低空急流对水平轴风力机气动性能的影响

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zw198518
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
风能是能够有效缓解能源紧缺和环境恶化问题的能源之一,风电是其大规模应用的形式,入流能够影响风电机组的设计和运行,而低空急流就是其中的一种。本文以一台1.5MW三叶片水平轴风力机为研究对象,通过数值模拟和理论分析相结合的方法探索了低空急流对水平轴风力机气动性能的影响:  首先,通过对多组风速下风力机功率和推力的计算,验证了计算的有效性,在此基础上,对比了均匀流、剪切流和低空急流下水平轴风力机气动性能的异同:低空急流下风轮的功率和推力、叶片表面压力、各截面法向力系数和切向力系数高于其他两种流动;叶片表面的失速区尤其是叶根附近的失速区相对其他两种流动更大,急流衰减内的截面分离涡现象更加明显。低空急流下水平截面轴向速度的扩散现象明显;竖直截面轮毂上方位置低速区明显。低空急流下叶片推力随方位角变化则呈现出一种双峰型变化;叶片偏航力矩和叶片倾覆力矩的值比风剪切大;截面法向力系数和切向力系数从叶根向叶尖逐渐减小,在低空急流下呈现出双峰型变化规律;风轮各气动力和气动力矩的变化比风剪切下的激烈,风轮推力和转矩波动更频繁。  其次,讨论了低空急流三大结构特征之一的急流强度对风力机气动性能的影响:随着急流强度的增加,风轮功率和推力、叶片各截面压力系数、单位展长上的法向力和切向力增加,叶片吸力面失速区扩大,在靠近叶根的部位,急流强度对压力系数的影响较为显著。轮毂上方叶片背后的低速区逐渐减小,且有向旋转轴压缩的倾向。叶片推力增加,叶片偏航力矩在方位角90o和270o附近差异较大,倾覆力矩在方位角为0o和180o时数值最大,但差异较小;各截面法向力系数和切向力系数在 90o和 270o附近有较大的差异,其他位置差异相对较小;风轮推力和转矩,风轮偏航力矩和风轮倾覆力矩随急流强度的增加数值增加,波动变得更为激烈。  然后,讨论了急流宽度的影响:随着急流宽度的增加,风轮功率和推力、叶片各截面压力系数、单位展长上的法向力和切向力增加,叶片吸力面失速区扩大,在靠近叶尖的部位,急流宽度对压力系数的影响更明显。叶片前缘前的高速区扩大,叶片尾缘后的低速区缩小;轮毂上方叶片后的低速区显著减小。叶片推力、叶片偏航力矩和叶片倾覆力矩在一个周期内波动的波形变宽,叶片推力、叶片倾覆力矩的数值提升;截面法向力系数和切向力系数在周期内的波动趋于平缓;风轮推力和风轮转矩整体提高,且波动更为平缓;风轮偏航力矩波动趋于平缓,波形变宽;风轮倾覆力矩的波动幅度增加,在急流宽度为11.25m时,波动增加。  最后,讨论了急流高度的影响:急流主区位于风轮范围内时,不同急流高度下风轮的功率和推力相差较小;随着急流高度的提升,轮毂中心上方叶片吸力面失速区扩大,高过最大急流高度的截面表面压力和法向力系数、切向力系数增加。急流高度提升,叶片前后轴向速度分布有所差异;急流高度超出轮毂中心后,轮毂中心上方叶片尾流中的低速区面积扩大明显。急流高度提升,叶片推力和叶片偏航力矩最大值所在的方位角偏移,倾覆力矩数值在 0o增加,180o减小;截面法向力系数和切向力系数的最大值在 90o和 270o附近移动;急流高度位于轮毂中心时,风轮推力和风轮转矩多出一组波动,且幅值不及其他状况,而急流高度高于和低于轮毂中心的状况波动错开;急流高度离轮毂中心越远,风轮偏航力矩的峰值越小,最大和最小急流高度下风轮偏航力矩多出部分波动;风轮倾覆力矩随急流高度的提升向负值方向移动。
其他文献
以高超音速飞行器运载的武器对未来占有全球军事主导权具有非常重要的战略意义。因此,近年来高超音速飞行器的研制成为一些发达国家之间博弈的重要工具,各国都以期获得先机奠
本文是在重庆市技术创新项目“高压降调节阀优化研究”(编号:2012-01-026)的支持下完成的。现代工业生产规模化的快速发展对调节阀提出了以高压降为主的一系列愈发苛刻的要求,某些使用场合压差高达40MPa以上。迷宫式调节阀作为降压能力最强的多级降压式调节阀,广泛的应用于石油、化工及电力等行业中的高压差与洁净流体介质场合。但在该领域国内研发大多以仿制为主,多次的样机加工和试验使研发周期与成本大大增
柚子皮是鲜食或加工后产生的大量废弃物,由于缺乏有效的利用手段,大部分以生活垃圾的形式填埋,造成大量经济损失和环境污染。柚子皮富含丰富的纤维素,但鲜有关于柚皮纤维素利用的
椰子水是椰子坚果腔内的液体胚乳,含有多种氨基酸、丰富的矿物质和多种活性成分,椰子产量高,椰子水来源丰富,但大多数椰子水在椰子加工过程中都未得到很好的利用。本课题以椰
由于世界能源危机和汽车尾气对大气环境污染的日益严重,规划与发展内燃机清洁代用燃料已引起了全世界范围研究者的高度重视。本文首先对丁醇和柴油直接混合的相溶性和稳定性
垂直摇臂式喷头是一种中、高压远射程喷头,具有结构简单、运行稳定的特点,广泛应用于工业防尘及农林喷灌等工作场合。摇臂的动力学分析及运动规律研究是保证垂直摇臂式喷头运行
啤酒酿造工艺历史发展悠久距今已有6000多年历史,伴着历史长河的流淌,啤酒作为一种富含蛋白质、经酵母发酵、饱含杀口感及酒花香的酒精饮料逐渐被广大消费者所接受。中国2010年
在风电场内,风力机的性能和结构动力学特性很大程度上受到大气边界层和上游风力机尾流的影响。来流不仅会与风力机相互作用,还会影响尾流的传播和发展,进而影响下游风力机。本文通过大涡模拟和致动线模型结合的方法,模拟了了均匀来流条件和中性大气边界层来流条件的风力机流场,研究两种来流条件下湍流与风力机的相互作用。首先,基于小波变换的分析方法,结合致动线模型和大涡模拟研究了一台33k W水平轴风力机尾流湍流结构
本文通过对荣华二采区10
期刊