风力机叶片动态应变分布特征的研究

针对风力机叶片动态应变分布规律特性,以NACA4415翼型叶片为模型进行了数值模拟,并与采用旋转遥测技术测试的该风力机叶片动态应变试验结果进行了对比分析。结果表明,数值模拟与试验结果趋势一致;在气动力作用下,风力机叶片的应变主要集中在叶片的中部略靠后的位置,其根部及叶尖附近的应变与中部相比较小,前缘部分的应变值与后缘部分相比较大,压力面应变值大于吸力面相应位置的应变值;在气动力的基础上施加重力和离心力后,叶根处应变值增加迅速,同时叶片中部应变值保持在较大的水平,主要是离心力和气动力共同作用所致。

集装箱顶风力机的微观选址及功率预测研究

根据国际能源署Task27项目，针对置于张北风能基地的集装箱替代建筑物进行建模。利用适宜该地风资源的中性平衡大气边界层理论编制更精确的人流条件，从风加速因子、平均湍流厚度及风力机功率增大因子等新的角度分析箱顶垂直方向上的湍流特性及箱顶风力机适宜的安装位置及高度。结果表明：270．0°人流条件，箱顶1．17倍箱高高度范围为非高湍流区，且1．17～1．50倍箱高高度范围为风力机的适宜安装高度、前沿点为适宜安装位置；选定风力机的适宜安装位置为前沿点、安装高度为1．42—1．52倍箱高，且年平均风速、不同水平风向角下风力机功率增大因子最大可达54．5％，可为建筑屋顶风力机的微观选址提供参考。

叶尖小翼对风轮结构动态性能的影响研究

风力机叶片叶尖增加小翼,在一定范围内可以提高风轮的输出功率,提高功率系数,但是小翼引起了风轮结构动态性能的改变。本文采用试验模态分析的方法研究了叶尖小翼对静止风轮结构动态特性的影响,采用谱分析法分析了加速度传感器测得的风力机机头振动谱,得到风轮的动频,应用动频曲线研究了叶尖小翼对风轮动频的影响。实验表明,叶尖小翼虽然降低了风轮静频但通过增大离心力和气动力提高了动频。叶尖小翼明显改变了动频曲线的走向,可以通过叶尖小翼改善旋转风轮的结构动态特性。

风力机叶片在不同载荷作用下的应力特性分析

针对额定功率为100 W的水平轴风力机叶片为研究对象构建实体模型,利用ANSYS有限元方法,模拟分析叶片在气动力、离心力及重力作用下的应力特征,最后由实验数据和模拟计算做对比分析。额定工况单独载荷作用研究,得出叶片应力主要受气动力与离心力的作用,重力影响不大;施加复合载荷,同一截面相对位置,叶片迎风面应力值大于背风面应力值,且随风速增加应力值逐渐增大,最大应力值处始终保持最大。

动态入流条件下风力机运行控制的数值模拟

在动态入流条件下,采用基于致动线模型的大涡模拟方法对一台1.5 MW的商用风力发电机组的转速、转矩以及输出功率的响应特性进行数值模拟.在对数风廓线模型的基础上,通过引入正弦波动获得动态入流边界条件.对风力机引入比例积分变桨距控制和转矩控制,实现对动态入流的追踪.研究结果表明,在当前的变桨距控制和转矩控制条件下,风力机的转速、转矩、输出功率能够很好地响应入流风速的变化.在风加速阶段,三者都在额定风速时达到额定值;当入流风速减到额定风速后,变桨距控制以及转速、转矩、功率的下降都存在10 s的延迟;模拟得到的功率曲线与风力机实际功率曲线整体上吻合良好,不过在风速小于9 m/s的区间段还存在着一定的偏差,有待于进一步优化.

不同湍流模型建筑风湍流特征精确性研究

针对长宽高为1:4:4的AIJ建筑模型进行建模,拟合风洞入流实验数据得到服从指数分布的入流风剖面,为数值模拟与实验测试入流条件的一致性提供保证。以RNG k-ε、Realizable k-ε及LES等3种模型为依据进行数值计算,选定较典型的屋顶中心、背风面旋涡中心点垂直方向上的三维速度,与实测数据分别从定性、定量两个角度进行对比分析,结果表明:LES计算结果与实验值吻合程度最高、RNG k-ε模型次之、Realizable k-ε模型最差,但总体趋势都与实验值较接近;基于SPSS统计分析软件,利用非参数独立样本检验及相关性分析等数理统计理论初探性地定量说明了以上3种模型的精确程度:均未出现显著性差异,且相关系数均大于0.8呈高度相关。验证了不同湍流模型的精确性,并为城市建筑环境风湍流的数值模拟技术提供规范性指导。