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对旋双风轮风力机载荷特性风洞实验研究

太阳能学报 2023年第11期44卷 263-269页

作者：李德顺李志渊刘磊磊李仁年兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省风力机工程技术研究中心兰州730050 甘肃省流体机械及系统重点试验室兰州730050

为阐明对旋双风轮风力机前后风轮之间的载荷影响规律,基于风洞实验,测量对旋双风轮风力机3个正交方向的力和力矩,研究前后风轮间距和叶尖速比对载荷特性的影响规律。研究发现:高叶尖速比时,单风轮偏航力矩存在明显波动,而对旋双风轮风... 详细信息

为阐明对旋双风轮风力机前后风轮之间的载荷影响规律,基于风洞实验,测量对旋双风轮风力机3个正交方向的力和力矩,研究前后风轮间距和叶尖速比对载荷特性的影响规律。研究发现:高叶尖速比时,单风轮偏航力矩存在明显波动,而对旋双风轮风力机偏航力矩减小,且波动减弱;对旋双风轮风力机间距的变化影响前后风轮所承受的载荷占比,后风轮载荷占比随间距的增大而减小,这是由前后风轮之间所产生复杂的流动及湍流结构所致;虽然前后风轮的推力Fx和倾覆力矩My随叶尖速比的增大均有一定减小,但前后风轮的倾覆力矩Mx和偏航力矩Mz的方向相反,表明对旋双风轮风力机的前后风轮具有一定抵消倾覆力矩和偏航力矩的作用。

关键词：风力机风洞实验气动载荷叶尖速比双风轮风力机

低风速下未建模动态补偿的风力发电机叶尖速比串级控制

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低风速下未建模动态补偿的风力发电机叶尖速比串级控制

作者：赵磊东北大学

学位级别：硕士

风力发电机使用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)方法以实现低风速时的最大风能捕获。由于大功率风力发电机的出现,原有的MPPT方法使得大功率风力发电机的风能捕获效率大幅下降。这是因为大功率风力发电机具有传动系... 详细信息

风力发电机使用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)方法以实现低风速时的最大风能捕获。由于大功率风力发电机的出现,原有的MPPT方法使得大功率风力发电机的风能捕获效率大幅下降。这是因为大功率风力发电机具有传动系统柔性和大惯量的新特性。叶尖速比法由于具有风能捕获效率高的优点从而成为MPPT方法的典型代表。现有的叶尖速比法或由于过度依赖数学模型而难以在实际系统上取得理想效果,或没有考虑大功率风力发电机新特性带来的叶尖速比动态,因而无法大幅提高大功率风力发电机的风能捕获效率。此外,当前改进的MPPT方法在提高效率和平滑功率之间也存在矛盾。针对以上问题,在数据驱动的风电机组运行反馈控制研究基金的支持下,本文对存在大惯量、传动系统柔性、模型参数未知等综合复杂性特点的大功率风力发电机提出了未建模动态补偿的风力发电机叶尖速比串级控制方法,主要研究工作有:(1)针对部分叶尖速比方法控制效果依赖数学模型的缺点,本文根据风力发电机二质量模型的特征,将其化为由二阶线性模型和高阶非线性项组成的系统模型。根据系统模型,所提方法的内环以实现风轮转速跟踪转速设定值为目标,采用基于模型和基于数据的思想,设计了未建模动态补偿的PID转速控制器,避免了控制方法过度依赖数学模型。(2)针对风力发电机的大惯量导致风能捕获效率降低的问题,所提方法的外环以实现叶尖速比跟踪最优叶尖速比为目标,提出了与转速预设定模型相结合的叶尖速比PI控制器,缩短了最优叶尖速比的跟踪动态过程。(3)针对外界风速强烈扰动对风力发电机输出功率造成的波动,本文以平滑功率为目标,设计了依据系统当前的转速跟踪状态和机械系统的有限响应能力来优化转速设定值的模糊推理系统,解决了提高效率和平滑功率之间的矛盾。(4)为了验证算法的有效性,本文对所提出的方法与现有的几种方法进行了以CART风力发电机为模型的数值仿真对比实验和以NREL 5兆瓦风力发电机为模型的FAST综合软件仿真对比实验。实验结果表明所提出的方法既能提高风能捕获效率又能保持功率的平滑和较小的机械负载,充分说明了所提方法的有效性。

关键词：风力发电机叶尖速比串级控制未建模动态补偿 PID控制功率平滑

同方学位论文库评论

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垂直对称四叶片风力机气动特性仿真研究

太阳能学报 2022年第3期43卷 419-425页

作者：李亚鹏黄操军刘凯旋马超黑龙江八一农垦大学电气与信息学院大庆163000

采用CFD计算软件对垂直轴风力机气动性能进行计算。首先,使用ICEM软件对模型进行前处理,通过Fluent软件进行数值模拟,分析不同计算时间步长和湍流模型对风力机气动特性仿真结果的影响,确定符合该研究模型的计算方法。随后,对顺流垂旋型... 详细信息

采用CFD计算软件对垂直轴风力机气动性能进行计算。首先,使用ICEM软件对模型进行前处理,通过Fluent软件进行数值模拟,分析不同计算时间步长和湍流模型对风力机气动特性仿真结果的影响,确定符合该研究模型的计算方法。随后,对顺流垂旋型垂直轴风力机在不同叶尖速比下进行计算,发现该风力机在叶尖速比为0.42时获得最大功率系数。然后,计算分析不同来流风速对该风力机性能的影响,结果表明,顺流垂旋型垂直轴风力机的平均转矩随来流风速的增大而增大,平均转矩系数和功率系数与来流风速无关。最后,针对转子在不同公转角下开展研究,并将其性能与增强型垂直轴风力机进行对比,得出,当近公转角为40°、远公转角为50°时,风力机的平均转矩系数大,由此推导出该风力机叶片的变桨规律,并分析在此变桨规律下风力机的自启动性能。

关键词：计算流体力学数值模拟风力机垂直轴气动特性叶尖速比

叶尖速比在风力机气动设计中的作用及能准确控制最佳叶尖速比的设计方法

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风力发电 1989年第2期6卷 6-13页

作者：阮志坤

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垂直轴风力机叶尖速比分析研究

可再生能源 2008年第5期26卷 76-79,82页

作者：陈忠维公安海警高等专科学校浙江宁波315801 宁波大学工学院浙江宁波315211

分析了垂直轴风力机叶尖速比选择的特点和影响因素;给出了垂直轴风力机叶片攻角与旋转位置的关系式;计算并分析了各种叶尖速比下的攻角分布情况;得出了垂直轴风力机最佳叶尖速比和相应的叶片设计要求。如果只考虑提高风能利用系数,垂直... 详细信息

分析了垂直轴风力机叶尖速比选择的特点和影响因素;给出了垂直轴风力机叶片攻角与旋转位置的关系式;计算并分析了各种叶尖速比下的攻角分布情况;得出了垂直轴风力机最佳叶尖速比和相应的叶片设计要求。如果只考虑提高风能利用系数,垂直轴达里厄型风力机叶尖速比值应选择4。

关键词：垂直轴风力机叶尖速比

相同叶尖速比不同转速的垂直轴风力机气动性能分析

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能源研究与信息 2014年第3期30卷 150-156页

作者：黄鹏王宏光上海理工大学能源与动力工程学院上海200093

在不考虑连杆、转轴及叶尖损失的简化模型基础上,利用Fluent软件采用雷诺平均Navier-Stokes方程与k-ωSST湍流模型对直叶片垂直轴风力机进行了数值模拟.对比了相同叶尖速比λ=4,叶轮半径r分别为1 m和2 m的垂直轴风力机的气动性能.结果表... 详细信息

在不考虑连杆、转轴及叶尖损失的简化模型基础上,利用Fluent软件采用雷诺平均Navier-Stokes方程与k-ωSST湍流模型对直叶片垂直轴风力机进行了数值模拟.对比了相同叶尖速比λ=4,叶轮半径r分别为1 m和2 m的垂直轴风力机的气动性能.结果表明,在来流风速V∞和叶尖速比λ相同的情况下,不同半径的垂直轴风力机具有十分相似的翼型表面压力分布,对应位置处的升、阻力系数相差不大.

关键词：直叶片垂直轴风力机叶尖速比数值模拟涡量图俯仰频率

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浅析水平轴风力机叶片设计叶尖速比的选择

东方汽轮机 2010年第1期 31-34页

作者：钟贤和赵萍曾明伍李杰东方汽轮机有限公司四川德阳618000

设计叶尖速比是风力机叶片设计中需要考虑的重要因素,文中分析了叶尖速比对叶片的弦长、载荷、气动性能、整机的功率和发电量等的影响,讨论了设计叶尖速比的选择。并分析得出增大设计叶尖速比,能够减小叶片弦长、载荷、成本,提高气动性... 详细信息

设计叶尖速比是风力机叶片设计中需要考虑的重要因素,文中分析了叶尖速比对叶片的弦长、载荷、气动性能、整机的功率和发电量等的影响,讨论了设计叶尖速比的选择。并分析得出增大设计叶尖速比,能够减小叶片弦长、载荷、成本,提高气动性能,但会使机组发电量有所下降的结论。

关键词：风力机叶片叶尖速比气动性能功率曲线

基于VOF模型研究相邻叶片交错角对水车性能的影响

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中国农村水利水电 2023年第9期 191-195,202页

作者：杨春霞李倩胡雪原郑源苏圣致饶天华河海大学能源与电气学院江苏南京211100 航天晨光股份有限公司江苏南京211100

为了探究影响3叶片下击式水车性能的因素,利用流体体积(VOF)模型模拟明渠无压流动,基于SST k-ω湍流模型、PISO算法及滑移网格旋转模型对相邻叶片不同交错角度(0°、20°、40°、60°)的水车进行非定常模拟。计算结果表明:当相邻叶片交... 详细信息

为了探究影响3叶片下击式水车性能的因素,利用流体体积(VOF)模型模拟明渠无压流动,基于SST k-ω湍流模型、PISO算法及滑移网格旋转模型对相邻叶片不同交错角度(0°、20°、40°、60°)的水车进行非定常模拟。计算结果表明:当相邻叶片交错角度为0°时,对应的水车高效区最为宽广且最优效率最高,叶轮前后区域压力基本呈对称分布;随着交错角度增加,前后压力分布差异逐渐变大。相同工况下,旋转一周水车转矩的平均值从小到大依次为60°、40°、20°、0°,但不稳定性也依次增大。此外,水车的效率随叶尖速比的增加呈现先增大后减小的趋势;转矩的波动幅度随叶尖速比的减小而降低。

关键词：下击式水车超低水头发电相邻叶片交错角叶尖速比 VOF模型

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升力型垂直轴风力机气动性能数值模拟研究

升力型垂直轴风力机气动性能数值模拟研究

作者：魏明西华大学

学位级别：硕士

随着各国政府将传统化石能源的使用比例逐年下调,各国学者对无污染可再生能源的研发以及应用力度正逐年提升。垂直轴风力机作为风能开发利用的主要设备之一,由于其多向受风、重心低、对湍流适应度高、制作加工简易、具有较低的工作噪声... 详细信息

随着各国政府将传统化石能源的使用比例逐年下调,各国学者对无污染可再生能源的研发以及应用力度正逐年提升。垂直轴风力机作为风能开发利用的主要设备之一,由于其多向受风、重心低、对湍流适应度高、制作加工简易、具有较低的工作噪声等优点近年来受到越来越多学者的青睐。但较低的风能转换效率使其无法像水平轴风力机一样被大规模应用,因此如何提升垂直轴风力机的气动性能是近年来风能高效转化利用一个重要的研究课题。本研究以升力型垂直轴风力机为研究对象,采用理论分析及数值模拟的方法进行研究,将研究结果与已有的风洞试验进行对比,验证了所用数值模拟方法的准确性。并进一步研究了升力型垂直轴风力机运行参数对其气动性能的影响。本文主要工作与创新包括:（1）建立了不同叶尖速比条件下升力型垂直轴风力机的数值模拟方案。研究发现:不同湍流模型对不同叶尖速比条件下升力型垂直轴风力机的数值模拟精度不同。风轮在低叶尖速比条件下运行时IDDES湍流模型的计算结果更加符合试验值。风轮在高叶尖速比条件下运行时,SSTk-ω、Transition、IDDES三种湍流模型的计算结果均与试验值差别较小。（2）分析了翼型的几何参数对升力型垂直轴风力机气动性能的影响。研究了相对厚度、相对厚度位置以及前缘半径三个参数对风能利用系数的影响,建立了上述三个参数之间的耦合特性与风力机气动性能之间的关系。（3）研究了不同叶尖速比条件下实度对垂直轴风力机气动性能的影响,并将实度对风力机气动性能的影响从风轮的上游区和下游区进行分析。研究结果表明:叶片数量、翼型弦长、风轮直径三个表征实度的参数在不同叶尖速比条件下对垂直轴风力机气动性能的影响程度不同。本文的研究结果可为升力型垂直轴风力机气动性能的提升及优化提供参考。

关键词：垂直轴风力机数值模拟翼型气动性能叶尖速比