基于Theodorsen模型的二元翼段颤振求解

1

作者 张宝旭 王同光 +1 位作者 王珑 柯世堂 《新能源科技》 2024年第5期10-17,共8页

文章基于Wagner函数和Theodorsen非定常气动力模型,建立了风力机叶片二元翼段结构模型,通过使用v-g法来求解颤振速度与颤振频率,从而确定了频率特征值的分析方法,该方法可有效对二维叶段进行频域的颤振分析。与文献算例进行对比验证,该... 文章基于Wagner函数和Theodorsen非定常气动力模型,建立了风力机叶片二元翼段结构模型,通过使用v-g法来求解颤振速度与颤振频率,从而确定了频率特征值的分析方法,该方法可有效对二维叶段进行频域的颤振分析。与文献算例进行对比验证,该方法与文献数据的相对偏差在2.67%,证明了其准确性和可靠性。最后对风力机二元翼段进行颤振稳定性分析,通过改变无量纲系数来深入研究空气密度、几何、结构参数对颤振边界的影响规律。结果表明,在空气密度小的高空运行时颤振临界速度增加,叶片几何、结构参数对颤振边界影响显著。 展开更多

关键词 风力机 颤振 Theodorsen模型 叶片结构特性

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2014-2023年中国风电产业发展成就及未来展望 被引量：1

2

作者 王同光 秦海岩 《太阳能》 2024年第7期31-39,共9页

作为应对气候危机、实现能源转型的主体能源,风电受到了全社会的广泛关注。针对自2014年“四个革命、一个合作”能源安全新战略提出以来中国风电产业的发展状况,选取市场规模,技术实力,产业链与供应链,风电机组出口,发电成本,以及经济... 作为应对气候危机、实现能源转型的主体能源,风电受到了全社会的广泛关注。针对自2014年“四个革命、一个合作”能源安全新战略提出以来中国风电产业的发展状况,选取市场规模,技术实力,产业链与供应链,风电机组出口,发电成本,以及经济、社会、环境价值等维度,结合装机规模、单机容量、叶片长度、塔筒高度、新型技术、出口容量等统计数据,系统分析了中国风电产业近10年(2014—2023年)发展取得的成就。同时,针对阻碍风电产业发展的主要问题,分别从不同区域的发展模式、应用场景、技术创新方式、试验与验证体系、电网灵活性、国际合作等方面提出了破解的措施。研究结果表明:中国风电产业近10年取得了巨大发展成就,未来,在抓住“双碳”机遇的同时,找准发展的方向和突破口,风电产业将为中国能源转型做出更大贡献。 展开更多

关键词 风电 能源转型 “双碳”机遇 发展成就 发展建议

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穿越不良地层TBM斜井施工技术研究

3

作者 王同光 王永福 《陕西煤炭》 2024年第1期116-119,123,共5页

针对可可盖煤矿主、副斜井施工及支护问题,基于围岩的弹塑性变形特征及锚网喷支护机理,运用FLAC有限元软件,模拟得到最优支护方案并对现场监测数据进行分析。数值模拟结果显示,随着锚杆长度的增大,井筒表面位移先呈降低趋势,而后基本保... 针对可可盖煤矿主、副斜井施工及支护问题,基于围岩的弹塑性变形特征及锚网喷支护机理,运用FLAC有限元软件,模拟得到最优支护方案并对现场监测数据进行分析。数值模拟结果显示,随着锚杆长度的增大,井筒表面位移先呈降低趋势,而后基本保持不变;随着锚杆间距的增加,井筒围岩变形量先基本保持不变,随后围岩表面位移明显增大。现场围岩监测结果显示,优化后的支护方案有效的控制了巷道围岩变形,显著提高了支护效果,对巷道敞开式TBM施工技术有实际的指导作用。 展开更多

关键词 不良地层 敞开式TBM 支护技术 数值模拟

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大型下风向柔性叶片参数化建模及两目标优化设计

4

作者 许波峰 李振 +3 位作者 朱紫璇 蔡新 王同光 赵振宙 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期147-154,共8页

为了应对超大型风力机的发展对叶片带来的挑战,利用叶片多目标设计方法重点研究大型下风向柔性叶片气动与结构参数的优化设计。构建叶片弦长、扭角和挥舞刚度参数模型,以下风向布局的NREL 5 MW风力机叶片为优化对象,基于快速非支配排序... 为了应对超大型风力机的发展对叶片带来的挑战,利用叶片多目标设计方法重点研究大型下风向柔性叶片气动与结构参数的优化设计。构建叶片弦长、扭角和挥舞刚度参数模型,以下风向布局的NREL 5 MW风力机叶片为优化对象,基于快速非支配排序遗传算法开展单机年发电量最大和叶根挥舞弯矩最小的两目标下风向叶片优化设计,得到符合预期的Pareto最优解集。取解集中3套具有代表性的最优解进行分析,由于下风向离心力矩可抵消一部分挥舞弯矩,所以叶根挥舞弯矩均有大幅降低,其中A叶片以牺牲0.963%年发电量的代价,使其叶根挥舞弯矩和叶片挥舞刚度分别减小7.951%和27.071%,可实现大型下风向柔性风轮的轻量化优化设计。以选取的3套叶片为基础,分析弦长、扭角、挥舞刚度对优化目标的影响机制,发现叶片挥舞刚度参数对两优化目标的影响最大。 展开更多

关键词 风力机叶片 优化设计 遗传算法 参数化建模 下风向

原文传递

基于SST全湍流伴随的尾桨翼型优化方法

5

作者 孙钰锟 王珑 +2 位作者 王同光 马帅 钱耀如 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期3355-3364,共10页

为解决当前翼型优化中广泛使用的冻结湍流黏性假设存在的固有缺陷和基于Spalart-Allmaras(S-A)全湍流伴随中湍流模型对气动力计算精度较差的问题,提出一套新的翼型优化方法,其耦合了全湍流连续伴随求解、剪切应力传递(SST)湍流模型封闭... 为解决当前翼型优化中广泛使用的冻结湍流黏性假设存在的固有缺陷和基于Spalart-Allmaras(S-A)全湍流伴随中湍流模型对气动力计算精度较差的问题,提出一套新的翼型优化方法,其耦合了全湍流连续伴随求解、剪切应力传递(SST)湍流模型封闭的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程、自由变形参数化方法和动网格变形技术。基于所提方法,在气动力系数相较于S-A模型有更高捕捉精度的基础上,对NPL9615翼型以最大升阻比为优化目标,并与冻结湍流黏性假设方法对比。结果表明:所提方法将原有翼型的升阻比提高了16.39%,而冻结湍流黏性假设方法获得最终翼型的升阻比仅提高了原有翼型的9.84%,说明所提方法在最优外形的获取上要领先于冻结湍流黏性假设,并且当翼型周围的湍流动能显著提高时,其优势愈发扩大。 展开更多

关键词 全湍流伴随 剪切应力传递 冻结湍流黏性假设 自由变形参数化方法 动网格技术 尾桨翼型

原文传递

风能利用中的空气动力学研究进展Ⅱ:入流和尾流特性 被引量：18

6

作者 王同光 田琳琳 +2 位作者 钟伟 王珑 朱呈勇 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期22-50,共29页

空气动力学是风能工程面临的首要和关键问题之一,决定着风工程的经济性、稳定性和安全性。针对风能技术发展的迫切需求,结合近年来风能设备大型化、规模化、海洋化、智能化和数字化的发展趋势,对风能利用中的空气动力学问题进行了探讨,... 空气动力学是风能工程面临的首要和关键问题之一,决定着风工程的经济性、稳定性和安全性。针对风能技术发展的迫切需求,结合近年来风能设备大型化、规模化、海洋化、智能化和数字化的发展趋势,对风能利用中的空气动力学问题进行了探讨,本篇为其中第二部分:入流和尾流特性。一方面,选取大气边界层、风力机尾流、陆上/海上/复杂地形风电场混合尾流及其之间的相关干扰等典型气动问题为论述对象。另一方面,从外场测量、风洞实验、理论分析、数值模拟、工程建模和人工智能等多种研究途径着手,梳理其中涉及的关键空气动力学问题、特殊物理现象及取得的重要研究进展,分析所涉及的流动分布特性、演变规律与关键流动机理。此外,结合我国气候、地理条件、国情探讨风电发展面临的空气动力学难题并尝试给出解决策略。最后,对未来的研究方向进行展望。以期为风电的行业规划、技术发展和工程实施提供重要参考。 展开更多

关键词 风能 空气动力学 风力机 风电场 大气边界层 研究进展

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涡流发生器对风力机翼段动态失速影响 被引量：11

7

作者 赵振宙 孟令玉 +3 位作者 王同光 苏德程 吴昊 许波峰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期233-239,共7页

为研究翼型动态失速过程中,涡流发生器(VGs)对其气动特性和流场的影响,本文采用延迟分离涡模型对加装VGs的风力机翼型DU91-W2-250翼段动态失速进行了数值模拟,分析了VGs对深失速和轻失速转化过程的影响。结果表明:涡流发生器对动态失速... 为研究翼型动态失速过程中,涡流发生器(VGs)对其气动特性和流场的影响,本文采用延迟分离涡模型对加装VGs的风力机翼型DU91-W2-250翼段动态失速进行了数值模拟,分析了VGs对深失速和轻失速转化过程的影响。结果表明:涡流发生器对动态失速有抑制作用,有显著的增升减阻效果,翼段下俯段的气动性能改善效果要好于上仰段。由于分离程度不同,翼段加涡流发生器后,深失速下俯段升力低于上仰段,轻失速下结果则相反。 展开更多

关键词 动态失速 轻失速 深失速 涡流发生器 DDES方法 DU91-W2-250 气动特性 数值模拟

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风能利用中的空气动力学研究进展Ⅰ:风力机气动特性 被引量：14

8

作者 王同光 田琳琳 +2 位作者 钟伟 王珑 朱呈勇 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期1-21,共21页

随着世界各国纲领性行业政策的积极制定,风电行业将继续高速发展。风电机组大型化(达到多兆瓦级甚至十兆瓦级)、海洋化(从陆地扩展至海上)、智能化(辅以智能化结构、材料和控制策略)、数字化(精准预测和实时感知调控)是风电发展的大趋... 随着世界各国纲领性行业政策的积极制定,风电行业将继续高速发展。风电机组大型化(达到多兆瓦级甚至十兆瓦级)、海洋化(从陆地扩展至海上)、智能化(辅以智能化结构、材料和控制策略)、数字化(精准预测和实时感知调控)是风电发展的大趋势。空气动力学研究作为风力机技术研发的首要任务,由此将面临一系列新的问题和挑战。本文以水平轴风力机为研究对象,就其风能利用中的空气动力学问题进行探讨,本篇为第一部分“风力机气动特性”。首先分析其空气动力学问题的复杂性及原因;然后,针对风力机专用翼型的气动特性、风力机气动特性、现代化风力机设计(特别是海上风电技术、台风问题、大叶片气弹问题)与流动控制等关键空气动力学问题,从理论分析、数值计算、风洞实验和外场测量等多种研究手段与技术着手,对其研究现状及取得的关键进展进行综述和讨论;最后对今后的研究方向进行分析与展望,为大尺寸风力机叶片设计提供参考。 展开更多

关键词 风能 水平轴风力机 风力机翼型 空气动力学 风力机设计 研究进展

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风剪切对风力机叶片气动性能及尾迹形状的影响 被引量：5

9

作者 许波峰 朱紫璇 +3 位作者 戴成军 蔡新 王同光 赵振宙 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期362-372,I0001,共12页

风力机通常运行在非定常工况中,其气动性能及尾迹会随着工况的变化而变化.风剪切是风力机长期所处的环境,它会影响到叶片气动载荷、尾迹形状、总体性能等,分析风剪切作用下的叶片气动性能对风力机的设计有重要意义.本文采用一种时间步... 风力机通常运行在非定常工况中,其气动性能及尾迹会随着工况的变化而变化.风剪切是风力机长期所处的环境,它会影响到叶片气动载荷、尾迹形状、总体性能等,分析风剪切作用下的叶片气动性能对风力机的设计有重要意义.本文采用一种时间步进自由涡尾迹(free vortex wake,FVW)方法,耦合FVW方法与风剪切模型,计算不同风剪切因子作用下叶片的气动力系数、推力以及风轮后的尾迹形状变化,研究尾迹形状变化对风轮旋转平面诱导速度及风力机叶片气动性能的影响.结果表明:在风剪切入流条件下,随着风剪切因子的增大,风力机的气动力系数随时间做周期性波动的幅度加剧,推力的平均值逐渐减小,尾迹倾斜程度增大,尾迹在轮毂下方的倾斜程度更明显;尾迹形状的变化使风轮平面轴向诱导速度因子分布不均匀,同时使风力机的总体性能降低且偏离较大;倾斜尾迹相比于对称尾迹对风轮平面处的诱导影响有明显差别,波动幅值增大,气动力系数在波谷处的偏差比波峰处大.尾迹越倾斜,风轮旋转平面处的载荷不对称性越明显. 展开更多

关键词 风力机 风剪切 自由涡尾迹 气动性能 尾迹

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基于工程经济学评估的风力机叶片长度设计 被引量：2

10

作者 吴江海 王同光 +1 位作者 王珑 赵宁 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期324-329,共6页

基于风力机一体化设计框架开展2.5 MW低风速风力机叶片长度优化。采用风场生命周期内的度电成本和收益净现值等工程经济学评价指标作为设计目标,分别得到对应不同经济性指标的最佳叶片长度。结果表明,度电成本最优的设计趋向于使机组投... 基于风力机一体化设计框架开展2.5 MW低风速风力机叶片长度优化。采用风场生命周期内的度电成本和收益净现值等工程经济学评价指标作为设计目标,分别得到对应不同经济性指标的最佳叶片长度。结果表明,度电成本最优的设计趋向于使机组投资和发电量之间的比值最小化,收益净现值最优设计则使机组总收益与总成本之差最大化。以这2种经济学评价指标为目标开展设计能够得到叶片长度的最佳设计区间,叶片长度在此区间外机组的经济性较低。该文还进一步分析叶片长度对塔架高度设计的影响。 展开更多

关键词 风力机 优化设计 经济学分析 叶片长度 LCoE

原文传递

考虑叶片桨距角和干扰效应的大型风力机体系风致效应研究 被引量：2

11

作者 柯世堂 王晓海 +1 位作者 王同光 朱松晔 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期280-288,共9页

以某5 MW大型风力机为对象,首先基于大涡模拟(LES)技术进行考虑不同叶片桨距角影响的大型风力机体系非定常流场和气动力模拟,并与规范及实测结果进行对比,验证大涡模拟的有效性。在此基础上,结合有限元方法系统分析不同叶片桨距角下风... 以某5 MW大型风力机为对象,首先基于大涡模拟(LES)技术进行考虑不同叶片桨距角影响的大型风力机体系非定常流场和气动力模拟,并与规范及实测结果进行对比,验证大涡模拟的有效性。在此基础上,结合有限元方法系统分析不同叶片桨距角下风力机塔架-叶片耦合体系的动力特性、风振响应、屈曲稳定性能和极限承载能力。研究表明:0°叶片桨距角下塔架显著干扰区段迎风面0°处出现负压,叶片顺风向位移响应极值最大值为3.98 m。随着叶片桨距角的增大,塔顶径向位移、各叶片顺风向位移和叶根剪力的均值和均方差均呈逐渐减小的趋势,且叶片桨距角在30°~50°范围内出现显著变化。叶片桨距角为0°时风力机体系风致响应最为不利,当叶片桨距角为90°时,体系屈曲性能和极限承载力最为不利。 展开更多

关键词 风力机 大涡模拟 风振响应 叶片桨距角 气动力分布 稳定性能

原文传递

考虑停机位置风力机塔架-叶片耦合体系风致稳定性能分析 被引量：1

12

作者 柯世堂 徐璐 +1 位作者 王同光 葛耀君 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期264-272,共9页

强风停机状态下叶片位置会显著影响风力机塔架的绕流及稳定性能。以南京航空航天大学自主研发的3 MW水平轴风力机为研究对象,采用CFD方法对叶片单个旋转周期间8个停机位置下风力机塔架-叶片体系的流场进行数值模拟,并与规范曲线进行对... 强风停机状态下叶片位置会显著影响风力机塔架的绕流及稳定性能。以南京航空航天大学自主研发的3 MW水平轴风力机为研究对象,采用CFD方法对叶片单个旋转周期间8个停机位置下风力机塔架-叶片体系的流场进行数值模拟,并与规范曲线进行对比验证数值方法的有效性。此外,结合有限元方法计算不同停机位置下风力机体系动力特性、静风响应、屈曲稳定性能和极限承载力。在此基础上,提炼出停机状态下叶片位置对风力机体系风致响应和稳定性能的演化规律,归纳总结出此类风力机体系风致失稳破坏的最不利控制工况。研究表明:在风力机叶片的1个旋转周期内,当叶片与塔架完全重合(即工况1)时,体系气动性能最差但静风响应较小;随着叶片顺时针旋转,其风致稳定性能呈现先增大后减小的规律,在工况3处其临界失稳风速达到最大,在工况6处临界失稳风速最小。同时研究发现:风力机塔架与叶片的耦合效应会产生一种能显著提高体系极限承载能力的"逆向效应",并且随着叶片对塔架遮挡面积的减小,该"逆向效应"愈加显著。 展开更多

关键词 风力机 数值模拟 停机位置 结构动力响应 极限承载力 风致稳定性

原文传递

风力机涡流发生器参数化模型涡模拟方法研究 被引量：1

13

作者 赵振宙 苏德程 +3 位作者 王同光 汪瑞欣 郑源 许波峰 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期415-422,共8页

首先,针对阵列式涡流发生器(VGs)参数化模型,考虑VG叶片附着涡和尾随涡间的相互诱导作用,给出新的最大涡环量计算方法,以提高加VGs叶片的CFD模拟的精度和效率。研究结果显示:该模型最大环量值计算精度较单VG叶片模型有明显的提高。然后... 首先,针对阵列式涡流发生器(VGs)参数化模型,考虑VG叶片附着涡和尾随涡间的相互诱导作用,给出新的最大涡环量计算方法,以提高加VGs叶片的CFD模拟的精度和效率。研究结果显示:该模型最大环量值计算精度较单VG叶片模型有明显的提高。然后,采用Lamb-Oseen涡模型模拟VGs脱落涡结构,分析涡源项位置、涡核位置、涡半径等关键参数的确定方法,分析得出在VGs下游2c处添加源项更加合适;涡核在高度方向设于65%h、在横向设于VGs尾缘处较为适宜,并给出涡半径与攻角的关系。基于以上参数,通过4个间距、4个攻角共16个算例对实体模型和参数化模型展开CFD研究,结果对比分析发现:两者计算得出的环量随攻角的变化曲线非常接近,平均误差为13.15%,18°~24°攻角下平均误差仅约为5%;两模型得到的脱落涡诱导速度分布曲线吻合良好,但最大诱导速度在大攻角和大间距时出现一定偏离。 展开更多

关键词 风力机 涡流发生器 涡脱落 数值模拟 参数化模型

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基于非定常方程的刚性旋翼流场分析 被引量：1

14

作者 张震宇 钱耀如 +1 位作者 王同光 陈恺 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期238-243,共6页

为了掌握刚性直升机旋翼在高速飞行条件下的关键气动特性,本文通过求解三维非定常雷诺平均N-S(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方程并基于多块结构化网格有限体积方法(Finite volume method,FVM)对直升机旋翼悬停及前飞状态的复... 为了掌握刚性直升机旋翼在高速飞行条件下的关键气动特性,本文通过求解三维非定常雷诺平均N-S(Reynolds-averaged Navier-Stokes,RANS)方程并基于多块结构化网格有限体积方法(Finite volume method,FVM)对直升机旋翼悬停及前飞状态的复杂绕流流场进行了数值模拟,讨论了动态流动分离、展向流动影响及反流等复杂气动特性的影响。分析了旋翼总距对气动载荷的影响及后行阶段的非定常反流效应,并分别揭示了该旋翼在悬停和大速度前飞状态下显著不同的气动力规律。数值计算表明,悬停状态该旋翼拉力值随总距线性增大,而在大前进比(Advancing ratio,AR)飞行时,其后行侧桨叶根部反流导致截面非常规压力分布,拉力主要由前行侧桨叶提供。数值预测结果与风洞试验结果的比较显示了良好的一致性。 展开更多

关键词 旋翼流场 流动分离 反流 非定常特性 前飞

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考虑小攻角影响H型风轮变桨方法研究

15

作者 赵振宙 钱思悦 +3 位作者 沈文忠 王同光 许波峰 郑源 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2471-2478,共8页

升力型立轴风轮叶片气动特性随方位角变化而变化,可通过变桨来改善。与传统变桨思路相反,采用在小攻角区域大角度变桨,在大攻角区域小角度变桨,以重点改善小攻角区域性能为出发点来提高风轮整体性能的变桨思路。以NACA0012翼型2 m高和2 ... 升力型立轴风轮叶片气动特性随方位角变化而变化,可通过变桨来改善。与传统变桨思路相反,采用在小攻角区域大角度变桨,在大攻角区域小角度变桨,以重点改善小攻角区域性能为出发点来提高风轮整体性能的变桨思路。以NACA0012翼型2 m高和2 m旋转直径的两叶片H型风轮为研究对象,基于双盘面多流管模型,分析和比较在最佳尖速比5时变桨前后攻角、切向力系数、能量密度的分布及其变化规律,验证新变桨方案效果。研究结果表明:变桨后上盘面攻角、切向力系数、能量密度的高性能覆盖面积明显增大。在上盘面,攻角和切向力系数呈梯形分布;在下盘面原极大值两侧形成了新的更大的极大值区域,攻角呈W分布,切向力系数呈M分布。 展开更多

关键词 变桨 H型风轮 攻角 切向力系数 双盘面多流管模型

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锯齿尾缘DU91-W2-250风力机翼型气动及噪声特性分析 被引量：14

16

作者 汪瑞欣 赵振宙 +3 位作者 王同光 曾冠毓 许波峰 郑源 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期221-228,共8页

采用脱体涡模拟与声类比的方法,研究锯齿尾缘结构对风力机专用翼型DU91-W2-250气动噪声的影响规律;比较直尾缘二维叶片C100、齿高分别为2.5%、5.0%、7.5%和10.0%弦长的C97.5、C95.0、C92.5、C90.0锯齿尾缘结构二维叶片,在不同攻角下近... 采用脱体涡模拟与声类比的方法,研究锯齿尾缘结构对风力机专用翼型DU91-W2-250气动噪声的影响规律;比较直尾缘二维叶片C100、齿高分别为2.5%、5.0%、7.5%和10.0%弦长的C97.5、C95.0、C92.5、C90.0锯齿尾缘结构二维叶片,在不同攻角下近场噪声分布、远场噪声分布、涡结构和升力系数的变化规律。研究结果表明:翼型噪声声压级呈偶极子形状分布;随着锯齿高度的增加,噪声分布总体呈先增加后减小的趋势,C92.5锯齿尾缘结构在各攻角下的降噪效果均表现较好,C90.0锯齿尾缘结构次之,C97.5尾缘结构最差。在近场半径r=0.45 m及远场半径R=1.5 m比较发现,远场声压级偶极子分布特性更加明显,总体声压级较近场降低了5~10 dB。以直尾缘叶片升力系数的模拟结果来验证模拟精度,模拟结果与试验值吻合良好,证明模拟结果可反映真实情况。 展开更多

关键词 风力机 DU91-W2-250 气动噪声 气动性能 锯齿尾缘

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最不利停机状态下兆瓦级风力机风驱雨分布特性研究 被引量：5

17

作者 杨青 柯世堂 +2 位作者 余文林 王同光 曹曙阳 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期32-40,共9页

为系统探索此类风力机风雨分布特性,设置不同风速及降雨参数,以中国某1.5 MW风力机为工程背景,建立三维塔筒-机舱-叶片一体化刚体模型,采用欧拉-拉格朗日方法,展开风雨联合数值模拟,从雨滴着点分布特征、雨滴速度分布特性与雨荷载3个方... 为系统探索此类风力机风雨分布特性,设置不同风速及降雨参数,以中国某1.5 MW风力机为工程背景,建立三维塔筒-机舱-叶片一体化刚体模型,采用欧拉-拉格朗日方法,展开风雨联合数值模拟,从雨滴着点分布特征、雨滴速度分布特性与雨荷载3个方面进行分析。研究表明,风力机下部叶片在中等风速暴雨雨强工况下着点比例最高;雨滴粒径集中范围随风速的增大而逐渐偏向较大粒径;叶片下部在低风速工况下,随雨强的增加,其雨滴末速度逐渐朝高风速方向迁移,叶片上部此类迁移现象更为明显;相同风速等级下,雨荷载随雨强的增加而显著升高;中等风速强大暴雨工况下雨荷载9种工况中的雨荷载极值。 展开更多

关键词 风力机 降雨 数值模拟 分布特性 雨荷载

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百米级大柔性风电叶片非线性气弹响应分析 被引量：7

18

作者 钱晓航 郜志腾 +2 位作者 王同光 王珑 柯世堂 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期220-230,共11页

随着风电叶片迈入百米量级,叶片尺寸和柔性持续增大,几何非线性对叶片结构动态响应的影响更加明显。为解决大柔性叶片的非线性气动弹性计算问题,采用基于Legendre谱有限元的几何精确梁理论,耦合叶素动量理论,建立了大尺寸风电叶片气动... 随着风电叶片迈入百米量级,叶片尺寸和柔性持续增大,几何非线性对叶片结构动态响应的影响更加明显。为解决大柔性叶片的非线性气动弹性计算问题,采用基于Legendre谱有限元的几何精确梁理论,耦合叶素动量理论,建立了大尺寸风电叶片气动弹性分析方法,通过带有预弯的悬臂梁算例验证了几何精确梁模型的准确性。最后,以NREL5 MW和IEA 15 MW风力机为例,分别采用线性模态叠加法和非线性几何精确梁方法计算了61.5 m叶片和117 m叶片在全工况稳态风和湍流风条件下的动态响应。结果表明,从5 MW到15 MW风力机叶片,由于几何非线性效应引起的叶尖挥舞位移和叶根挥舞弯矩数值偏差分别增加21.35%和21.23%,叶片一阶摆振模态频率也存在3.2%的偏差。百米级叶片非线性效应对叶片动态响应、摆振模态等气动弹性特性影响较大,应充分考虑非线性气动弹性对叶片设计的影响,以保障风力机的运行安全性。 展开更多

关键词 几何非线性 大柔性叶片 几何精确梁 气动弹性 风力机

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大粗糙度对风力机叶片气动性能影响研究 被引量：2

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作者 孟令玉 赵振宙 +3 位作者 吴昊 王同光 郑源 许波峰 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期119-125,共7页

采用三维N-S方程和SST k-ω模型,对NERL Phase VI旋转叶片进行CFD数值模拟,在叶片表面分别沿展向整段、沿弦向前缘进行大尺度粗糙带添加,研究叶片表面在不同粗糙分布工况下的气动性能表现。研究结果表明:粗糙度可减小叶片表面正负压差,... 采用三维N-S方程和SST k-ω模型,对NERL Phase VI旋转叶片进行CFD数值模拟,在叶片表面分别沿展向整段、沿弦向前缘进行大尺度粗糙带添加,研究叶片表面在不同粗糙分布工况下的气动性能表现。研究结果表明:粗糙度可减小叶片表面正负压差,降低风力机气动性能;叶片整段粗糙的添加,能降低内半段叶片负压面压力系数的绝对值,提高外半段叶片的负压面压力系数的绝对值;叶片前缘粗糙度的添加使得负压面生成一个低压涡,随着粗糙度的增大,涡流强度越大,低压涡位置越靠近前缘,随着粗糙度的增大,上述效应越明显。 展开更多

关键词 风力机 叶片 表面粗糙度 计算流体力学 流动分离

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基于CFD的水平轴风力机叶尖小翼增功研究 被引量：4

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作者 陈恺 张震宇 +1 位作者 王同光 黄辉秀 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期272-278,共7页

基于风力机叶片增功装置设计要求,以NREL 5 MW叶片为设计原型,以扭角、上反角及后掠角3种小翼外形参数为优化因素设计正交试验表,每种因素分别选取4个水平值,采用计算流体力学(CFD)方法对加装16种不同构型小翼的叶片进行数值模拟。计算... 基于风力机叶片增功装置设计要求,以NREL 5 MW叶片为设计原型,以扭角、上反角及后掠角3种小翼外形参数为优化因素设计正交试验表,每种因素分别选取4个水平值,采用计算流体力学(CFD)方法对加装16种不同构型小翼的叶片进行数值模拟。计算结果表明,叶片整体可增功约1.466%,同时推力增加约1.570%;影响扭矩的最主要因素为扭角,影响推力的最主要因素为上反角;通过分析叶片近尾迹流场发现,优化的叶尖小翼布局可改变叶片叶尖涡强度分布,调整叶尖翼型截面气动力特性,进而改善叶片气动性能。 展开更多

关键词 风力机 气动特性 计算流体力学 优化设计

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