基于计算机流体力学（computational fluid dynamics，CFD）方法和虚拟叶片（virtul blade method，VBM）方法研究了风力机尾迹与复杂地形的相互作用，以实际风电场为例，分析了造成复杂地形风电场中风力机振动的主要原因，提出了一种基于CFD的快速分析风电场气动性能的方法，比较了雷诺平均（Reynolds-averaged，Navier-Stokes，RANS）和大涡横拟法（large eddy simulation，LES）求解方法在捕捉地形效应和尾迹及预测风电场功率性能方面的差异。研究分析发现，机组尾流和复杂地形效应造成的湍流强度过大是造成该风电场风力机运行时剧烈震动的原因，LES方法预测尾流的延迟衰减和更明显的尾流干扰作用导致风电场的发电量低于RANS方法。RANS方法过度预测湍流，导致湍流动量更快的扩散和尾流快速恢复。因此，CFD结合VBM分析复杂地形条件下风电场气动性能的方法，可实现...

为研究气体射流对风力机专用翼型气动特性的影响，通过数值计算方法，对DU91-W-250建立了有限元模型，采用适合翼型仿真的SST k-w湍流模型，研究了原始翼型与前缘添加射流口的翼型，得到了不同攻角、不同射流速度下的升力系数、阻力系数，并分析了其流场。结果表明:在0°到10°攻角范围内，射流速度小于来流速度可有效降低阻力系数提高翼型升阻比，大于来流速度时可降低阻力系数且获得较大升力增量。带有射流口的翼型在气流卷吸作用下提高了翼型上表面气体流动速度，可见气动性能相较于原始翼型有明显提高。

风力机气动力学一直是国内外研究的热点课题之一.目前相关研究大都是基于确定性工况条件，但因风力机常年工作在自然来流复杂环境，风速随机波动致使风电系统呈现不确定性，对电网稳定性带来巨大挑战，因此进行不确定风速条件下风力机气动力学研究具有重要意义.为揭示不确定性对风力机流场影响机理并明确其对气动力的影响程度，本文提出一种风力机不确定空气动力学分析方法，基于修正叶素动量理论和非嵌入式概率配置点法，建立水平轴风力机不确定性空气动力学响应模型;以NREL Phase VI S809风力机叶轮为研究对象，基于该模型提取风力机输出随机响应信息，量化不确定风速对风力机风轮功率、推力、叶片挥舞弯矩和摆振弯矩的影响程度;通过分析流动诱导因子不确定性在叶片展长方向上的分布规律，揭示不确定因素在风力机本体上的传播...

风力机叶片表面结冰会影响风力机风能吸收效率及安全性。采用计算流体力学(CFD)可以模拟叶片表面结冰过程及其对风力机气动性能的影响。但传统的CFD模拟不能考虑来流风况的随机性。本文采用FENSAP软件模拟了NREL S825翼型表面的结冰过程,采用雷诺平均NS (RANS)模拟研究了结冰对该翼型气动特性的影响。为了研究来流风况的随机性对结冰过程及翼型气动特效的影响,基于概率配置点的非嵌入式多项式混沌方法与RANS模拟进行耦合,研究来流风速和攻角为高斯分布的随机参数时翼型表面冰型的变化,获得了冰型变化的统计特性,以及结冰后翼型气动性能的响应特性。研究结果表明,较洁净翼型相比,结冰后的翼型气动性能下降严重。与攻角的波动相比,来流风速的不确定波动对结冰后翼型的气动性能影响更大。大攻角下,确定性计算会低估攻角对结冰的影响,进而低...

为了分析组合式襟翼对风力机翼型附近流场的变化情况,以NACA0012翼型为研究对象,建立不同组合式襟翼翼型的二维计算模型,使用计算流体力学软件Fluent求解定常、不可压缩雷诺平均的N-S方程并且采用Spalart-Allmaras湍流模型计算翼型在0°到18°攻角下翼型升阻力系数、升阻比情况。结果表明:在较大攻角下B组合翼型优于其他翼型同时大大推迟了翼型的失速现象,使其升力系数、升阻比在大攻角下有显著改善。

基于多体系统动力学和升力线气动模型,考虑柔性后掠叶片动态失速和气动弹性耦合问题,建立了风力机气弹耦合模型,研究极端运行阵风及阵风作用时间对某5 MW后掠风力机叶片气动性能的影响。结果表明:极端运行阵风对叶根挥舞力矩、功率、攻角、升力系数和轴向推力等气动特性具有较大影响。研究工作对风力机的结构优化设计和疲劳寿命设计具有重要作用。

为改善时变载荷下H型垂直轴风力机叶片的结构性能,通过FSI映射准确、实时地提取气动力并进行多种荷载耦合作用时的多目标结构优化设计。分别应用解析法和有限元法求解构件弯曲变形的应力分量与强度比,比较计算结果验证有限元分析过程的正确性。将坐标旋转变换和缩放横纵坐标系数相结合进行NACA0021翼型尾缘改型,并使翼型中弧线位于风轮圆周上,获得有弯度的尖尾缘翼型NACA0021SC。利用APDL语言建立新翼型叶片的参数化模型,采用FLUENT软件计算其表面实时压力分布,基于FSI映射方法获得气动力。以叶片的质量最小同时层合板强度比最大为设计目标,利用惯性权重余弦自适应和学习因子动态调整改进粒子群算法,进行重力、离心力、气动力共同作用下叶片结构的多目标优化。结果表明:单叶片在各方位角下优化后,质量分别减小13.70%,11.85%,8.09%和9.60%,最大位...

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...