生的尾流干扰进行了分析。研究结果表明:风轮的偏航和俯仰会引起尾流涡结构失稳提前、远尾流区湍流度增大,同时会导致尾流中心发生偏转和尾流作用区域减小,并加快速度亏损恢复,降低尾流效应对下游的干扰。风切变会产生类似风力机俯仰的效果,使得尾流抬升,作用区域减小。塔架对近尾流区的干扰较为显著,而俯仰控制会降低塔架对尾流的干扰。

加装Gurney襟翼对提高风力机性能的研究

在小型低速风洞中对装有FFA-W3-211桨叶的水平轴风力机及在其尾缘加装Gurney襟翼桨叶的风力机进行了一系列性能对比试验。Gurney襟翼的高度为翼型弦长b的4%,桨叶安装角为4～14,°试验风速为8～14 m/s。试验结果表明,Gurney襟翼对水平轴风力机性能有较大的影响,特别是在大安装角时尤为显著;在小安装角时,格尼襟翼反而使风力机性能降低;当安装角为12°时,格尼襟翼使风力机输出功率提高38%以上。

叶片弯掠对风力机气动性能的影响

叶片形状的变化对叶片的气动性能有着显著的影响,采用合理的叶片形状可以有效地提高叶片的气动性能。本文采用带自由尾迹的升力面法,研究了风力机叶片的弯掠对风力机整体气动性能的影响。预测结果显示采用前后掠的叶片在一定程度上改变风力机的风能利用系数。使用后掠叶片使叶片在中后段部分所受升力小于前掠叶片上对应升力,而在叶片前端所受升力大于前掠叶片上对应升力,同时使用后掠叶片将在一定程度上增加风力机风能利用系数,而使用前掠叶片则减少风力机风能利用系数。采用上弯或下弯形式的叶片同样也会在一定程度上提高风力机的风能利用系数。