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漂浮式海上风力机三维尾流模型研究
1
作者 张萍 李成诚 +3 位作者 韩烨 解鹏飞 檀宇航 刘鑫 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期612-617,共6页
针对漂浮式海上风电机组接地系统所处的深海环境及特殊的系泊系统,综合考虑纵荡运动对入流风速和尾流区域膨胀的影响,基于二维BP工程尾流模型,提出一种三维尾流模型(3Dksg_BP),将该模型用于全尾流区域横向和垂向风速剖面的预测。预测结... 针对漂浮式海上风电机组接地系统所处的深海环境及特殊的系泊系统,综合考虑纵荡运动对入流风速和尾流区域膨胀的影响,基于二维BP工程尾流模型,提出一种三维尾流模型(3Dksg_BP),将该模型用于全尾流区域横向和垂向风速剖面的预测。预测结果与风洞实验数据对比发现,下游1.7D、2.3D、5.0D和10.0D(D为风轮直径)等位置的预测精度均不低于97.6%。基于3Dksg_BP,研究不同频率和振幅下的纵荡运动对尾流造成的影响,结果表明:纵荡运动对尾迹的影响随频率和振幅的增大而增大,且随着下游距离的增加,纵荡运动对尾迹的影响逐渐减小。 展开更多
关键词 风力机 海上风电 尾流 尾流模型 漂浮式风力机 平台运动
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动态风向变化下风力机叶片和塔架应力及功率特性分析 被引量：1
2
作者 汪建文 闫思佳 +1 位作者 张建伟 高志鹰 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期610-619,I0014,共11页
风向变化显著影响风力机气动载荷分布,从而影响风力机稳定高效的运行,而气动载荷是风力机结构应力和功率变化主要影响因素之一。该文以S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,在旋转平台上进行风洞实验,对不同风向变化速度(0.5°、1... 风向变化显著影响风力机气动载荷分布,从而影响风力机稳定高效的运行,而气动载荷是风力机结构应力和功率变化主要影响因素之一。该文以S翼型三叶片水平轴风力机为研究对象,在旋转平台上进行风洞实验,对不同风向变化速度(0.5°、1°、1.5°、2°/s)下风力机叶片和塔架的应力以及风力机功率特性进行分析。结果表明:风向变化速度为0.5°/s时,在风向由0°变化到30°时,叶片弦向和展向应力值和风力机功率下降幅度最大;在风向由0°变化到20°时,叶片应力值和功率下降较为缓慢,风向变化结束后,风力机应力与功率会进一步减小;风向变化角度在0°~20°范围内,受叶片转速和气动载荷下降速度与风向变化耦合作用的影响,塔架应力值出现较大波动,并随风向变化速度的增加,波动出现的区间从15°~20°提前到0°~5°;风向变化结束后,叶片转速持续下降,造成塔架应力仍有不同程度的波动。结果可为考虑风向变化下运行的风力机结构设计提供一定理论依据。 展开更多
关键词 动态风向变化 风力机 叶片 塔架 应力 功率
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基于锥角控制的下风向风力机功率调节策略 被引量：1
3
作者 许波峰 石腾 +3 位作者 李振 肖航 马远卓 蔡新 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期747-753,共7页
针对中小型下风向风力机开展了功率调节策略研究.首先,对100 W下风向风力机进行了仿真计算和风洞实验,探究了下风向风力机的气动性能;然后,分析了风轮锥角对风力机输出功率和叶根载荷的影响机制,归纳出输出功率与锥角余弦值的三次方正相... 针对中小型下风向风力机开展了功率调节策略研究.首先,对100 W下风向风力机进行了仿真计算和风洞实验,探究了下风向风力机的气动性能;然后,分析了风轮锥角对风力机输出功率和叶根载荷的影响机制,归纳出输出功率与锥角余弦值的三次方正相关,叶根载荷与锥角余弦值的平方正相关;最后,形成了一套基于锥角控制的下风向风力机功率主/被动调节策略.研究结果表明:采用主动调节策略可在超额定风速运行时有效控制风轮输出功率,并可使叶根载荷极值降低14.2%;较控制前,采用被动调节策略可使得在超额定风速运行时,输出功率与额定功率的平均偏差减小20.84 W.两种调节策略皆可实现超额定风速运行时下风向风力机输出功率的有效控制. 展开更多
关键词 下风向风力机 气动性能 风轮锥角 功率调节 风洞实验
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气动翼型涡流发生器与风力机翼型同步优化设计 被引量：2
4
作者 汪泉 杨书益 +1 位作者 胡梦杰 王环均 《机械设计与制造》 北大核心 2024年第1期95-99,106,共6页
针对目前风力机叶片翼型与涡流发生器相互独立的串行设计方法,导致不能最大限度的设计出气动性能最佳的风力机新叶片加装新型涡流发生器。这里提出带气动翼型的涡流发生器与风力机叶片翼型同步设计方法,利用B样条函数分别表达叶片翼型... 针对目前风力机叶片翼型与涡流发生器相互独立的串行设计方法,导致不能最大限度的设计出气动性能最佳的风力机新叶片加装新型涡流发生器。这里提出带气动翼型的涡流发生器与风力机叶片翼型同步设计方法,利用B样条函数分别表达叶片翼型与涡流发生器气动形状,以最大升阻比及失速前最大升力系数为多目标函数建立优化数学模型,结合CFD技术与粒子群算法对原始叶片翼型DU97-W-300与CLARKY翼型涡流发生器进行同步优化,优化结果表明:相比原始叶片翼段加装CLARKY翼型涡流发生器,优化后的升力系数为2.378,提高了9.3%,升阻比为63.335,提高了7.5%;且对优化前后的流线图及涡量云图进行了对比分析,说明优化后叶片加装涡流发生器翼型可产生更大的诱导涡,能够有效抑制叶片表面流体分离。这里研究对于叶片与涡流发生器的设计及应用具有很好的参考与借鉴意义。 展开更多
关键词 风力机叶片 涡流发生器 一体化设计 B样条函数 CFD技术
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B-Spline曲线聚风装置直线翼垂直轴风力机启动性能数值模拟 被引量：1
5
作者 李岩 马云飞 +2 位作者 佟国强 杨胜兵 肖振军 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第3期265-272,共8页
为了提升直线翼垂直轴风力机的启动性能,基于B-Spline曲线生成方法,提出一种具有流线型轮廓的聚风装置,将其分别安装在风轮顶端和底端,用以提升风轮附近的来流风速,使风轮汲取更多风能,达到更易启动的特点.选取聚风装置的5个结构参数进... 为了提升直线翼垂直轴风力机的启动性能,基于B-Spline曲线生成方法,提出一种具有流线型轮廓的聚风装置,将其分别安装在风轮顶端和底端,用以提升风轮附近的来流风速,使风轮汲取更多风能,达到更易启动的特点.选取聚风装置的5个结构参数进行设计:聚风装置与风轮间隙距离ΔL、底圆半径R_(1)、顶圆半径R_(2)、入口角度α_(1)和出口角度α_(2).设计方法采用二次旋转正交组合筛选最优模型,通过三维数值模拟研究聚风装置参数对直线翼垂直轴风力机启动性能的影响,获得了最佳外形参数组合.此外,对有无加装聚风装置的直线翼垂直轴风力机进行了静态三维数值模拟.结果表明,通过添加具有外凸流线型轮廓的聚风装置,直线翼垂直轴风力机的启动性能有显著提升.在风速较低的情况下,性能改善更加明显.聚风装置可使直线翼垂直轴风力机的平均启动力矩系数最大增加38.8%,峰值平均启动力矩系数最大可增加31.2%. 展开更多
关键词 垂直轴风力机 聚风装置 B-Spline曲线 启动性能 数值模拟
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浮式风力机若干特征动力学问题综述 被引量：1
6
作者 程友良 曹淑刚 万声权 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2024年第1期165-186,共22页
总结浮式风力机类型及其对应的特征动力学问题,针对浮式风力机气动荷载、水动荷载的计算方法以及结构动力学、控制动力学典型问题进行论述。讨论了气动—水动—结构—伺服耦合分析的难点,重点分析了二阶波浪力、畸形波等非线性波浪荷载... 总结浮式风力机类型及其对应的特征动力学问题,针对浮式风力机气动荷载、水动荷载的计算方法以及结构动力学、控制动力学典型问题进行论述。讨论了气动—水动—结构—伺服耦合分析的难点,重点分析了二阶波浪力、畸形波等非线性波浪荷载、流荷载及涡激运动对浮式风力机特征动力响应的影响。阐述了浮式风力机动力学研究的试验方法、数值仿真方法、样机测试方法,并对模型试验技术的相似理论、气动模型的实现和难点以及数值仿真的频域方法、时域方法和分析工具进行了归纳对比。研究表明:浮式风力机多场、多体耦合动力分析机理及相关技术仍不成熟,气动荷载、高阶非线性波浪荷载耦合模型的建立是动力学问题研究的重点,数值仿真及模型试验是浮式风力机动力响应研究的主要方法,样机测试技术的积累将促进设计标准的完善及浮式风电的产业化发展。 展开更多
关键词 浮式风力机 耦合模型 非线性荷载 气动荷载 水动荷载 二阶波浪力 畸形波
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IDDES方法模拟风切变下大型水平轴风力机流场特性 被引量：1
7
作者 杨从新 张宇婷 岳念西 《西华大学学报（自然科学版）》 2024年第1期78-86,共9页
为研究风切变条件下大型水平轴风力机流场特性,以NH 1500 kW大型水平轴风力机为研究对象,运用计算流体力学中模拟流场精度较高的IDDES(改进延迟分离涡)方法,分析流场内瞬时速度分量、脉动速度和风力机输出功率。结果表明:风轮平面周围... 为研究风切变条件下大型水平轴风力机流场特性,以NH 1500 kW大型水平轴风力机为研究对象,运用计算流体力学中模拟流场精度较高的IDDES(改进延迟分离涡)方法,分析流场内瞬时速度分量、脉动速度和风力机输出功率。结果表明:风轮平面周围流场速度波动大,轴向速度在风轮旋转边界以外的区域会增大,在旋转边界以内的区域会亏损;脉动风速频谱特性在低频区与风轮转频的整数倍相关,风力机功率呈余弦形式输出并满足湍流谱特性。 展开更多
关键词 水平轴风力机 数值模拟 IDDES方法 流场特性
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湍流风况顺桨风力机叶片气动阻尼特性研究
8
作者 唐新姿 李可翔 +2 位作者 何文双 胡聪芳 彭锐涛 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1366-1376,共11页
当前风电技术大型化发展,叶片气弹失稳问题特别是特殊工况下的稳定性问题成为国内外各界关注的热点和难点.湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性.气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标.为探究湍流风况顺桨风电... 当前风电技术大型化发展,叶片气弹失稳问题特别是特殊工况下的稳定性问题成为国内外各界关注的热点和难点.湍流风况下顺桨风电叶片气弹稳定性直接影响风电机组的安全可靠性.气动阻尼是叶片稳定性判断的重要指标.为探究湍流风况顺桨风电叶片气弹失稳特性规律,以NERL 5 MW风力机叶片为研究对象,基于修正叶素动量理论、欧拉-伯努利梁模型和气动阻尼计算方法,建立顺桨叶片气动阻尼计算模型,采用Kaimal湍流风模型进行瞬态分析,获得风况参数对风力机叶片气动稳定性的影响规律及叶片的气动失稳概率,为大型风力机叶片气弹稳定性设计与控制提供参考.结果表明:顺桨叶片气动阻尼在全周风向上呈180°周期特性,且25°风向为相对危险工况;风速越大气动阻尼负值越显著,气动不稳定风向范围越大,失稳概率越大;湍流强度增加,一阶挥舞气动阻尼下限降低幅度明显,气动不稳概率增加;湍流风况下顺桨叶片平面外方向的失稳概率较平面内方向更大,且两个方向失稳概率曲线呈相似周期性规律. 展开更多
关键词 风力机叶片 停机顺桨 气弹耦合 湍流强度 气动阻尼
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漂浮式海上风力机自适应超螺旋滑模桨距控制
9
作者 韩耀振 杨文祥 +3 位作者 马荣琳 侯明冬 杨仁明 王常顺 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期62-69,共8页
针对额定风速以上漂浮式海上风力机系统的输出功率稳定、浮式平台运动和疲劳载荷抑制任务目标,考虑系统非线性和模型参数摄动及风浪扰动,提出一种基于自适应超螺旋二阶滑模和干扰观测补偿的桨距角鲁棒控制方案。首先,实现漂浮式海上风... 针对额定风速以上漂浮式海上风力机系统的输出功率稳定、浮式平台运动和疲劳载荷抑制任务目标,考虑系统非线性和模型参数摄动及风浪扰动,提出一种基于自适应超螺旋二阶滑模和干扰观测补偿的桨距角鲁棒控制方案。首先,实现漂浮式海上风力机的仿射非线性不确定系统建模;其次,构建考虑风力机额定转速和平台纵摇的滑模函数,设计控制增益自适应调节的超螺旋二阶滑模控制律;再次,采用干扰观测器补偿模型参数摄动和风浪扰动不确定项;最后,基于FAST与Matlab/Simulink在不同风浪环境下进行仿真,验证所提方案有效性和优越性。时域和频域仿真结果表明,与传统比例积分控制方案相比,所提方案对稳定风力机系统输出功率、抑制浮式平台运动及减少塔基载荷具有更好的控制效果。 展开更多
关键词 海上风力机 滑模控制 功率控制 干扰观测器 平台运动抑制
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具有功率调节和容错能力的风力机自适应控制
10
作者 李向菊 郭小进 +1 位作者 王盼 谌慧铭 《机床与液压》 北大核心 2024年第2期68-76,共9页
水平轴风力机面对高风速变化工况时,极易出现转子灾难性失控超速运行,此时风能转换效率低于预期值,同时恶劣的环境也对桨距角控制提出了容错要求。针对这些问题,提出一种具有功率调节和容错能力的风力机自适应约束控制方案,通过自适应... 水平轴风力机面对高风速变化工况时,极易出现转子灾难性失控超速运行,此时风能转换效率低于预期值,同时恶劣的环境也对桨距角控制提出了容错要求。针对这些问题,提出一种具有功率调节和容错能力的风力机自适应约束控制方案,通过自适应约束的桨距角控制实现安全可靠的功率调节,并集成容错能力以补偿可能的故障影响。介绍水平轴风力机的数学模型和运行要求,分析基准的非线性自适应约束控制方案的设计过程,并在此基础上讨论具有未知控制增益、任意初始条件和存在故障影响下的设计方案,最后搭建MATLAB仿真模型对所提出的方案进行验证。仿真实验结果表明:所提方案可以提高风力机的功率调节效率,同时在不同工况和不同故障条件下均能将转子速度和发电功率控制在安全范围内。 展开更多
关键词 风力机 自适应约束控制 功率调节 容错控制 未知控制增益 任意初始条件
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环境温度和来流双重作用下的风力机性环境温度和来流双重作用下的风力机性能能
11
作者 任小勇 李玉军 刘艳峰 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1198-1204,共7页
文章以现有风力机变桨控制系统为研究对象,进行了变来流和环境温度的风轮性能试验,流固耦合计算选用workbench2021平台中的Fluent模块和Transient Structural模块来完成。结果表明:在试验范围内,模型和试验的功率、升力系数的最大误差... 文章以现有风力机变桨控制系统为研究对象,进行了变来流和环境温度的风轮性能试验,流固耦合计算选用workbench2021平台中的Fluent模块和Transient Structural模块来完成。结果表明:在试验范围内,模型和试验的功率、升力系数的最大误差分别为3.7%,5.8%,平均误差分别为2.2%,3.4%;在额定风速10 m/s位置风轮达到最大功率2.5 kW,攻角为14°时,升力系数最大为1.05。来流风速对尾流区旋涡强度影响较为明显,来流风速越高,同一位置坐标叶片表面压力越大,叶轮尾部速度衰减越小,叶片所受最大应力和变形量与来流风速成正比关系;环境温度越低,同一位置坐标叶片表面压力越大,叶片所受最大应力和变形量与环境温度成反比关系,环境温度为-20~20℃时,由温度引起的最大应力、变形量波动分别为1.45%和2.37%,该结果对风力机在恶劣环境中的运行具有指导意义。 展开更多
关键词 风力机 环境温度 振动 试验 流固耦合
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基于哨兵函数和S变换的风力机叶片材料损伤特性研究
12
作者 廖力达 舒王咏 +3 位作者 张芝铭 刘亮 冯飞 陈为强 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期656-663,共8页
利用声发射检测技术研究玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的损伤特性,在此过程中,采用哨兵函数来表征该材料的损伤程度,并通过S变换和模糊C均值(FCM)聚类来分析声发射信号,从而获得材料的损伤特征。三点弯曲实验结束后对试件断口进行扫描... 利用声发射检测技术研究玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的损伤特性,在此过程中,采用哨兵函数来表征该材料的损伤程度,并通过S变换和模糊C均值(FCM)聚类来分析声发射信号,从而获得材料的损伤特征。三点弯曲实验结束后对试件断口进行扫描电子显微镜(SEM)拍照来验证,可得:通过对SEM照片的分析得到基体开裂、纤维脱粘、分层破坏、纤维断裂4种损伤模式;对整个声发射事件进行哨兵函数分析,观察到试件在弯曲过程中哨兵函数曲线呈明显下降趋势;对依据哨兵函数划分的不同阶段的信号进行VMD降噪处理,然后采用S变换进行时频分析得到不同损伤的特征频率,最后采用FCM聚类进行验证。结果表明:哨兵函数值的突变可作为材料断裂的预警信号,材料损伤类型的识别可依据S变换的频率分布结果进行确定。 展开更多
关键词 风力机叶片 复合材料 声发射 损伤特性 哨兵函数 S变换
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黏土中海上风力机桩-筒复合基础地震响应分析
13
作者 张小玲 李赟琪 +2 位作者 王丕光 穆坤 程星磊 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期189-197,共9页
参考NREL海上风力机结构参数,基于ABAQUS软件平台,建立黏土中海上风力机桩-筒复合基础的三维整体有限元模型;采用总应力形式的非线性运动硬化模型描述黏土的不排水动应力应变响应,通过编制Matlab程序实现随机风荷载及波浪荷载的模拟;开... 参考NREL海上风力机结构参数,基于ABAQUS软件平台,建立黏土中海上风力机桩-筒复合基础的三维整体有限元模型;采用总应力形式的非线性运动硬化模型描述黏土的不排水动应力应变响应,通过编制Matlab程序实现随机风荷载及波浪荷载的模拟;开展地震及风、浪、流荷载共同作用下海上风力机桩-筒复合基础的时域整体动力响应分析,揭示桩-筒复合基础的承载机理,分析地震烈度、土体强度及基础尺寸对桩-筒复合基础动力响应的影响规律。 展开更多
关键词 海上风力机 数值模拟 地震响应 黏土 桩-筒复合基础
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端板对Savonius风力机启动性能的影响
14
作者 李岩 邓晴月 +2 位作者 杨胜兵 佟国强 冯放 《排灌机械工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第5期463-469,共7页
为探究端板对Savonius风力机启动性能的影响,利用数值模拟和风洞试验相结合的方法对比研究了端板对两叶片、三叶片Savonius风力机在不同风速下的静态启动性能,并对流场进行了分析.结果表明:对于两叶片Savonius风力机,有端板风力机较无... 为探究端板对Savonius风力机启动性能的影响,利用数值模拟和风洞试验相结合的方法对比研究了端板对两叶片、三叶片Savonius风力机在不同风速下的静态启动性能,并对流场进行了分析.结果表明:对于两叶片Savonius风力机,有端板风力机较无端板风力机平均启动力矩提升了85.4%(u=8 m/s),且反向启动力矩小,但无端板风力机启动力矩波动范围较有端板风力机小;对于三叶片Savonius风力机,有端板风力机较无端板风力机平均启动力矩提升了17.9%(u=8 m/s),但有端板风力机存在反向力矩,无端板风力机较有端板风力机整体力矩波动范围小且无反向启动力矩;端板的存在改变了叶片端部的流动情况和压力分布,叶片个数不同影响规律也不同.研究结果可以为Savonius风力机的结构设计提供参考. 展开更多
关键词 Savonius风力机 端板 风洞试验 数值模拟 启动性能
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基于声发射b值分析的风力机叶片材料损伤特性研究
15
作者 廖力达 陆正鹏 +3 位作者 叶捍 黄斌 舒王咏 张芝铭 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期172-180,共9页
风力发电机叶片主要材料玻璃纤维环氧树脂增强复合材料(GFRP)的损伤,会造成叶片寿命减少甚至断裂,必须进行损伤检测。采用声发射方法可分析GFRP复合材料损伤特性,实现在线监测叶片性能。该文采用声发射b值特征来表征GFRP损伤程度,并通... 风力发电机叶片主要材料玻璃纤维环氧树脂增强复合材料(GFRP)的损伤,会造成叶片寿命减少甚至断裂,必须进行损伤检测。采用声发射方法可分析GFRP复合材料损伤特性,实现在线监测叶片性能。该文采用声发射b值特征来表征GFRP损伤程度,并通过主成分分析和k-均值++算法进行声发射参数聚类来分析GFRP损坏模式。结果表明:1)对整个声发射事件进行b值分析,观察到GFRP试样在断裂前b值呈明显下降趋势,表明b值的变化率可作为材料断裂的预警信号。2)根据主成分分析9种声发射参数所占主成分比重,选择声发射信号的幅度、峰值频率两个特征参数。通过k-均值++算法对特征参数进行聚类分析,发现拉伸过程的声发射信号分为了4个簇,并找到每个簇的特征频率。3)通过使用扫描电子显微镜(SEM)对GFRP试样拉伸断口进行观察,得到4个簇分别对应于基体开裂、纤维/基体脱粘、分层和纤维断裂4种损伤模式。基于声发射b值分析方法适用于GFRP损伤特性研究,可在风力发电机叶片损伤检测领域推广。 展开更多
关键词 风力机叶片 声发射 复合材料 b值分析
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多泵切换对数字液压传动风力机工作特性影响的分析
16
作者 刘增光 张本国 +3 位作者 岳大灵 李林飞 苏利强 任禄 《液压与气动》 北大核心 2024年第2期85-92,共8页
多泵数字液压传动风力机可根据风速大小使相应排量液压泵参与工作,使液压风力机在整个工作风速范围内始终保持高效。但不同排量液压泵参与工作的切换会造成风力机液压传动系统流量发生突变并产生压力冲击,影响风力机工作特性和风轮对风... 多泵数字液压传动风力机可根据风速大小使相应排量液压泵参与工作,使液压风力机在整个工作风速范围内始终保持高效。但不同排量液压泵参与工作的切换会造成风力机液压传动系统流量发生突变并产生压力冲击,影响风力机工作特性和风轮对风能的吸收。在分析多泵数字液压传动风力机工作原理的基础上,对5 MW级多泵数字液压传动风力机的方案进行设计和AMESim仿真建模;进行恒定风速和变风速条件下液压泵工作切换的仿真研究,得到多泵切换时液压风力机的风能利用系数、液压系统流量、压力等工作特性的变化规律;搭建了5 kW风能能量多泵数字液压传递半实物仿真实验平台对仿真结果进行实验验证;研究结果为多泵数字液压传动风力机风能高效利用和稳定运行提供理论依据和技术参考。 展开更多
关键词 液压风力机 数字液压传动 多泵切换 半实物仿真 工作特性
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大型风力机叶片前缘的雨滴冲击动力学响应机制
17
作者 张建宇 冯梦洁 +1 位作者 郭旭 杜晓钟 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第21期1-11,共11页
随着近年海上风力机设计的大型化,叶片前缘的雨蚀失效问题变得愈发突出,不仅影响机组的风能转化效率,对结构的稳定运行也构成潜在威胁。采用光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,SPH)法研究雨滴内部的本构关系,以有限元法... 随着近年海上风力机设计的大型化,叶片前缘的雨蚀失效问题变得愈发突出,不仅影响机组的风能转化效率,对结构的稳定运行也构成潜在威胁。采用光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,SPH)法研究雨滴内部的本构关系,以有限元法(finite element method,FEM)建立叶片前缘的代表性体积单元(representative volume element,RVE)模型,两者相互耦合,研究雨滴在叶片表面形成的冲击响应过程。考虑自然降雨的实际工况,建立与降雨强度相关联的雨滴尺寸模型,以及雨滴的空间分布模型;通过单雨滴的冲击仿真,研究叶片表面冲击载荷以及雨滴内部的速度分布,从而解构雨滴冲击的物理过程,并通过冲击的应力、应变场分析,为潜在损伤区提供评价;建立多雨滴冲击的仿真模型,研究冲击应力场之间的耦合作用以及涂层表面的塑性应变累积效果。研究结果表明,水锤冲击是造成塑性应变累积的关键因素,虽然横向喷射阶段的应力响应幅值小并呈现一定的无序特征,但如果存在多雨滴耦合冲击的情况,则会在耦合区内出现应力峰值,并对叶片变形和失效存在潜在影响。 展开更多
关键词 风力机 叶片前缘 光滑粒子流体动力学-有限元法(SPH-FEM)耦合模型 单雨滴冲击 多雨滴冲击
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螺旋扭曲升阻复合型垂直轴风力机气动性能分析
18
作者 杜深慧 谢奇龙 +1 位作者 赵龙 孙仲淳 《电力科学与工程》 2024年第7期70-78,共9页
提出了一种新型升阻复合型垂直轴风力机。阻力型风轮是由双层典型的萨沃纽斯型风轮组成,而升力型风轮是由螺旋扭曲一定角度的达里厄NACA0018翼型风轮组成。阻力型风轮在内,升力型风轮在外,二者用传动轴和离合器相连接。在低风速时由阻... 提出了一种新型升阻复合型垂直轴风力机。阻力型风轮是由双层典型的萨沃纽斯型风轮组成,而升力型风轮是由螺旋扭曲一定角度的达里厄NACA0018翼型风轮组成。阻力型风轮在内,升力型风轮在外,二者用传动轴和离合器相连接。在低风速时由阻力型风轮带动升力型风轮旋转,高风速时二者各自旋转,互不影响。首先,基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)软件对其启动及气动性能进行了仿真,分析了风轮表面的压力和风速分布。然后,分别对复合型风力机和单达里厄型风力机的启动风速和输出功率进行了测量。结果表明:复合型风力机的启动风速要小于单达里厄型的启动风速,而输出功率的差别并不大。最后,探讨了单达里厄风力机不同风速下叶尖速比与转矩系数和风能利用率的关系,确定了在叶尖速比为1.9时可将阻力型风轮和升力型风轮分离,在风速为8 m/s且叶尖速比为3时风力机的风能利用率最高,为40.6%。 展开更多
关键词 升阻复合型垂直轴风力机 CFD 启动风速 转矩系数 风能利用率
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前缘圆柱对风力机翼型气动性能及冲蚀磨损影响研究
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作者 李德顺 胡智豪 +2 位作者 赵慧廷 吴朝贵 范强强 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期166-173,共8页
为研究风沙环境下流动控制方式对于NACA 0012翼型气动性能和冲蚀磨损的影响,通过在风力机翼型前缘布置微小圆柱来控制气流流动,采用离散项模型和SST k-ω湍流模型对控制翼型进行数值计算。结果表明:攻角较小时,微小圆柱处于X=0.04、Y=-0... 为研究风沙环境下流动控制方式对于NACA 0012翼型气动性能和冲蚀磨损的影响,通过在风力机翼型前缘布置微小圆柱来控制气流流动,采用离散项模型和SST k-ω湍流模型对控制翼型进行数值计算。结果表明:攻角较小时,微小圆柱处于X=0.04、Y=-0.03位置时控制效果最佳,可抑制流动分离,相比原翼型升阻比提高149.72%;微小圆柱处于X=0.02、Y=-0.02位置时翼型冲蚀磨损的减小量最大,相比原翼型减小97.66%;微小圆柱处于最优区域时翼型升阻比提高的同时冲蚀磨损量也会减小。 展开更多
关键词 风力机 风沙环境 翼型 流动控制 磨损 气动性能 数值模拟
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垂直错列布局风力机群尾流特征研究
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作者 张立栋 冯正聪 +3 位作者 田文鑫 万嘉伟 赵秀勇 李钦伟 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期517-524,共8页
风力机尾流对风电场的输出功率有着重要影响,为深入研究增设小风力机对风电场整体出力的影响,采用OpenFOAM模拟2个大风力机和2个大风力机之间横向布置的3个小风力机的组合,并以小风力机与下游大风力机之间距离不同的4种工况和其中1种工... 风力机尾流对风电场的输出功率有着重要影响,为深入研究增设小风力机对风电场整体出力的影响,采用OpenFOAM模拟2个大风力机和2个大风力机之间横向布置的3个小风力机的组合,并以小风力机与下游大风力机之间距离不同的4种工况和其中1种工况下小风力机高度不同为研究对象。该布局在2个大风力机之间增加3个小风力机,每排小风力机与下游大风力机的距离不同。结果表明:经距离不同和高度不同的计算对比,当小风力机高度设置为37 m时,随着与上游大风力机距离的增大,下游大风力机功率逐渐增加;当小风力机距离下游大风力机位置固定,增加小风力机轮毂高度则使得下游大风力机功率降低。 展开更多
关键词 风力机 风电场布局 尾流 垂直错列 功率
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