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基于IDDES方法的大型水平轴风力机气动特性与尾流分析基于IDDES方法的大型水平轴风力机气动特性与尾流分析一、引言随着环境保护和可再生能源的重要性逐渐凸显，风力发电成为了当今世界上最主要的可再生能源之一。
大型水平轴风力机是风力发电的核心设备之一，其性能优化对于提高发电效率至关重要。
气动特性和尾流分析是评估风力机性能和研究风场中不同风力机排布布局的关键要素。
二、IDDES方法的原理及特点IDDES（Improved Delayed Detached Eddy Simulation，改进的延迟分离尾流模拟）是一种半物理数值模拟方法，结合了雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）和大涡模拟（LES）两种方法的优点。
IDDES方法适用于湍流流动的模拟，能够较好地预测风力机在不同工况下的气动特性。
与传统的RANS方法相比，IDDES方法能够更精确地模拟湍流结构，尤其对于边界层流动、挡风罩等复杂几何结构的湍流模拟效果更佳。
而与LES方法相比，IDDES方法在计算时间和计算资源消耗上更加经济高效。
因此，使用IDDES方法进行大型水平轴风力机气动特性与尾流分析具有很高的研究价值。
三、大型水平轴风力机气动特性分析1. 数值模拟模型的建立首先，根据实际风力机的几何参数，建立风力机的三维模型。
利用计算流体力学（CFD）软件，应用IDDES方法对风力机的气动特性进行模拟。
2. 气动力特性评估利用IDDES模拟结果，可以得到风力机的气动力特性，如风力机叶片上的气动力分布、升力系数、阻力系数等。
通过对比实际风力机的气动力测试数据，验证IDDES模拟结果的准确性。
3. 流场分析IDDES方法能够模拟风力机周围的流场情况，包括风力机叶片表面的湍流结构、气动力影响区域的湍流特性等。
通过对流场分析可以深入了解风力机周围的流动特征，为设计和改进风力机提供重要依据。
四、大型水平轴风力机尾流分析1. 尾流特性描述利用IDDES方法模拟大型水平轴风力机的尾流特性。
5kW垂直轴风力机气动性能研究的开题报告一、研究背景及意义随着全球能源问题的日益严重，可再生能源的利用成为人们关注的焦点。
而风力发电作为一种成熟的可再生能源技术，已经广泛应用于世界各地。
垂直轴风力机特别适合于城市和工业区域，由于该类型风力机具有结构简单、低噪声、可靠性高等优点，也得到了关注。
然而，垂直轴风力机在气动性能方面还存在着一些问题，需要进一步了解和研究。
本研究拟对一台5kW垂直轴风力机进行气动性能研究，旨在探究该型风力机的风叶结构、转速控制、地形环境等条件下的输出特性，进一步完善该型风力机的结构设计和性能优化，提高其发电效率，推动可再生能源技术的发展。
二、研究内容及方法1. 研究对象：5kW垂直轴风力机。
2. 研究目标：探究该型风力机在不同转速、不同环境条件下的气动性能，分析其输出特性。
3. 研究内容：（1）风叶结构设计与优化：根据垂直轴风力机特点，设计合理的风叶结构，优化其气动性能。
（2）转速控制技术研究：分析不同转速下的发电效率和稳定性，研究转速控制技术，提高其输出效率。
（3）环境条件对性能的影响：分析地形环境、气候等对风力机性能的影响。
4. 研究方法：（1）数值模拟：采用计算流体力学（CFD）等方法对风叶结构、气动性能进行数值模拟分析。
（2）试验研究：通过实验验证数值模拟结果，得到实际运行中的数据，分析不同转速、不同环境条件下的性能和输出特性。
三、研究进度计划1. 第一阶段（2个月）：（1）调研相关文献，了解目前垂直轴风力机气动性能研究的现状和发展趋势。
（2）制定研究方案和进度计划。
2. 第二阶段（3个月）：（1）对5kW垂直轴风力机的风叶结构进行建模和计算流体力学模拟分析，得到风叶结构和气动性能的初步设计。
（2）设计转速控制方案，并进行实验验证，分析不同转速下的性能和输出特性。
3. 第三阶段（3个月）：（1）在实验室内部署5kW垂直轴风力机原型，进行性能测试。
（2）分析不同地形环境和气候条件对5kW垂直轴风力机性能的影响，探究优化方案。
风力机叶片设计及翼型气动性能分析风力机叶片是风力发电机的核心部件之一，其设计和翼型选择对风力机的发电效率、噪音和寿命等都有着非常重要的影响。
本文将介绍风力机叶片的设计及翼型气动性能分析。
一、叶片设计原理风力机叶片的设计目的是将大气中的风能转换成旋转能，并将其通过转轴传递给发电机，从而产生电能。
因此，叶片的设计主要围绕以下几点展开：1. 创造足够的扭矩：风力机的转子需要达到一定的转速才能发电，而叶片的弯曲和扭矩对于旋转速度的影响至关重要。
设计中需要选择合适的曲线形状和长度来实现理想的扭矩和转速。
2. 保证叶片的强度和稳定性：因叶片在高速旋转状态下会受到巨大的惯性力和风力力矩的作用，因此其材料和结构要足够坚固和稳定，以避免可能的断裂等事故。
3. 提高叶片的气动效率：叶片的气动效率是指其转化风能的能力，通常可以通过优化翼型、减小阻力、降低风阻等方法来提高。
二、叶片设计步骤1. 选定叶片长度：叶片长度通常是根据风力机的规格和性能要求来确定的，也可以根据标准长度来选择。
2. 选择翼型：翼型是叶片的重要组成部分，其形状和性能决定了叶片的阻力和气动效率。
目前，常用的翼型有NACA0012、NACA4415等，根据实际需求来选择。
3. 确定叶片曲线：叶片的曲线是决定扭矩和转速的关键因素，可以通过实验或模拟方法得到合适的曲线形状。
4. 优化叶片的结构：结构设计主要涉及到叶片的强度和稳定性，通常需要进行材料选择、计算等工作以保证叶片的安全性和寿命。
5. 模拟叶片气动特性：叶片的气动特性可以通过流场模拟、试验等方式来获取，可以根据实际需求来对叶片进行调整以达到理想的效果。
三、翼型气动性能分析翼型气动性能是指翼型在气流中运动时产生的力和力矩，其中，升力和阻力是翼型气动力的主要组成部分。
通过分析翼型气动性能，可以选择最优化的翼型来设计叶片。
1. 升力和阻力翼型的升力和阻力是由翼型形状、气流速度、攻角等因素共同决定的。
实际上，翼型的气动性能曲线通常都是非线性的，其升力和阻力特性会随着攻角的变化而不断变化。
风力机空气动力学基础知识风能曾是蒸汽机发明之前最重要的动力，数千年前就有了帆船用于交通运输，后来有了风车用来磨面与抽水等。
近年来，由于传统能源逐渐枯竭、对环境污染严重，风能作为清洁的新能源得到人们的重视。
为方便风力机技术知识的学习，下面介绍一些风力机空气动力学的基础知识。
升力与阻力风就是流动的空气，一块薄平板放在流动的空气中会受到气流对它的作用力，我们把这个力分解为阻力与升力。
图中F是平板受到的作用力，D为阻力，L为升力。
阻力与气流方向平行，升力与气流方向垂直。
我们先分析一下平板与气流方向垂直时的情况，此时平板受到的阻力最大，升力为零。
当平板静止时，阻力虽大但并未对平板做功；当平板在阻力作用下运动，气流才对平板做功；如果平板运动速度方向与气流相同，气流相对平板速度为零，则阻力为零，气流也没有对平板做功。
一般说来受阻力运动的平板当速度是气流速度的20%至50%时能获得较大的功率。
当平板与气流方向平行时，平板受到的作用力为零（阻力与升力都为零）。
当平板与气流方向有夹角时，在平板的向风面会受到气流的压力，在平板的下风面会形成低压区，平板两面的压差就产生了侧向作用力F，该力可分解为阻力D与升力L。
当夹角较小时，平板受到的阻力D较小；此时平板受到的作用力主要是升力L。
截面为流线型的飞机翼片阻力很小，即使与气流方向平行也会有升力，因为翼片上表面弯曲，下表面平直，翼片上方气流速度比下方快，跟据流体力学的伯努利原理，上方气体压强比下方小，翼片就受到向上的升力作用。
当翼片与气流方向有夹角（该角称攻角或迎角）时，随攻角增加升力会增大，阻力也会增大，平衡这一利弊，一般说来攻角为8至15度较好。
超过15度后翼片上方气流会发生分离，产生涡流，升力会迅速下降，阻力会急剧上升，这一现象称为失速。
风力发电用风力机有阻力型与升力型两种，水平轴风力机基本都是升力型，垂直轴风力机有多种阻力型结构，也有是升力型结构。
翼型翼型本是来自航空动力学的名词，是机翼剖面的形状，风力机的叶片都是采用机翼或类似机翼的翼型，与翼型上表面和下表面距离相等的曲线称为中弧线。
风力发电机组气动效应模拟与分析方法研究在风力发电领域，气动效应模拟与分析方法的研究对于提高风力发电机组的性能和效率至关重要。
本文将从数值模拟和实验研究两个方面，深入探讨风力发电机组气动效应的模拟与分析方法。
一、数值模拟方法1. 流场建模：首先需要对风力发电机组的气动效应进行建模，采用计算流体力学（CFD）方法进行流场模拟。
通过数值模拟，可以准确地预测风力发电机组在不同运行状态下的气动特性。
2. 边界条件设置：在进行数值模拟时，需要合理设置模拟的边界条件，包括入流速度、出流边界条件、物体表面边界条件等。
这些边界条件的选择将直接影响模拟结果的准确性。
3. 网格划分：为了提高数值模拟的准确性和效率，需要对计算区域进行合适的网格划分。
细化处在气动效应分析中关键区域的网格，可以更准确地捕捉流场细节。
二、实验研究方法1. 风洞实验：通过在风洞中对风力发电机组进行实验研究，可以获取真实的风力作用下的气动效应数据。
实验结果可以用来验证数值模拟的准确性和可靠性。
2. 传感器检测：在实验过程中，需要设置各种传感器来检测风力发电机组的气动参数，如气流速度、压力分布、升力和阻力等。
通过收集这些数据，可以全面了解气动效应对风力发电机组性能的影响。
3. 数据处理与分析：在实验结束后，需要对采集到的数据进行处理和分析，以得出风力发电机组在不同气动效应下的性能状况。
通过比对数值模拟和实验结果，可以不断改进模拟与分析方法，提高预测精度。
结论风力发电机组的气动效应对其性能和效率有着重要影响，因此气动效应的模拟与分析方法的研究至关重要。
数值模拟和实验研究是两种相辅相成的方法，在实际应用中应结合两者，不断优化和改进模拟与分析方法，为风力发电行业的发展做出贡献。
第36卷第12期电力科学与工程V ol. 36, No. 12 2020年12月Electric Power Science and Engineering Dec., 2020 doi: 10.3969/j.ISSN.1672-0792.2020.12.009叶尖小翼对风力机叶片气动性能影响的数值研究聂小棋，葛文澎，李军向，刘丹（明阳智慧能源集团股份公司，广东中山528400）摘要：对某2.0 WM机型叶片进行叶尖小翼应用的气动特性研究，对比分析了不同叶尖小翼设计方案对风轮推力和轴端功率的影响。
对带叶尖小翼的叶片W4设计方案，进一步探究了风轮的推力和功率输出，同时对比研究了有无叶尖小翼叶片叶尖区域的表面压力分布、迹线和速度矢量分布情况。
结果表明：所设计的8种叶尖小翼方案均能提高风轮的轴端功率输出，增量范围在1.6%~2.3%，同时风轮承受推力也会不同程度增加。
不同的翼尖扭角和弯曲半径设置对叶尖小翼的气动性能有一定的影响。
叶尖小翼朝向吸力面弯曲比朝向压力面弯曲具有更好的气动特性，风轮输出功率更高，带叶尖小翼的叶片方案W8对应最高的平均风轮轴向功率提升2.25%。
关键词：叶尖小翼；风力机；气动性能；扭角；弯曲半径；弯曲方向中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1672-0792(2020)12-0058-10A Numerical Analysis of the Impact of Winglets on theAerodynamic Performance of Wind TurbineNIE Xiaoqi, GE Wenpeng, LI Junxiang, LIU Dan(Mingyang Smart Energy Group Limited, Zhongshan 528400, China)Abstract: This paper studied the aerodynamic performance of a 2.0 MW wind turbine with winglet, and compared and analyzed the impact of different winglet designs on the thrust and shaft power of the wind turbine. For the blade design with winglet (W4), a further exploration was conducted on the thrust and power output and a comparison was made on the surface pressure distribution, path line and velocity vector distribution in the tip region of vanes with or without winglet. The result showed that the eight schemes of winglet designs could improve the shaft power at 1.6%~2.3% while the thrust of wind turbine would also increase in different degree. Different twist angles of the winglet tip and curvature radius also bore on the aerodynamic performance of the winglet. Orienting towards the suction side, the winglet could generate better aerodynamic performance and higher power output than the pressure side. The收稿日期：2020-08-14作者简介：聂小棋（1992—），男，硕士研究生，研究方向为风力机气动附件设计和外形设计。
三维旋转水平轴风力机流场的PIV试验和数值模拟高翔;胡骏;王志强;张晨凯【摘要】通过粒子图像测速仪(Particle image velocimetry ,PIV)测量和定常计算流体力学(Computational fluid dy-namics ,CFD)数值模拟相结合的方法,对某三维旋转水平轴风力机模型的流场展开研究.在风洞开口实验段,来流风速为8 m/s ,针对不同尖速比(λ＝4 ,8)利用 PIV技术对风力机叶片的瞬时速度场进行测试.通过定常CFD数值模拟,获得了风力机叶片在相应工况下的流场细节.在8 m/s来流风速下,当尖速比大于7 .4时,试验测得的风轮扭矩和风能利用率与数值模拟结果趋于一致.尖速比小于7 .4时,试验测得的扭矩值低于计算值,其风能利用效率也较低.通过速度矢量分布可以看出,在λ＝4时,PIV测得靠近叶根的两个截面 S1,S2在叶背有明显的流动分离,CFD结果中仅在 S1截面叶背存在流动分离,S2截面叶背存在低速区.在λ＝9 .8时,PIV和CFD结果均显示叶片绕流流场没有流动分离.尝试采用Gamma Theta转捩模型进行了数值模拟,在考虑了层流影响后,计算所得风轮扭矩更加接近试验值.%A three-dimensional horizontal axis wind turbine model is tested and numerically studied .The test is carried out in a laboratory wind tunnel .With PIV measurement ,the flow fields around the blade in varied rotating speed and wind speed are obtained .Furthermore ,the test result is compared with CFD simulation to study the flow fields in moredetail ,especially the graphs of the velocity vector ,un-der different operating conditions .The relatively good agreement between the test and numerical results is achieved in some conditions .Besides ,under some conditions ,the test results are different from the numerical ones .To find the reason of the difference ,the numerical simulation with transitionmodel is carried out .Results show that with a consideration of laminar flow and transition process ,the calculated wind turbine torque is closer to the test value .【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2018(050)003【总页数】8页(P375-382)【关键词】粒子图像测速;计算流体力学;水平轴风力机;速度矢量分布;转捩模型【作者】高翔;胡骏;王志强;张晨凯【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院,南京,210016;山东交通学院航空学院,济南,250357;南京航空航天大学能源与动力学院,南京,210016 ;南京航空航天大学能源与动力学院,南京,210016 ;中国航天空气动力技术研究院,北京,100074【正文语种】中文【中图分类】TK83风力机的气动性能研究对现代风能利用有重要意义。
风力发电机组轮毂的气动性能测试与验证方
法
风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备，其中轮毂是风力发电机组的重要组成部分，直接影响着整机的气动性能。
为了确保风力发电机组的高效稳定运行，必须对轮毂的气动性能进行测试与验证。
本文将介绍风力发电机组轮毂气动性能测试与验证的方法。
一、流场模拟分析
首先，通过计算流体力学（CFD）软件对轮毂周围的流场进行模拟分析，得出轮毂处的气动性能参数，如升力、阻力、升阻比等。
在模拟分析中，考虑风力发电机组叶片的旋转、马赫数对气动性能的影响等因素，确保模拟结果的准确性。
二、实验室气动性能测试
其次，利用风洞实验对轮毂进行气动性能测试。
通过搭建适合比例的实验模型，设置不同风速、攻角等工况，测量轮毂的升力、阻力等参数。
同时，借助力传感器、压力传感器等设备，获取气动参数的实时数据，为后续验证提供准确的依据。
三、风力发电场现场验证
最后，将经过流场模拟分析和实验室气动性能测试的数据与风力发电场的实际运行数据进行验证。
在现场实验中，通过对风力发电机组进行工作状态下的气动性能监测，对比验证前两步的测试数据，分析轮毂在实际运行中的气动特性。
通过以上三个步骤的测试与验证方法，可以全面了解风力发电机组轮毂的气动性能。
这有助于优化轮毂的设计，提高风力发电机组的整体效率和可靠性，为风能利用的可持续发展提供技术支持。
