基于CFD方法,通过对比均匀来流和极端运行阵风条件下1.5 MW水平轴风力机的非定常气动特性,研究了极端运行阵风对风力机气动性能的影响规律.结果表明:极端运行阵风对风力机的气动特性影响较大,转矩与法向力、切向力系数的最大值较风速最大值的出现有所提前,较高风速下叶片失速造成风力机的转矩和气动力系数随风速的增大而减小.从紊流向层流的恢复阶段,流动的不稳定性使法向力、切向力系数在减小的过程出现振荡.

采用大涡模拟方法,研究添加仿生脊状结构对翼型流场和气动性能的影响,讨论了添加脊状结构后翼型流场的流动特性和涡结构特性。研究发现:(1)在α=6°攻角下,仿生翼型改善了边界层分离情况,后段布置的脊状结构能够有效推迟翼型边界层分离点,抑制边界层大涡形成,控制分离涡的发展和脱落,表现出更好的控制效果。(2)仿生翼型不仅提高了翼型的升力系数更在很大程度上降低了翼型的阻力系数,升阻比较原翼型有了较大提高。

提出了直叶片垂直轴风力机风轮的优化设计模型，该模型以双向多流管理论为基础，考虑了风场风速的概率分布，以风力机年能量输出最大为设计目标，使用遗传算法进行搜索寻优。利用开发的优化设计程序，针对特定风场优化设计直叶片垂直轴风力机风轮，并与已有风力机相比，优化设计结果有明显的优越性，说明该优化设计模型的有效性和实用性。

针对风力机电液伺服变桨距控制系统,设计了基于遗传算法整定的PID控制器,并通过计算机仿真,再现了系统跟踪阶跃信号的系统响应。仿真结果表明,在该控制器作用下,风力机变桨距系统具有良好的动态性能。

翼型是风力机叶片的核心要素。应用FLUENT软件对大型风力机叶片的翼型进行气动特性分析，将计算结果与试验结果进行对比，验证并修正软件模型和相关参数。所采用的方法可以应用于其它翼型的气动特性分析。

在运行环境下叶片所承受的气动载荷是在空气的气动压力与自身旋转产生的附加力的合作用。在不同的环境条件下,风力机叶片上的空气动力负载将会出现较大的差异。基于ANSYS分析软件,模拟运行环境下叶片上各叶素位置所承受的气动压力,分析叶片在正常运行、切出风速和极端风速的情况下载荷的压力分布,求解叶片材料的载荷应力极限,优化叶片结构及制造材料,降低叶片的生产成本,提高风力机叶片运行的可靠性。

风力机滚动轴承早期故障诊断中,压缩感知算法能够利用信号的稀疏性对信号去噪,但稀疏度的选取对去噪结果影响较大。由于信号故障成分在傅里叶域的稀疏度已知,故可通过傅里叶变换基和压缩感知子空间追踪(CS_SP)算法对风力机信号的包络特征进行不完全重构,以降低噪声和其他无关信息的影响,获取直接反映故障特征的信号成分,从而提取故障特征频率。研究结果表明,压缩感知框架下的的共振解调技术能有效获取风力机滚动轴承的故障特征信息,验证了所提方法的有效性。

为了提高风力机把风能转化为机械能的效率,本文依照Wilson优化设计方法得出风力机叶片优化设计的数学模型,并以Matlab软件为工具编写出叶片设计的计算程序。基于点的坐标的几何变换理论,对翼型坐标数据进行三维坐标变换,计算出叶片各点的三维坐标。用三维建模软件Solidworks进行精确的三维建模。该方法为风力机叶片和其它相似复杂形体的三维建模提供了依据,为叶片进一步分析奠定了基础。

H型垂直轴风力机利用机翼叶片的升力作用来驱动叶轮的转动,在叶片转动一周的过程中,机翼上的攻角随时发生变化,因此其气动原理与水平轴风力机有很大不同。本文先总结了H型垂直轴风力机的升力理论,得出风力机功率的公式,初步分析出风力机运转的一定规律,分析了在不同尖速比条件下机翼上攻角的范围。然后在NACA0012基本翼型的基础上,通过对翼型采用了两种优化方法,一种是将机翼尾缘高压力面切开的方案,;另一种是将翼型沿中线弯曲的方案。通过数值模拟的方式,比较了两种方案机翼功率及启动性能的影响。为寻找优化机翼形成的原因,本文还对最优化的切口方案与原型机翼NACA0012的升阻力系数进行了对比分析,结论表明,在升阻力系数相差不大的情况下,非对称机翼引起的尾迹变化,使得前机翼对下游机翼的干扰变小,是提高整机效率的关键因素,这种...

变桨距是风力机控制关键技术之一。本文通过对风力机空气动力学研究，为变桨距控制奠定了理论基础。为了对变桨距执行机构和控制规律进行研究，搭建了半物理仿真平台，其中电液比例变桨距执行机构和控制器按照1．5MW级风力机要求真实制造，而风力机其它部分采用“Bladed”软件的数字模型代替，同时平台提供加载装置实时模拟作用在变桨距液压缸上的风力负载。从半物理仿真平台试验结果表明，变桨距控制满足功率稳定的要求。