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塔影效应下风轮仰角对风力机气动特性的影响

可再生能源 2024年第3期42卷 340-347页

作者：路瑶于鹏张立茹高伟闫蓉牛大川内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010080 国网辽宁省电力有限公司电力调度控制中心辽宁沈阳110006 风能太阳能利用技术教育部重点实验室内蒙古呼和浩特010080

考虑风力机塔影效应的影响,针对风轮仰角导致风力机气动特性更为复杂的问题,文章对不同仰角水平轴风力机流场进行了数值模拟,分析了风力机叶片截面压力分布、涡量以及塔筒表面压力随相位角的变化规律,探究了风轮仰角对风力机输出功率的... 详细信息

考虑风力机塔影效应的影响,针对风轮仰角导致风力机气动特性更为复杂的问题,文章对不同仰角水平轴风力机流场进行了数值模拟,分析了风力机叶片截面压力分布、涡量以及塔筒表面压力随相位角的变化规律,探究了风轮仰角对风力机输出功率的影响。结果表明:增大风轮仰角会降低叶片表面压力,减小叶尖部分压差,使得叶片表面高涡量区域减小;添加风轮仰角会使叶片对塔筒影响减小,塔筒表面高涡量区域随着风轮仰角的增大逐渐减小,降低塔筒表面压力波动。当叶片经过塔筒时,塔影效应对风力机影响较大,风力机输出功率降低;当叶片竖直向上时,风力机输出功率达到最大。为风力机添加仰角后,随着风轮仰角的增大,风力机的输出功率与输出功率波动均呈现先增大后减小的趋势;风力机输出功率在风轮仰角为3°时最大,输出功率波动在风轮仰角为6°时最小。

关键词：水平轴风力机塔影效应风轮仰角气动特性

风力机近尾迹叶尖区域气动噪声变化规律的试验研究

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工程热物理学报 2014年第1期35卷 70-73页

作者：代元军汪建文赵虹宇吴伟民张立茹内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051 新疆工程学院新疆乌鲁木齐830091 风能太阳能利用技术省部共建教育部重点试验室内蒙古呼和浩特010051

保证额定来流风速i0m／s不变，在不同尖速比条件下，利用声阵列法对s系列翼型风力机的叶尖区域噪声进行了测试。结果表明：风轮在旋转过程中，风力机叶尖辐射噪声频谱在200Hz以下主要是由叶片旋转基频及其谐波构成的离散噪声叠加在宽频... 详细信息

保证额定来流风速i0m／s不变，在不同尖速比条件下，利用声阵列法对s系列翼型风力机的叶尖区域噪声进行了测试。结果表明：风轮在旋转过程中，风力机叶尖辐射噪声频谱在200Hz以下主要是由叶片旋转基频及其谐波构成的离散噪声叠加在宽频噪声上而组成的，而在200Hz左右至600Hz则是由叶片旋转产生的叶尖涡脱落频率以及风洞动力风扇的二次谐波构成的。随着尖速比的增加叶尖涡的脱落频率在增大，旋转基频声压级在叶片相对半径为0．57处的辐射噪声最大，且随着向叶尖移动，噪声逐渐减小。距离风轮旋转平面的轴向方向x=10—60cm之间辐射噪声衰减较快，在x=60—100cm之间衰减较慢。发现了叶尖涡的运动轨迹，叶尖涡是逐渐的向外迁移。

关键词：风力机叶尖区域声阵列声压级叶尖涡

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水平轴风力机尾流扩散特性的数值研究

工程热物理学报 2013年第9期34卷 1663-1666页

作者：张立茹汪建文孙晓颖朱生华赵虹宇内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051 风能太阳能利用技术省部共建教育部重点实验室内蒙古呼和浩特010051

本文采用Fluent软件对半径0.7 m,翼型NACA4415的水平轴风力机的三维非定常尾迹流场进行了大涡模拟(LES)计算,计算结果表明:轴向速度分布相对于尾迹中心不对称,同一风速下,在靠近叶根圆周区域,距离风力机旋转平面2R处风力机轴向速度达到... 详细信息

本文采用Fluent软件对半径0.7 m,翼型NACA4415的水平轴风力机的三维非定常尾迹流场进行了大涡模拟(LES)计算,计算结果表明:轴向速度分布相对于尾迹中心不对称,同一风速下,在靠近叶根圆周区域,距离风力机旋转平面2R处风力机轴向速度达到最小,由2R^3R区域逐渐过渡,然后增大最终恢复周围环境速度;而在靠近叶尖的圆周区域,在距风轮旋转平面1R处达到最小值,由1R^2R区域逐渐过渡,最终达到周围环境速度;中心涡对尾流影响的长度要大于叶尖涡对尾流长度的影响。尾流区不仅存在叶尖涡和中心涡,还存在叶片尾缘涡;低风速对尾流长度的影响要小于高风速。

关键词：水平轴风力机尾流流场大涡模拟

基于动网格技术水平轴风力机叶片及尾迹流场旋涡特性

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排灌机械工程学报 2023年第2期41卷 172-178页

作者：高伟张立茹姚慧龙闫蓉内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051 风能太阳能利用技术教育部重点实验室(内蒙古工业大学) 内蒙古呼和浩特010051

为了研究风力机流场中涡的产生及演化过程,采用动网格技术中的重叠网格方法对水平轴风力机流场进行计算,利用Q准则对叶片表面、叶尖涡及中心涡涡旋结构进行可视化分析,并将计算结果与相同工况下滑移网格计算结果进行对比分析.结果表明:... 详细信息

为了研究风力机流场中涡的产生及演化过程,采用动网格技术中的重叠网格方法对水平轴风力机流场进行计算,利用Q准则对叶片表面、叶尖涡及中心涡涡旋结构进行可视化分析,并将计算结果与相同工况下滑移网格计算结果进行对比分析.结果表明:对比2种方法在不同截面的叶片表面涡量分布,动网格方法计算得出在吸力面流动分离区域更大,能够捕捉到更多叶片表面边界层分离的细节;叶尖涡在向下游运动过程中将出现“叶尖涡跳跃”现象;中心涡在尾迹流场中涡量分布呈双峰状,在风轮后0.5D~2.0D内,叶尖涡与中心涡发生混合扩散;动网格与滑移网格计算得出尾迹流场中,中心涡分布趋势基本一致,采用动网格方法得出涡量峰值更大,采用滑移网格方法得出中心涡更早发生扩散.相较于滑移网格方法采用动网格方法研究风力机流场中的涡会更具优势.

关键词：水平轴风力机动网格叶尖涡中心涡涡量

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固定偏航下风力机输出功率及涡声关系的研究

可再生能源 2016年第9期34卷 1326-1332页

作者：张立茹邬果昉内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051 风能太阳能利用技术省部共建教育部重点实验室内蒙古呼和浩特010051

文章研究了偏航条件下风力机的出力及气动噪声,对固定偏航下的风力机进行了非定常数值模拟。研究结果表明:偏航角每增加10°,升力系数平均值分别降低2.0%,5.7%,10.6%,输出功率分别下降为3.90%,11.11%,19.77%;随着偏航角的增加,中心涡扩... 详细信息

文章研究了偏航条件下风力机的出力及气动噪声,对固定偏航下的风力机进行了非定常数值模拟。研究结果表明:偏航角每增加10°,升力系数平均值分别降低2.0%,5.7%,10.6%,输出功率分别下降为3.90%,11.11%,19.77%;随着偏航角的增加,中心涡扩散区域增大,涡量强度增强,声压级也相对较强;中心涡对尾迹声辐射的影响长度较长,叶尖涡影响长度较短。

关键词：水平轴风力机偏航输出功率声辐射

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风力机叶尖有无小翼三维流场的数值研究

太阳能学报 2011年第11期32卷 1599-1604页

作者：张立茹汪建文曲立群吴克启内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051 内蒙古自治区可再生能源重点实验室呼和浩特010051 华中科技大学能源与动力工程学院武汉430074

采用多参考系模型方法对有无小翼水平轴风力机的三维流场进行数值研究。通过速度分析、压力分析及叶尖涡分析,得到:小翼消弱了叶尖涡的强度,推迟了叶尖涡产生的时间,使叶尖流动损失降低;有小翼叶片的下表面平均压力值比无小翼压力值(108... 详细信息

采用多参考系模型方法对有无小翼水平轴风力机的三维流场进行数值研究。通过速度分析、压力分析及叶尖涡分析,得到:小翼消弱了叶尖涡的强度,推迟了叶尖涡产生的时间,使叶尖流动损失降低;有小翼叶片的下表面平均压力值比无小翼压力值(108Pa)增大了3.5%,且范围变宽;有小翼叶片的上表面平均压力值比无小翼压力值(-173Pa)降低了2.1%,因此有小翼叶片上下表面平均压力差比无小翼平均压力差(281Pa)增大了2.6%,扭矩增大,风力机输出功率增加。

关键词：水平轴风力机叶尖小翼叶尖涡数值模拟

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S型叶尖小翼对风力机流场特性影响的研究

工程热物理学报 2012年第5期33卷 788-791页

作者：张立茹汪建文于海鹏由志刚高志鹰内蒙古工业大学能源与动力工程学院内蒙古呼和浩特010051 风能太阳能利用技术省部共建教育部重点实验室内蒙古呼和浩特010051

在额定尖速比下,结合滑移网格的大涡模拟方法,对有无叶尖S型小翼的三叶片水平轴风力机流场特性进行了数值研究,结果表明:加装S型小翼后,改善了风轮上游的速度及压力分布情况,汲取了更多的风能;风轮压力面及吸力面的最大压差由1359 Pa提... 详细信息

在额定尖速比下,结合滑移网格的大涡模拟方法,对有无叶尖S型小翼的三叶片水平轴风力机流场特性进行了数值研究,结果表明:加装S型小翼后,改善了风轮上游的速度及压力分布情况,汲取了更多的风能;风轮压力面及吸力面的最大压差由1359 Pa提高到1756 Pa,使风轮功率放大;叶尖涡结构扩展规律与PIV(Particle Image Velocimetry)实验结果一致,叶尖涡轴向速度由15.6 m/s降低到了13.3 m/s,涡漩能量减少,叶尖涡涡量强度减弱,降低了气动噪声。

关键词：水平轴风力机 S型小翼流场特性影响

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水平轴风力机近尾迹流场结构的实验研究

太阳能学报 2011年第6期32卷 897-900页

作者：高志鹰汪建文东雪青张立茹内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051 内蒙古自治区可再生能源重点实验室呼和浩特010051

在风洞开口实验段,应用PIV锁相周期采样技术测试风力机近尾迹速度场,通过分析速度场和涡量场,得到近尾迹流场结构特征。近尾迹中存在具有形态特征强烈的叶尖涡结构向下游不断传播。由风轮旋转轴向外,近尾迹的结构组成依次为中央尾迹区... 详细信息

在风洞开口实验段,应用PIV锁相周期采样技术测试风力机近尾迹速度场,通过分析速度场和涡量场,得到近尾迹流场结构特征。近尾迹中存在具有形态特征强烈的叶尖涡结构向下游不断传播。由风轮旋转轴向外,近尾迹的结构组成依次为中央尾迹区、叶尖涡诱导效应区和外部主流区。在叶尖涡诱导效应区内,涡流诱导效应使流场中存在明显的速度增益区和速度亏损区,且增益区和亏损区关于叶尖涡核中心对称。在研究区域内,叶尖涡向下游运动的轴向位移与尖速比成反比,径向位移与尖速比成正比,使叶尖涡诱导效应区影响范围随尖速比的增加径向扩展、轴向缩小。

关键词：水平轴风力机近尾迹流场结构叶尖涡

基于流固耦合偏航工况下风力机输出功率的研究

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工程热物理学报 2021年第3期42卷 641-646页

作者：王雪丽张立茹张嘉奇汪建文内蒙古工业大学能源与动力工程学院呼和浩特010051 风能太阳能利用技术教育部重点实验室(内蒙古工业大学) 呼和浩特010051 内蒙古自治区风能太阳能利用机理及优化重点实验室(内蒙古工业大学) 呼和浩特010051

为探索双向流固耦合与未耦合方法对偏航工况风力机输出功率的影响机制,以风力机偏航的Glauert动量定理为基础,基于双向流固耦合方法,采用理论推导与轴向流动过程相结合对输出功率进行分析,揭示了耦合与未耦合数值方法在压力场模拟的差... 详细信息

为探索双向流固耦合与未耦合方法对偏航工况风力机输出功率的影响机制,以风力机偏航的Glauert动量定理为基础,基于双向流固耦合方法,采用理论推导与轴向流动过程相结合对输出功率进行分析,揭示了耦合与未耦合数值方法在压力场模拟的差异性、量化了轴向诱导因子对偏航工况输出功率的影响程度、总结了轴向速度分布情况。结果表明:未耦合的方法在一定程度上低估了吸力面压强的变化,耦合时风力机输出功率随偏航角增大的下降程度增大,且更接近实验功率,在偏航角10°时吻合度最高达99.4%;轴向诱导因子随输出功率的减小以0.5%的增幅增大,耦合方法的轴向诱导因子值大于未耦合方法;风轮后侧,随偏航角的增大轴向速度增大,且这种趋势沿叶展方向逐渐减弱。

关键词：偏航工况输出功率双向流固耦合轴向诱导因子轴向速度