風(fēng)能技術(shù)文獻(xiàn)月度報(bào)告

本文格式為Word版，下載可任意編輯——風(fēng)能技術(shù)文獻(xiàn)月度報(bào)告一、前言

長(zhǎng)期以來(lái),由于人們對(duì)風(fēng)能技術(shù)的重視程度不夠,所以此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)展速度緩慢。隨著能源危機(jī)日益嚴(yán)重,可再生能源越來(lái)越多的受到人們的關(guān)注,而風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源,隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)展,它的開(kāi)發(fā)利用成為解決能源危機(jī)的不二選擇。近幾年,風(fēng)電技術(shù)逐步成熟,好多國(guó)家都加大了風(fēng)能的利用力度,使得陸上風(fēng)資源的開(kāi)發(fā)利用已經(jīng)根本達(dá)成飽和狀態(tài),所以當(dāng)務(wù)之急要解決的問(wèn)題是怎樣提高風(fēng)電場(chǎng)效率。

而影響風(fēng)電場(chǎng)功率損失的一個(gè)重要因素是風(fēng)力機(jī)尾流。因此,研究風(fēng)力機(jī)尾流場(chǎng)及相互作用,對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)新機(jī)組,降低風(fēng)電場(chǎng)功率損失都有很重要的意義。

此外，風(fēng)輪是風(fēng)力機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的重要部件。風(fēng)輪的氣動(dòng)性能直接抉擇了風(fēng)輪對(duì)風(fēng)能的利用效率以及風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。風(fēng)力機(jī)在繁雜多變的環(huán)境條件下運(yùn)行，使得水平軸風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪承受氣動(dòng)力、離心力等交變載荷的作用，這些載荷使得風(fēng)力機(jī)葉片發(fā)生變形，同時(shí)這些變形和運(yùn)動(dòng)反過(guò)來(lái)又會(huì)變更風(fēng)的運(yùn)動(dòng)，空氣與風(fēng)輪的相互耦合作用影響風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能。

我們課題組除對(duì)上述課題方向舉行了細(xì)致的測(cè)驗(yàn)以及數(shù)值模擬研究外，相對(duì)研究較多的就是風(fēng)力機(jī)葉片的氣動(dòng)性能和布局動(dòng)力學(xué)特性以及風(fēng)力機(jī)葉片的翼型。國(guó)外對(duì)于風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪布局動(dòng)力學(xué)性能提升的研究起步較早，技術(shù)先進(jìn)且多樣化，主要分主動(dòng)操縱和被動(dòng)操縱技術(shù)兩方面的研究。前者的關(guān)鍵在于通過(guò)識(shí)別設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)處境，操縱系統(tǒng)主動(dòng)變化自身阻尼以變更整個(gè)設(shè)備的布局動(dòng)力學(xué)特性；

后者的關(guān)鍵在于葉片材料、葉片布局的開(kāi)發(fā)與提升。國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面研究起步較晚，主要集中在風(fēng)輪已有布局動(dòng)力學(xué)參數(shù)的獲取及模態(tài)分析方法的模范性研究，對(duì)于風(fēng)輪布局動(dòng)力學(xué)參數(shù)的提升技術(shù)研究較少。綜合分析，仍未察覺(jué)關(guān)于翼型布局變化對(duì)于風(fēng)輪布局動(dòng)態(tài)特性的影響研究。

二、主題

通過(guò)閱讀文獻(xiàn)了解到了我們課題組幾位老師以前和現(xiàn)在正在舉行的課題研究，學(xué)習(xí)和了解了如何開(kāi)展課題以及測(cè)驗(yàn)的根本方法和所需要的工作，還有文獻(xiàn)的格式和內(nèi)容的書(shū)寫(xiě)。課題組在利用流固耦合數(shù)值模擬計(jì)算以及其他方法對(duì)風(fēng)力機(jī)的性能和布局做了優(yōu)化處理，如對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型，風(fēng)力機(jī)性能，風(fēng)力機(jī)翼型粗糙度，風(fēng)輪，尾跡，側(cè)偏限速機(jī)構(gòu)等方面舉行研究并加以提升。

其中，汪建文老師主要對(duì)風(fēng)力機(jī)小翼風(fēng)輪，膏狀物噴霧技術(shù)等方面做了深入研究，如“葉尖小翼對(duì)風(fēng)輪布局動(dòng)態(tài)性能的影響研究”，“膏狀物噴霧枯燥技術(shù)的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用”，“三葉片風(fēng)輪動(dòng)力學(xué)特性的分析”，“多葉片風(fēng)輪的試驗(yàn)?zāi)B(tài)測(cè)試與分析”等；

高志鷹老師對(duì)s型葉尖小翼，風(fēng)力機(jī)葉片周邊的流場(chǎng)尤其是尾跡滾動(dòng)做了深入研究，如“s型葉尖小翼對(duì)風(fēng)輪近尾跡聲輻射影響的測(cè)驗(yàn)研究”，“最優(yōu)s型小翼影響近尾跡滾動(dòng)的piv測(cè)試”，“風(fēng)輪近尾跡滾動(dòng)與聲輻射關(guān)聯(lián)性的試驗(yàn)研究”等；

馬劍龍老師主要是對(duì)風(fēng)輪做了深入研究，如“風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪振動(dòng)特性研究”，“風(fēng)輪布局動(dòng)力學(xué)參數(shù)優(yōu)化提升方法研究”，“風(fēng)輪固有振動(dòng)頻率隨工況變化的響應(yīng)特性”等；

張立茹老師主要是對(duì)風(fēng)力機(jī)的工況做數(shù)值研究，如“水平軸風(fēng)力機(jī)尾流分散特性的數(shù)值研究”，“風(fēng)力機(jī)葉尖有無(wú)小翼三維流場(chǎng)的數(shù)值研究”等。

三、文獻(xiàn)摘要

汪建文，趙志淵，劉博采用測(cè)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的方法分別對(duì)三葉片風(fēng)輪、中心固定整體圓板和中心固定按120°開(kāi)口的圓板，舉行了模態(tài)分析，得到了它們的實(shí)際模態(tài)振型。運(yùn)用模態(tài)計(jì)算軟件ansys對(duì)動(dòng)力學(xué)特性一致的三葉片風(fēng)輪和動(dòng)力學(xué)特性有差異的三葉片風(fēng)輪舉行了定性計(jì)算分析。測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯示，三葉片風(fēng)輪的振型和中心固定圓板的振型有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系，可采用中心固定圓板的振型來(lái)研究三葉片風(fēng)輪的揮舞模型振型。并用ansys軟件和中心固定按120°開(kāi)口的圓板的陣型圖，更合理地解釋了三葉風(fēng)輪的揮舞模態(tài)振型。

汪建文，閏建校，劉金鵬，趙志淵采用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的方法分別對(duì)單葉、兩葉片風(fēng)輪、三葉片風(fēng)輪、五葉片風(fēng)輪和中心固定圓板舉行了模態(tài)分析得到了它們的實(shí)際模態(tài)振型。測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯示，單葉片的模態(tài)振型和多葉片的模態(tài)振型有較大不同，單葉片的布局動(dòng)態(tài)特性不能代替整個(gè)風(fēng)輪的布局動(dòng)態(tài)特性；

比較多葉片風(fēng)輪和中心固定圓板，按照確定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以采用中心固定圓板的振型來(lái)研究多葉片風(fēng)輪的揮舞模態(tài)振型。

張立茹，吳林泉，汪建文等基于漩渦法和測(cè)驗(yàn)條件修正入口邊界條件，結(jié)合延遲分開(kāi)渦湍流模型和k-fwh方程對(duì)某s翼型水平軸風(fēng)力機(jī)舉行三維非定常數(shù)值模擬，比較分析擾動(dòng)入流對(duì)風(fēng)輪外觀(guān)脈動(dòng)壓力、輻射聲頻譜和聲輻射傳播的影響，并將相應(yīng)數(shù)值模擬結(jié)果與測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)舉行比較分析。結(jié)果說(shuō)明：擾動(dòng)入流下，葉片外觀(guān)各峰值脈動(dòng)壓力幅值不同，輻射聲中高頻寬帶噪聲展現(xiàn)新的峰值；

總聲壓級(jí)在葉片徑向0.57r處最大，隨軸向距離的增大，總聲壓級(jí)下降，且在軸向距離小于500mm時(shí)下降最快，接近葉尖位置測(cè)試線(xiàn)聲壓級(jí)展現(xiàn)和測(cè)驗(yàn)一致的跳變現(xiàn)象。

張立如，王占陽(yáng)，何玲麗等針對(duì)流固耦合作用影響風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能問(wèn)題，基于cfx與ansys對(duì)風(fēng)力機(jī)雙向流固耦合模擬及未考慮耦合的風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)和布局場(chǎng)舉行模擬，探究在額定工況下流固耦合作用對(duì)風(fēng)力機(jī)輸出功率影響處境。通過(guò)比較分析耦合前后的葉片外觀(guān)壓力分布、葉片的變形、風(fēng)輪的扭矩進(jìn)而研究風(fēng)力機(jī)輸出功率的變化。結(jié)果說(shuō)明：考慮流固耦合作用時(shí)，風(fēng)輪壓力面的正壓值根本不變，吸力面的負(fù)壓值明顯減小，葉片外觀(guān)的壓力差增大，而葉片在流固耦合作用下外觀(guān)壓力分布趨勢(shì)無(wú)明顯變化；

葉片主要變形集中在靠近葉尖處，且越接近葉尖變形越大，呈非線(xiàn)性分布，葉片在流固耦合后的變形量相對(duì)未耦合增大，葉片的變形主要是沿著軸向的揮舞變形；

且葉片的扭矩也更大，流固耦合作用下計(jì)算風(fēng)力機(jī)輸出功率為383Ｗ，比未耦合增大16％，與試驗(yàn)值更接近。

馬劍龍，呂文春，汪建文等針對(duì)某風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪固有頻率模擬計(jì)算，利用solidworks軟件中“樣條曲線(xiàn)”對(duì)多數(shù)據(jù)點(diǎn)同步擬合功能生成了光滑的葉片各翼型面曲線(xiàn)，同時(shí)利用solidworks軟件中“放樣”對(duì)多數(shù)據(jù)曲線(xiàn)同步擬合功能實(shí)現(xiàn)了葉片整體光滑建模，從而有效解決了模態(tài)計(jì)算中網(wǎng)絡(luò)劃分時(shí)因計(jì)算模型非流線(xiàn)性而產(chǎn)生死點(diǎn)或網(wǎng)格畸變的常發(fā)性錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格的夢(mèng)想劃分。利用ansys13.0軟件模態(tài)分析計(jì)算模塊，合作模型部件材質(zhì)、部件間接觸條件、風(fēng)輪整體約束條件近實(shí)體化設(shè)置，使風(fēng)輪前三階固有頻率計(jì)算值與試驗(yàn)值相對(duì)誤差在5%以?xún)?nèi)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)輪固有頻率的精度模擬。分析產(chǎn)生數(shù)據(jù)差異的理由主要為實(shí)際葉片材質(zhì)并非各項(xiàng)同性。精度模態(tài)計(jì)算方法的實(shí)現(xiàn)，對(duì)風(fēng)輪布局優(yōu)化設(shè)計(jì)及模態(tài)計(jì)算方面的研究具有較重要的應(yīng)用價(jià)值。

高志鷹，汪建文，東雪青采用5因素5水平的正交測(cè)驗(yàn)方法，找到在不同尖速比下均具有較好功率放大效果的s型葉尖小翼布局，對(duì)其影響近尾跡滾動(dòng)與聲輻射的特征舉行了測(cè)試察覺(jué)該小翼可以打散從風(fēng)輪葉尖脫落的葉尖渦布局，在測(cè)試方位面內(nèi)形成多個(gè)渦量集中區(qū)域，而且使葉尖渦內(nèi)高渦量區(qū)域減小，降低葉尖渦的強(qiáng)度同時(shí)，該小翼還可以使葉尖鄰近的壓力脈動(dòng)衰減，高壓力脈動(dòng)區(qū)域縮小，降低聲輻射的強(qiáng)度，有效降低近尾跡中的聲壓級(jí)，靠近風(fēng)輪鄰近測(cè)點(diǎn)的最大聲壓級(jí)降幅超過(guò)10db在1倍風(fēng)輪直徑下游位置的聲壓級(jí)降幅為2-7db,對(duì)s型葉尖小翼影響近尾跡滾動(dòng)和聲輻射的研究，為提高風(fēng)力機(jī)性能和降噪途徑的探索積累了閱歷。

四、總結(jié)

通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的閱讀，針對(duì)風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)噪聲研究中，計(jì)算方法大致分為整體建模，布局計(jì)算域，劃分網(wǎng)格，設(shè)置邊界條件，選擇湍流模型等幾片面。

風(fēng)輪建模在gambit軟件中導(dǎo)入風(fēng)力機(jī)翼型的數(shù)據(jù)。以測(cè)驗(yàn)室風(fēng)洞為模型構(gòu)建計(jì)算域，變更入口方向?qū)崿F(xiàn)偏航條件下的模擬。網(wǎng)格劃分主要使用周?chē)w非網(wǎng)格布局網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算域劃分為旋轉(zhuǎn)流體區(qū)和非旋轉(zhuǎn)流體區(qū)。邊界條件的設(shè)定入口風(fēng)速，湍流度以及水力直徑；

出口邊界條件為自由流出口，計(jì)算域面壁為固壁，風(fēng)輪外觀(guān)為旋轉(zhuǎn)壁面。湍流模型的選取，大渦模型（les），雷諾平均（rans）,以及將二者結(jié)合的分開(kāi)渦模型（des）。

研究方向涉及偏航對(duì)尾跡流場(chǎng)與氣動(dòng)噪聲的影響，不同的偏航角，湍流度，平勻入流和擾動(dòng)入流條件下氣動(dòng)噪聲預(yù)料；

不同切變風(fēng)速下風(fēng)輪載荷；

單向，雙向流固耦合下風(fēng)輪氣動(dòng)特性。

此外，還了解了課題組各位老師的主要研究