非对称翼型安装方式对H型风力机性能的影响

以DU06-W-200非对称翼型直叶片垂直轴风力机为研究对象,在风洞中对风力机模型进行一系列性能对比实验,研究叶片在正装和反装两种安装方式下,不同安装角、不同风速条件下的风力机气动性能。实验结果表明:对于非对称翼型,采用反装安装方式时风力机性能更好;且存在一个最佳安装角,使翼型反装时性能更好;安装角为4°时,风速为8m/s时反装状态功率系数比正装状态高出22%,风速为9m/s时则高出24%。

垂直轴风力机非对称翼型叶片变攻角方法

分析了H型垂直轴风力机非对称翼型叶片在一定雷诺数下的升力系数和阻力系数的变化,给出了叶片攻角的合理变化范围。通过分析风轮旋转一周叶片攻角的变化,给出了不同叶尖速比下叶片攻角随其方位角变化的规律。利用Origin软件计算出上下风区叶片的安装角与攻角的对应关系,并确定合适的安装角。分析表明,通过改变风轮叶片的安装角来调整叶片的攻角,能使风力机始终保持较高的功率输出。

利用Clark Y构造非对称翼型风机的正向通风性能对比

针对双向通风的工程应用,基于Clark Y标准翼型设计了4种S型非对称翼型并应用至单级可逆轴流风机,通过数值模拟计算及性能试验分析,对比研究了采用不同S翼型的可逆风机仅在正向通风情况下的气动性能。数值模拟结果表明:随着前缘厚度增加,风机进口截面的和叶顶间隙的湍流动能会有所下降,减少了流动损失,而增加尾缘最大厚度会降低叶轮出口流通性能。因此,反映到风机的性能上,在满足逆向通风的流量和静压前提下,增加前缘最大厚度同时减少尾缘最大厚度,风机正向通风时效率及全压会随之发生下降。综合比较而言,本文所研究的运用在正向吹风工况中的4类可逆风机,其中F4性能较优,而F10性能相对最差。

非对称翼型安装方式对垂直轴风力机性能影响的数值研究

采用滑移网格技术对非对称翼型正装与反装4°安装角状态下来流速度分别为8m/s和9m/s时的风力机工作情况进行了二维非定常数值模拟。利用输出转矩与给定转速计算得到风力机的功率,进而求得功率系数与实验值比较,结果说明在4°安装角时翼型反装能够很大程度的提高风力机的做功能力,在9m/s下功率系数可提高25%。通过流场分析得到翼型反装可缩小失速范围是功率系数提高的重要原因。

非对称翼型叶片水力不平衡力的非线性动力学模型及计算分析

水轮机转轮叶片出水边开口不均匀,常常导致径向水推力(又称为水力不平衡力)的产生,引起水轮发电机组振动。以非对称翼型NACA2415为研究对象,在雷诺数为0.5×105到3.5×105的范围内,采用SA一方程紊流模型对NACA2415翼型非恒定绕流进行CFD数值模拟。根据数值模拟仿真数据,拟合得到翼型升力系数和升阻比随攻角变化的拟合公式,并根据儒可夫斯基定理,建立适用于非对称翼型水力不平衡力的非线性动力学数学模型。进而根据拉格朗日方程建立水机电耦合故障下水轮发电机组非线性动力学数学模型。然后通过MATLAB对该模型进行计算分析,研究不同雷诺数下水轮发电机组随叶片出口安装角偏差变化的混沌分岔图。结果发现随着叶片出口安装角偏差增大,水轮发电机组轴心坐标会出现分岔和混沌的不稳定现象,同时随着雷诺数的增大,分岔和混沌现象加剧。表明在高雷诺数情况下,水轮发电机组更容易产生振动和运行不稳定现象,据此得到了在不同雷诺数下,水轮发电机组随叶片出口安装角偏差变化的稳定运行范围。上述研究结果将有利于水轮机的优化设计,并对水轮发电机组安全运行提供参考依据。

基于Clark Y的非对称翼型对可逆轴流风机性能影响的研究

针对双向通风机的工程应用,基于Clark Y标准翼型采用尾部反接法设计了4种"S"型非对称翼型(反接段弦长与总弦长的占比分别为0.286、0.375、0.444和0.500),并应用至单级可逆轴流风机,通过数值模拟及风机性能试验对比分析4种可逆翼型的风机在双向来流中气动性能。研究表明:随着前缘厚度增加,风机进口截面的和叶顶间隙的湍流动能会有所下降,减小了流动损失,而增加尾缘最大厚度会降低叶轮出口流通性能;反映到风机的性能上,增加前缘最大厚度同时减小尾缘最大厚度,风机正向通风时效率及全压会有所下降,而反向通风时两者均有大幅提升;采用反接段弦长占比为0.444的非对称翼型风机整体性能较优。

高尖速比下非对称翼型叶片结冰风洞试验

对于安装在湿冷环境下的风力机,极易遇到风力机表面结冰问题。风力机表面结冰严重影响了风力机的正常运行。为了研究垂直轴风力机在较高尖速比下的叶片表面结冰分布,本文采用了一种基于自然低温的结冰风洞试验方法。在低温环境下对采用S809非对称翼型的垂直轴风力机叶片进行试验,测试了在三种尖速比下的叶片表面结冰,并分析了结冰面积的变化。结果发现,当风力机尖速比超过1以后,叶片表面不再完全被结冰覆盖。主要结冰区域为叶片前缘,同时有横向生长的冰溜产生。

非对称钝尾缘翼型气动噪声数值研究

为得到具有高气动性能、低噪声水平的风力机专用翼型,基于参数化非对称钝尾缘翼型,研究了尾缘厚度及其分配比对风力机翼型气动性能及气动噪声的影响。采用分离涡模拟方法和声学类比方程建立了噪声预测方法,针对改型翼型进行样条函数参数化处理,并计算其气动噪声。结果表明:随着尾缘厚度的增加,改型翼型的升力系数和升阻比均大于原始翼型,气动性能得到明显改善;钝尾缘翼型会导致气动噪声增加,当尾缘厚度为1.5%c、尾缘厚度分配比为1∶3时,翼型气动噪声增幅较小。

叶片数及弦长对升力型垂直轴风力机的影响

文章基于非对称翼型NACA4415,以功率系数为依据,以CFD仿真为手段,研究了在不同尖速比下叶片数与叶片弦长对升力型垂直轴风力机气动性能的影响,以及不同尖速比和叶轮实度不同时,垂直轴风力机功率系数的变化。研究结果显示,该类升力型垂直轴风力机叶轮实度取0.25~0.45,尖速比λ取2.5~3.4时,具有较高的功率系数。流场分析表明,当叶片弦长与叶片数的变化对流场的扰动能力小于垂直轴风力机从流场中获取风能的能力时,叶片弦长与叶片数的变化会增加垂直轴风力机的功率系数;反之,垂直轴风力机的功率系数降低。该研究为此类20 k W垂直轴风力机的设计与选型提供依据。

远程火箭弹卷弧翼气动载荷工程计算方法

根据卷弧翼气动特性，引入各种干扰因素，利用刚体弹道方程计算出卷弧翼的最大气动载荷。经实例验证表明，该方法的计算结果与飞行试验结果是符合的。

振荡水柱波浪发电空气透平工作特性数值模拟

为更深入地探讨振荡水柱式波能发电装置的原理,对用于波力发电装置二次能量转换的威尔斯式透平进行了三维全流道模拟计算。针对对称翼型叶片和非对称翼型叶片的威尔斯式透平,分别考察了其在不同叶片安装角下的效率和出力随流量系数的变化趋势,得出了不同叶片安装角时威尔斯式透平运行的最佳参数。在相同工况下,对比分析了不同翼型叶片威尔斯式透平的效率、出力、输入系数及扭矩系数随流量系数的变化,并比较了叶片表面的压力分布情况。结果表明,随着叶片安装角增大,装置最高效率值增大,且在安装角大于9°后变化缓慢,而装置最大出力却随着安装角的增大而减小;采用非对称翼型叶片时,装置的出力、输入系数、扭矩系数均大于相同工况下对称翼型叶片装置。

基于正交试验的非对称垂直轴水轮机数值模拟

运用正交试验法开展了具有非对称NACA翼型的垂直轴潮流能水轮机的非定常数值模拟研究,分析弯度、弯度位置、前缘半径、最大厚度位置对叶轮能量提取率的影响。使用极差分析法确定了各因素影响的主次顺序和各尖速比下由最优参数确定的翼型。结果表明:在不同尖速比下,弯度是影响水轮机性能的主导因素,对水轮机能量提取率的贡献率分别为44.7%(尖速比λ=2.25)、53.4%(尖速比λ=2.5)和59.4%(尖速比λ=2.75);次要因素为最大厚度所在位置,其余两个参数对其性能影响较小。针对最优参数确定的翼型进行验证,结果证实具有该翼型的水轮机的动力学性能要好于其他翼型。

锯齿结构对带襟翼的NACA2418翼型的气动及噪声影响

在低雷诺数(1.4 × 105)下,基于NACA2418翼型,通过IDDES和FW-H方法对平板襟翼翼型(PGF)和锯齿平板襟翼翼型(SGF)的气动性能及噪声特性进行了数值模拟,并探讨了涡旋结构对流场和声场的影响机理。结果表明,在所研究的攻角下,相比于PGF,SGF可以进一步提高升阻比,并降低远场噪声。锯齿结构在未失速和深度失速情况下都可以控制低速区范围,减少翼型表面的涡团,从而获得了更好的气动性能和更低的噪声。与PGF相比,SGF的升阻比在大多数攻角下(3˚~20˚)更大,最大升阻比提高了9.27%。与PGF相比,α = 6˚时,SGF的OASPL降低了6.9 dB;α = 20˚时,SGF的OASPL降低了3.8 dB。

Performance Analysis of a Vertical Axis Tidal Turbine With Flexible Blades

In this study, a vertical axis tidal turbine with flexible blades is investigated. The focus is on analyzing the effect of flexible airfoils types and blade flexibility on turbine net output power. To this end, five different flexible airfoils （Symmetric and Non-symmetric） are employed. The results show that the use of a thick flexible symmetric airfoil can effectively increase output power compared to that achievable with a conventional rigid blade. Moreover, the use of highly flexible blades, as opposed to less flexible or rigid blades, is not recommended.