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不同稳定度下大气边界层模拟及实测数据验证研究

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太阳能学报 2024年第5期45卷 112-117页

作者：张子良郭乃志易侃文仁强石可重中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京101199 中国科学院工程热物理研究所北京100190

大气边界层的模拟是风电场风能资源评估的核心环节。然而,现有大气边界层模拟研究中广泛存在对实际气象因素考虑欠缺,从而导致模拟准确性不足的问题。为此,该文结合实际测风数据与开源计算流体力学软件开发了一套风电场大气边界层模拟... 详细信息

大气边界层的模拟是风电场风能资源评估的核心环节。然而,现有大气边界层模拟研究中广泛存在对实际气象因素考虑欠缺,从而导致模拟准确性不足的问题。为此,该文结合实际测风数据与开源计算流体力学软件开发了一套风电场大气边界层模拟方法。该方法通过对测风数据的分析处理,将地表粗糙度以及大气稳定度这两种关键因素纳入大气边界层的模拟之中,使其能更加贴近实际地模拟边界层内的流场状态。使用该方法在一个真实案例下进行模拟,并与测风塔实测数据进行对比以验证开发方法的可靠性。结果表明,开发方法在不同的大气稳定度下的模拟结果与实测数据吻合程度较高,相比于现有商业软件WT的计算精度有较大幅度的提升,具有一定的工程实用价值。

关键词：风电场大气边界层数值模拟测风塔地表粗糙度大气稳定度

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2 MW风热机组载荷特性仿真分析

工程热物理学报 2024年第7期45卷 1941-1948页

作者：徐飞孙香宇李彬晔曾嘉俊刘茜钟晓晖石可重李庆安中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院风能利用重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100490 中国科学院洁净能源创新研究院大连116023

风热机组是风能热利用的主要形式之一,压缩机特性和控制策略的改变会造成其载荷有别于风电机组,为了探究两者载荷特性的异同,本文以2 MW风电机组为基本模型,在GH Bladed中通过修改模型中电机参数和控制策略,得到实际运行的风热机组的模... 详细信息

风热机组是风能热利用的主要形式之一,压缩机特性和控制策略的改变会造成其载荷有别于风电机组,为了探究两者载荷特性的异同,本文以2 MW风电机组为基本模型,在GH Bladed中通过修改模型中电机参数和控制策略,得到实际运行的风热机组的模型。通过与风电机组对比,得出风热机组在叶片y方向、轮毂和塔架y以及z方向的力矩都有所减小的结论,为风热机组叶片等部件的强度校核提供了参考。

关键词：风热机组控制载荷

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风电叶片腹板结构压缩屈曲与后屈曲行为研究

太阳能学报 2023年第3期44卷 84-89页

作者：吴鸿晖石可重徐建中中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 国家能源风电叶片研发(实验)中心北京100190 中国科学院风能利用重点实验室北京100190

进一步发展和完善叶片部件尺度的测试方法,开展复合材料腹板结构试样在压缩载荷下的实验与数值分析,从内部揭示腹板结构试样的屈曲过程和失效机理。结果表明,复合材料腹板结构具有典型的屈曲特征,在后屈曲阶段,芯材材料屈服压碎导致的... 详细信息

进一步发展和完善叶片部件尺度的测试方法,开展复合材料腹板结构试样在压缩载荷下的实验与数值分析,从内部揭示腹板结构试样的屈曲过程和失效机理。结果表明,复合材料腹板结构具有典型的屈曲特征,在后屈曲阶段,芯材材料屈服压碎导致的试样局部大变形是试件失去主要承载能力的主要原因,而试件制造过程中产生的材料分布不均匀等因素带来的初始缺陷是造成结构响应非线性和试件屈曲失稳的根本原因。

关键词：风电叶片三明治结构压缩测试屈曲

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风力机翼型气弹响应的风洞模拟实验研究

工程热物理学报 2022年第2期43卷 407-413页

作者：张超宇武广兴石可重周晖钰李庆安中国科学院工程热物理研究所北京100190 国家能源风电叶片研发(实验)中心北京100190 中国科学院风能利用重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 内蒙古工业大学机械工程学院呼和浩特010051

非定常气弹设计是叶片大型化设计的瓶颈技术,开展叶片气弹响应实验研究具有重要的科学意义和较高的挑战性。本文提出一种气弹相似准则,搭建了模拟三维叶片弯扭耦合气弹响应的翼型俯仰沉浮二自由度风洞气弹实验平台,分析了安攻角和结构... 详细信息

非定常气弹设计是叶片大型化设计的瓶颈技术,开展叶片气弹响应实验研究具有重要的科学意义和较高的挑战性。本文提出一种气弹相似准则,搭建了模拟三维叶片弯扭耦合气弹响应的翼型俯仰沉浮二自由度风洞气弹实验平台,分析了安攻角和结构刚度对气弹稳定性和振荡形态的影响规律。研究发现了4类不同的气弹响应类型,增大刚度和安装角可以在一定程度上提高负失速颤振的临界风速。结果可指导柔性叶片气弹设计及数值验证。

关键词：风力机翼型气弹响应气弹模拟实验气弹稳定性

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漂浮式风电机组无模型自适应控制

太阳能学报 2023年第5期44卷 384-390页

作者：漆良文石可重郭乃志李博张子良徐建中中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 国家能源风电叶片研发(实验)中心北京100190 中国长江三峡集团有限公司科学技术研究院北京100038

针对漂浮式风电机组叶片载荷、功率及浮式基础振动耦合问题,以尾缘襟翼偏角为输入,以叶根挥舞弯矩,电功率,浮式基础纵摇、艏摇为输出,设计无模型自适应控制系统。同时,将无模型自适应控制与漂浮式风电机组的基准主控系统通过滤波进行频... 详细信息

针对漂浮式风电机组叶片载荷、功率及浮式基础振动耦合问题,以尾缘襟翼偏角为输入,以叶根挥舞弯矩,电功率,浮式基础纵摇、艏摇为输出,设计无模型自适应控制系统。同时,将无模型自适应控制与漂浮式风电机组的基准主控系统通过滤波进行频率解耦。在改进FAST的含尾缘襟翼的气弹-伺服仿真平台中进行验证,结果表明所设计的无模型自适应控制系统在不牺牲功率波动的条件下,能够降低叶片疲劳载荷和基础振动。此外,交叉小波分析结果表明,尾缘襟翼控制量的引入削弱了漂浮式风电系统固有的气弹同步相关性,减少了入流风作用在风轮上的能量。

关键词：海上风电风电机组基础运动降载尾缘襟翼无模型自适应控制

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风切变对风力机气动载荷的影响

工程热物理学报 2010年第10期31卷 1667-1670页

作者：刘磊石可重杨科徐建中中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院风能利用重点实验室北京100190

本文依据指数律的风速分布曲线,采用CFD方法对切变入流情况下风力机的三维非定常气动特性进行了模拟。研究发现风切变指数的大小对叶片整体载荷有着较大的影响,当风切变指数值由0.15增至0.25,载荷波动振幅增大了约60%。并且,气动载荷的... 详细信息

本文依据指数律的风速分布曲线,采用CFD方法对切变入流情况下风力机的三维非定常气动特性进行了模拟。研究发现风切变指数的大小对叶片整体载荷有着较大的影响,当风切变指数值由0.15增至0.25,载荷波动振幅增大了约60%。并且,气动载荷的波动曲线相对叶片方位角存在一定的相位滞后,在靠近叶根位置这种非定常特性尤为明显。

关键词：风切变风力机气动 CFD

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风力机叶片耦合振动力学模拟及实验研究

工程热物理学报 2013年第1期34卷 67-70页

作者：王建礼石可重廖猜猜徐建中中国科学院研究生院北京100190 中国科学院工程热物理研究所北京100190

大型化、柔性化发展趋势使叶片均设计为弯扭外形。本文根据这一特点,基于一种新的有限元形函数,推导出叶片的耦合动力学混合有限元模型,编写计算程序。以某商用1.5 MW叶片为实例,求解其自由振动力学结果,并与实验对比,验证了本文方法的... 详细信息

大型化、柔性化发展趋势使叶片均设计为弯扭外形。本文根据这一特点,基于一种新的有限元形函数,推导出叶片的耦合动力学混合有限元模型,编写计算程序。以某商用1.5 MW叶片为实例,求解其自由振动力学结果,并与实验对比,验证了本文方法的精确性。同时,利用华翼风电叶片有限公司的试验台,对此叶片进行了全尺寸耦合振动实验研究。

关键词：风电叶片耦合振动混合有限元模型全尺寸实验

基于CFD和BEM方法的风电叶片强度分析比较

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太阳能学报 2009年第9期30卷 1276-1279页

作者：毛火军石可重汪仲夏中国工程热物理研究所北京100080

采用CFD方法进行载荷计算,通过与实验结果的比较证明计算具有较高的精度,并利用将载荷计算的结果导入有限元软件进行强度分析,最后将分析结果与采用传统BEM方法的强度分析结果进行了比较。结果表明该研究途径切实可行,而且能够得到更加... 详细信息

采用CFD方法进行载荷计算,通过与实验结果的比较证明计算具有较高的精度,并利用将载荷计算的结果导入有限元软件进行强度分析,最后将分析结果与采用传统BEM方法的强度分析结果进行了比较。结果表明该研究途径切实可行,而且能够得到更加准确和细致的分析结果,这对风电叶片的强度分析有一定的参考价值和实际意义。

关键词： CFD BEM 强度分析有限元方法

水平轴风力机叶片后掠改型的失速延迟效应研究

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太阳能学报 2014年第8期35卷 1311-1318页

作者：陈洪胜石可重徐建中中国科学院工程热物理研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

通过将NREL Phase VI 5.029 m叶片的翼型积叠线向尾缘方向弯曲造型完成后掠改型,对原型直叶片与改型后掠叶片进行三维CFD数值求解获得其气动参数,对比文献数据提出后掠改型有利于延迟失速的论断,并通过对原型直叶片与改型后掠叶片的边... 详细信息

通过将NREL Phase VI 5.029 m叶片的翼型积叠线向尾缘方向弯曲造型完成后掠改型,对原型直叶片与改型后掠叶片进行三维CFD数值求解获得其气动参数,对比文献数据提出后掠改型有利于延迟失速的论断,并通过对原型直叶片与改型后掠叶片的边界层流动及其影响因素分析给予确认。

关键词：风力机叶片后掠气动失速