叶片是风力机最重要的组成部分,在不同的风能资源情况下,翼型的选择对垂直轴风力机气动特性有着重要的影响。文章分别以NACA0018翼型(对称翼型)和NACA4418翼型(非对称翼型)建立3叶片H型垂直轴风力机二维仿真模型。应用数值模拟的研究方法,从功率系数、单个叶片切向力系数等方面比较两种风力机模型在不同叶尖速比下的气动特性,并采用风洞实验数据验证了流场计算的准确性。CFD计算结果表明:在低叶尖速比下,NACA4418翼型风力机气动特性优于NACA0018翼型风力机,适用于低风速区域;在高叶尖速比下,NACA0018翼型风力机气动特性较好,适用于高风速地区。而且在高叶尖速比时,NACA0018翼型在上风区时,切向力系数平均值要高于NACA4418翼型,在下风区时,NACA418翼型切向力系数平均值高。该研究可为小型垂直轴风力机翼型的选择提供参考。

风电产业的发展已进入关键瓶颈期,叶面流动分离控制技术的开发已成为产业发展中亟待攻克的重要课题。文章提出了在叶片吸力面靠近流动分离处实施翼型结构向翼面内侧凹曲的结构优化方式,通过凹变参数的合理选择实现了叶面流动分离的有益控制和叶片气动性能的有效提升,为叶面流动分离控制提供了新的分析思路和解决方案。

文章利用CFD方法对不同参数叶尖融合小翼风力机额定工况下的气动性能进行了数值模拟。研究结果表明,风力机叶尖融合小翼能够使叶片输出功率和风力机总功率得到提升,但同时使叶片轴向推力、挥舞力矩增大。吸力面小翼比压力面小翼风力机功率高1.26%~1.37%,体现在叶片相对高度0.88以上区域叶片输出功率不同。小翼高度和等效长度的增加使叶尖损失减小,叶片输出功率增大。不同倾斜角度的小翼会改变叶尖流场分布,从而改变叶尖部分和小翼的功率输出。在风轮扫风面积相同的情况下,小翼倾斜角度为55°左右时风力机气动性能最优。

通过对7.5 kW海洋温差能向心透平的蜗壳、喷嘴和叶轮进行气动设计,模拟研究了透平在设计工况及非设计工况下的气动性能。采用经验参数及遗传算法优化方法对透平的一维参数进行设计,得到一维设计结果,并据此对蜗壳、喷嘴和叶轮进行三维设计,得到透平的气动结构造型。利用CFD技术模拟研究了透平的三维流场及性能,得到透平在设计工况及非设计工况下的性能,模拟结果表明:在设计工况下,透平效率为86.5%;在非设计工况下,透平效率随着叶轮转速的增加而增大,但增加至设计转速后,透平效率增加幅度较小;随着进口温度的升高,透平效率逐渐增大;当进口压力为设计工况压力时,透平效率存在最大值;非设计工况下的透平功率基本与叶轮转速、进口压力和进口温度均呈正相关;设计工况下的最佳喷嘴-叶轮相对径向间隙为0.05,可变喷嘴叶片安装角为35~40°。

基于动网格技术，通过编写UDF代码成功实现了叶片的一阶弯振及一二阶叠加弯振。数值模拟过程中，采用大涡模拟（LES）分析刚性叶片与低阶弯振后风轮近尾迹速度与涡量特征。运用FW-H方程，以风轮表面为声源面，通过选取不同测试线上的监测点分析叶片不同运动状态下辐射声频谱及声压级变化。研究结果表明:施加振动后，在0.71R处出现轴向速度亏损，且在叶尖位置亏损最大;振动风轮整体噪声增大。文章通过研究模拟振动风轮的尾迹流动和噪声分析，为实际运行的风力机产生的气动噪声及声辐射传播特性提供一定参考。

为了研究翼型尾缘不同改型方式对其气动性能的影响,文章采用尾缘对称加厚法和一种新方法对翼型尾缘进行改型,利用二维RANS方程计算两种翼型的气动性能。在其他条件不变的情况下,尾缘对称加厚厚度在1%~7%内变化,采用尾缘弧形加厚的翼型修改位置在弦向90%~98%内变化。选用具有实验数据的DU93-W-210翼型做气动性能验证。计算结果表明:尾缘对称加厚对升力系数有一定的影响,但对阻力的影响更大;采用翼型尾缘弧形加厚法改型的翼型的升力系数有较大的提升,阻力也略大于原始翼型,该方法改型的翼型的气动性能要优于对称加厚的翼型。

为研究导叶数目对轴流风机性能的影响,文章以某两级动叶可调轴流风机为研究对象,模拟了第一、二级和两级导叶数目变化时的风机性能,并分析了其对风机性能和流场特征的影响。研究结果表明:导叶数目减少后,风机性能整体高于原风机;导叶数目增加后,风机性能未必高于原风机。其中,两级导叶数目均减至21片时的风机性能最佳,在设计工况下,全压提升119 Pa,效率提升0.4%。在此方案下,第二级动叶做功能力和导叶扩压能力均得到提升,导叶数目变化对下游流场有显著影响,而对上游流场影响较小。

文章通过数值模拟方法研究了不同相对厚度的前缘缝翼对S809翼型气动性能的影响,并揭示了前缘缝翼相对厚度对流动控制产生影响的机理。研究结果表明:在大攻角下,空气流经过前缘缝翼会在其尾部产生涡旋,尾缘涡旋的形成有助于抑制S809翼型流动分离,进而改善翼型绕流场;不同相对厚度的前缘缝翼产生尾缘涡旋不同的流动轨迹,对翼型的流动控制作用效果不同;相同条件下,前缘安装最大相对厚度为35%的前缘缝翼能够将S809翼型最大升力系数提升至1.25,失速攻角推迟至17.21°;安装最大相对厚度为14%的前缘缝翼,能够使S809翼型最大升力系数提升至1.53,并使翼型在攻角为20.16°时仍未发生失速。

文章针对波浪能装置液压发电系统展开了实验研究,分别进行了电阻负载特性实验和电池负载特性实验,研究了负载阻值对电阻负载发电特性的影响,以及不同充电电压和不同启动压力对电池负载发电特性的影响。研究结果表明:在电阻负载情况下,存在最优负载阻值,在最优负载阻值下,系统的发电效率达到最高;在电池负载情况下,充电电压决定着发电电压的大小,启动压力决定了发电电流的大小,并且启动压力的增加对液压发电系统的发电效率也会有所提高。

文章基于Galerkin法,提出了一种可以计算拉索式小型风力发电机塔架结构固有频率的理论模型。为了验证理论模型的有效性,对理论模型进行了模态测试、有限元分析及理论分析。结果表明,理论分析得到的固有频率十分接近模态测试及有限元分析结果。理论模型的参数研究显示,结构的固有频率随钢索预紧力的增大而增大,但预紧力达到某一定值之后固有频率不再