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上海交通大学学报 2023年第6期57卷 642-652页

作者：陈昊戴孟祎韩兆龙周岱包艳涂佳黄上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学水动力学教育部重点实验室上海200240 上海交通大学上海市公共建筑和基础设施数字化运维重点实验室上海200240 上海交通大学极地深海技术研究院海洋装备研究院上海200240 湘潭大学土木工程与力学学院湖南湘潭411105

垂直轴风力机较低的风能利用率是限制其工程化应用的主要原因,为了提高其风能转化率、降低气动荷载,针对叶尖速比为2.65的中等值条件下带尾缘襟翼的大型垂直轴风力机提出了一种改进的气动性能优化模型,采用SST k-ω湍流模型进行数值模拟... 详细信息

垂直轴风力机较低的风能利用率是限制其工程化应用的主要原因,为了提高其风能转化率、降低气动荷载,针对叶尖速比为2.65的中等值条件下带尾缘襟翼的大型垂直轴风力机提出了一种改进的气动性能优化模型,采用SST k-ω湍流模型进行数值模拟.研究结果表明:与原始模型相比,考虑桨距和襟翼协同运动下优化模型的功率系数可提高12.2%;此外,桨距和襟翼的协同运动可以显著减少作用在风力机整机上的推力和侧向力,与原始模型相比分别减少了12.4%和7.5%,推力和侧向力的波动幅值也要明显低于原始模型,这将有助于降低作用在风力机整机上的疲劳荷载.该模型有望在兆瓦级大型垂直轴风力机上得到应用.

关键词：大型垂直轴风力机可变桨距可变尾缘襟翼数值模拟

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大型垂直轴风力机气动特性及其浮式基础的水动力特性分析

大型垂直轴风力机气动特性及其浮式基础的水动力特性分析

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作者：吴国强上海交通大学

学位级别：硕士

海上浮式风电是新能源开发利用的重要方向。相较于水平轴风力机,垂直轴风力机以无复杂的偏航对风系统,发电设备位于塔筒底部,制造工艺简单,运维方便,噪音污染小等独特优势备受青睐。本文以5MW大型垂直轴风力机及其半潜式浮式基础为研究... 详细信息

海上浮式风电是新能源开发利用的重要方向。相较于水平轴风力机,垂直轴风力机以无复杂的偏航对风系统,发电设备位于塔筒底部,制造工艺简单,运维方便,噪音污染小等独特优势备受青睐。本文以5MW大型垂直轴风力机及其半潜式浮式基础为研究对象,考虑空气流动的剪切效应,以海洋环境风速廓线为数值风洞入口边界条件,基于STAR-CCM+软件平台,采用CFD方法对5MW垂直轴风力机进行气动特性研究。通过功率系数、切向力系数、法向力系数和叶片表面压力系数等分析剪切流和均匀流的差异;针对有无塔筒的风力机模型,研究塔影效应对大型垂直轴风力机发电功率的影响;通过改变塔筒直径,以转矩系数、叶片表面风压分布变化规律和速度涡结构云图揭示塔筒大小对塔影效应的影响。基于势流理论,采用ANSYS/AQWA软件,以DeepCWind半潜式浮式基础为对象,针对上部垂直轴风力机处于停机状态工况,研究在不同入射角和不同锚链长度下浮式基础的纵荡、纵摇的变化,以系泊力和系泊刚度角度分析锚链张力、卧链长度的变化。对半潜式浮式基础施加周期性外部转矩载荷,研究外部转矩对浮式基础纵荡、纵摇和艏摇运动的影响。

关键词：大型垂直轴风力机剪切效应气动特性半潜式浮式基础水动力特性

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大型H型垂直轴风力机风轮特性研究

大型H型垂直轴风力机风轮特性研究

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作者：米玉霞中国石油大学(华东)

学位级别：硕士

垂直轴风力机是一种将风能转化为电能的装置,相对市场广为应用的水平轴风力机,其具有无需对风装置、维修方便、噪音小、安全性高、结构简单好制造等优点,目前垂直轴风力机多以中小型为主,据相关资料显示风力发电机逐渐大型化是一种趋势... 详细信息

垂直轴风力机是一种将风能转化为电能的装置,相对市场广为应用的水平轴风力机,其具有无需对风装置、维修方便、噪音小、安全性高、结构简单好制造等优点,目前垂直轴风力机多以中小型为主,据相关资料显示风力发电机逐渐大型化是一种趋势,但大型垂直轴风力机受风剪效应、偏振效应等因素影响更加严重,为此本文针对大型H型垂直轴风力机,以垂直轴风力机叶片、主轴为研究对象,通过研究其在风剪效应、偏振效应、不同工况下的情况,进行风轮特性影响因素分析。本文的主要研究内容包括:1)基于双致动盘多流管模型,计算了风剪切效应下垂直轴风力机叶片上的气动载荷,发现不稳定因素主要集中在法向力载荷上。在此基础上,提出通过改变叶片倾角的方法来改善叶片受力不均情况,研究显示:针对1.5 MW H型垂直轴风力机,叶片的最佳倾角为-7°,经过倾角优化后,一周范围内表征叶片受力不均匀的最大方差值由1.53降到0.96,方差平均值由0.66降到0.52,叶片受力不均现象得到明显改善。2)理论分析了垂直轴风力机主轴偏振效应产生的原因,研究了风剪效应、叶片数量、高径比、展弦比等不同风机参数对主轴偏振效应的影响,结果显示,风剪切降低了偏振效应对主轴的作用。在此基础上,优化得到最佳风机结构参数:叶片数量为3,高径比为0.5088,展弦比为14.2015。3)风机的不同运行工况也是其影响风轮特性的重要因素。采用数值仿真方法,研究了垂直轴风力机在再启动过程、停车过程、四种极端风况下的风轮特性,结果表明:在进行再启动、停车操作时,需适当延长启动/停车时间或者降低风力机的额定转速;正常垂直风剪切、极端运行阵风、极端垂直风剪切、极端风向变化等四种风况中极端风向变化对风轮特性的影响最大。本文对大型H型垂直轴风力机风轮特性的重要影响因素进行了分析,这将为垂直轴风力机向大型化、长寿命方向发展提供一定理论参考。

关键词：大型垂直轴风力机风剪效应偏振效应极端风况 CFD

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变桨对大型H型垂直轴风力机主轴偏振的影响

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中南大学学报（自然科学版） 2020年第7期51卷 1804-1812页

作者：张立军胡阔亮顾嘉伟朱怀宝江奕佳缪俊杰李想刘静中国石油大学(华东)机电工程学院山东青岛266580

针对大型H型垂直轴风力机,分析其气动载荷并阐述主轴偏振效应的产生机理,并利用双制动盘多流管(DMST)获得垂直轴风力机全方位角下变桨距规律。鉴于变桨后合成力均值发生变化,提出采用变异系数来评价主轴合成力振荡幅度。研究结果表明:... 详细信息

针对大型H型垂直轴风力机,分析其气动载荷并阐述主轴偏振效应的产生机理,并利用双制动盘多流管(DMST)获得垂直轴风力机全方位角下变桨距规律。鉴于变桨后合成力均值发生变化,提出采用变异系数来评价主轴合成力振荡幅度。研究结果表明:风剪效应下风轮旋转过程中,气流对叶片的作用力合成到主轴位置上会产生大小不一的周期性变化。以获取最大切向力系数为目标,得到上下风区的最佳理论攻角为19°和-19°。实时变桨能有效降低主轴偏振效应,其变异系数由0.118降为0.109,降低了8.26%,同时,单个叶片的平均切向力由16.2 k N提高到17.5 kN,提高了约8.02%。

关键词：大型垂直轴风力机偏振效应实时变桨载荷分析双制动盘多流管(DMST)

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