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气动双弹片对垂直轴风力机气动性能影响研究
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作者 俞洪静 岳敏楠 +3 位作者 李春 缪维跑 王培麟 黄浩达 《太阳能学报》 北大核心 2025年第1期25-33,共9页
针对叶片流动分离导致垂直轴风力机气动性能下降,基于鸟类羽毛随阵风轻微抬起维持气流在其外翼再附着的特点,在叶片两侧加装气动弹片,通过计算流体动力学方法研究其对垂直轴风力机的作用机理以及对其气动性能的影响,并基于动态模态分解... 针对叶片流动分离导致垂直轴风力机气动性能下降,基于鸟类羽毛随阵风轻微抬起维持气流在其外翼再附着的特点,在叶片两侧加装气动弹片,通过计算流体动力学方法研究其对垂直轴风力机的作用机理以及对其气动性能的影响,并基于动态模态分解对比分析气动弹片作用下垂直轴风力机尾迹流场模态特征。结果表明:气动双弹片可抑制叶片表面流动分离,提升整机气动性能,有效增加流场稳定性;可大幅提升垂直轴风力机叶片瞬时转矩、切向力及翼型吸力面压力系数,且使低尖速比成为最佳尖速比,有效提高自启动性能及运行过程中的稳定性,从而提升垂直轴风力机气动性能,流场动态模态分解表明双弹片有助于抑制尾流涡强度。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 气动性能 流动分离 计算流体动力学 气动双弹片
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海上浮式垂直轴风力机的气动特性研究 被引量:9
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作者 张晓蕊 刘利琴 +1 位作者 王凤东 唐友刚 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期859-865,共7页
海上垂直轴风力机受浮式基础运动的影响,气动载荷非常复杂,讨论浮式基础运动对风力机气动性能的影响尤为重要。本文分析叶片数量、翼型、形状和风轮实度对风机功率系数的影响,确定最佳风机结构参数;讨论塔柱与浮式基础运动对风机功率系... 海上垂直轴风力机受浮式基础运动的影响,气动载荷非常复杂,讨论浮式基础运动对风力机气动性能的影响尤为重要。本文分析叶片数量、翼型、形状和风轮实度对风机功率系数的影响,确定最佳风机结构参数;讨论塔柱与浮式基础运动对风机功率系数的影响。采用基于叶素动量理论的双致动盘多流管模型计算风机功率系数,运用CFD方法研究风机的气动特性,并与理论结果对比。结果表明:塔柱对风机功率的影响在大尖速比时更为明显;基础的垂荡运动会影响风机的功率系数,不同尖速比的影响结果不同;尖速比增大,不同垂荡周期的基础运动影响差别逐渐显现。 展开更多
关键词 海上风力发电 垂直轴风力机 气动性能 双致动盘多流管模型 CFD数值模拟 浮式 气动载荷
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动态失速下H型垂直轴风力机实时变桨控制规律 被引量:5
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作者 张立军 马东辰 +4 位作者 赵昕辉 米玉霞 张松 王旱祥 姜浩 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期2610-2617,共8页
针对垂直轴风力机风能利用率低、自启动能力弱的问题,以1 kW H型垂直轴风力机为研究对象,通过对比美国Sandia国家实验室动态失速下测得的风力机实验结果与风洞静态实验结果,分析动态失速对桨距角调节的影响规律;以风轮的最大切向力为目... 针对垂直轴风力机风能利用率低、自启动能力弱的问题,以1 kW H型垂直轴风力机为研究对象,通过对比美国Sandia国家实验室动态失速下测得的风力机实验结果与风洞静态实验结果,分析动态失速对桨距角调节的影响规律;以风轮的最大切向力为目标,得到垂直轴风力机在上风区和下风区的最佳理论攻角分别为14.8°和-14.8°。为使风轮在旋转过程中维持在最佳攻角附近,基于双致动盘多流管理论进行Matlab编程计算,建立风轮工作状态下的受力模型,获得垂直轴风力机在各个方位的桨距角。通过对0°和180°方位角下的桨距角进行修正,给出垂直轴风力机1周变桨距规律。最后,利用双致动盘多流管理论对提出的变桨控制规律进行理论验证。研究结果表明:利用该变桨距规律得到的风能利用率可以由34.6%提高到42.8%。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 动态失速 桨距角 最佳攻角 双致动盘多流管
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基于双多流管模型的同步变桨垂直轴风力机特性分析 被引量:6
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作者 张松 刘秉昊 +1 位作者 张立勋 杨勇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第8期1040-1044,共5页
针对基于叶素理论对同步变桨垂直轴风力机进行性能分析的问题,研究了叶素理论和双盘面多流管模型,阐述了这些模型所做的假设和所适用的领域.分析了双盘面多流管模型的流管宽度特征,指出了该特征即为其在运算中出现不收敛现象的原因,针... 针对基于叶素理论对同步变桨垂直轴风力机进行性能分析的问题,研究了叶素理论和双盘面多流管模型,阐述了这些模型所做的假设和所适用的领域.分析了双盘面多流管模型的流管宽度特征,指出了该特征即为其在运算中出现不收敛现象的原因,针对该特征进行了改进后,可以明显改善运算不收敛现象并且提高计算速度.对同步变桨垂直轴风力机进行了理论分析,验证了其近似最优特性,得出了其性能在尖速比0.6附近最优的结论.进行了风力发电实验,理论结果与实验数据的对比验证了改进方法的可行性. 展开更多
关键词 垂直轴风力机 双盘面多流管模型 同步变桨规律 最优变桨规律
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智能变桨垂直轴风力发电机的变桨规律设计 被引量:7
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作者 张立勋 张松 +4 位作者 焦启飞 王晓宇 陈志明 梁迎彬 杨勇 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1427-1433,共7页
前期制作了一台智能变桨垂直轴风力发电机样机,经自然条件下的发电实验发现,该样机只能在小于1.0的低尖速比范围内运行,无法成功自起进入高尖速比运行区。对此,经过深入的理论分析发现智能变桨垂直轴风力发电机的两个问题:一是风力机仅... 前期制作了一台智能变桨垂直轴风力发电机样机,经自然条件下的发电实验发现,该样机只能在小于1.0的低尖速比范围内运行,无法成功自起进入高尖速比运行区。对此,经过深入的理论分析发现智能变桨垂直轴风力发电机的两个问题:一是风力机仅凭某一尖速比下的最优变桨规律无法自起;二是最优变桨规律中存在不连续现象,具有不可实现性。通过建立整体的变桨规律曲面,人工修正变桨规律中的不连续部分,对最优变桨规律进行改进设计。最后采用双多流管理论对所设计的变桨规律进行力矩特性分析和发电预测,分析显示采用该变桨规律的垂直轴风力机能够可靠自起且高效发电。 展开更多
关键词 垂直轴风力发电机 变桨 变桨规律 双多流管模型
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垂直轴风力机叶片改进动态失速模型 被引量:2
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作者 张立军 赵昕辉 +3 位作者 马东辰 米玉霞 王旱祥 姜浩 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期644-649,657,共7页
为研究垂直轴风力机叶片在动态失速下的气动性能,结合风力机的实际工作情况对常用动态失速模型——B-L模型和MIT模型进行了修正。以Sandia实验室17 m垂直轴风力机为例,计算了风力机叶尖速比分别为2.33和3.09时叶片的动态切向力系数和动... 为研究垂直轴风力机叶片在动态失速下的气动性能,结合风力机的实际工作情况对常用动态失速模型——B-L模型和MIT模型进行了修正。以Sandia实验室17 m垂直轴风力机为例,计算了风力机叶尖速比分别为2.33和3.09时叶片的动态切向力系数和动态法向力系数。研究结果显示:MIT修正模型对风力机上风区的切向力系数和下风区的法向力系数的预测精度较高;B-L修正模型对风力机上风区的法向力系数和下风区的切向力系数的计算结果与实验数据较一致。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 动态失速 B-L模型 MIT模型 双致动盘多流管
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同轴反桨双风轮垂直轴风力机气动特性分析 被引量:2
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作者 张立栋 孙超 +2 位作者 祝开麒 钟骏薇 姜铁骝 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第16期5255-5263,共9页
对一种新型同轴反桨双风轮垂直轴风力机的气动特性展开研究,采用计算流体动力学方法对双风轮风力机进行了动态分析,并通过求解三维非定常N-S方程,得到风力机的气动载荷,与实验对比验证了该方法的有效性。研究结果表明:当尖速比为4时,同... 对一种新型同轴反桨双风轮垂直轴风力机的气动特性展开研究,采用计算流体动力学方法对双风轮风力机进行了动态分析,并通过求解三维非定常N-S方程,得到风力机的气动载荷,与实验对比验证了该方法的有效性。研究结果表明:当尖速比为4时,同轴反桨双风轮垂直轴风力机下风轮相对于单风轮风力机的功率系数提高0.3%,而上风轮功率系数则提高3.2%;双风轮风力机尾流速度亏损大于单个风力机尾流速度亏损,在风场布机中有较大优势。当尖速比为4时,同轴反桨双风轮风力机内部复杂的涡流变化比较剧烈,其对风力机尾流变化也会产生较大的影响,此外,同轴反桨双风轮风力机内部的叶尖涡变化没有单个风力机内部叶尖涡变化明显。 展开更多
关键词 同轴反桨双风轮垂直轴风力机 气动特性 功率系数 速度亏损
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Darrieus垂直轴风力机的双盘面随动流管模型 被引量:1
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作者 张立勋 张松 +2 位作者 郭健 尉越啸 焦启飞 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第3期364-369,408,共7页
针对现有垂直轴风力机流管模型中未经充分实验验证的流管假设,提出了一种针对垂直轴风力机的空气动力模型———双盘面随动流管模型.模型整体采用双盘面单流管模型,局部采用随动流管模型,同时考虑了叶片的动态失速效应,并结合了Gormont... 针对现有垂直轴风力机流管模型中未经充分实验验证的流管假设,提出了一种针对垂直轴风力机的空气动力模型———双盘面随动流管模型.模型整体采用双盘面单流管模型,局部采用随动流管模型,同时考虑了叶片的动态失速效应,并结合了Gormont动态失速模型.其中,双盘面单流管模型假设风轮的上下盘面均具有各自恒定的来流风速;随动流管模型假设叶片的相对局部风场中存在随动流管,流管方向与叶片相对风速方向一致,并随叶片实时运动.在Matlab中建立了模型并进行了系统计算,通过与实验数据的对比分析发现,该模型可较好地预测风力机的整体气动性能.同时研究结果表明:为了较准确地预测风力机在低尖速比范围内的气动性能,动态失速效应是不可忽略的. 展开更多
关键词 垂直轴风力机 双盘面随动流管模型 双盘面单流管模型 动态失速
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转动惯量对直叶片垂直轴风力机性能的影响 被引量:2
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作者 杨从新 李寿图 王珂 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2014年第6期52-54,共3页
直叶片垂直轴风力机是旋转机械,转动惯量对其主要的气动性能有一定的影响.文中基于双向多流管理论并利用Matlab编程,以NACA0018翼型的H型垂直轴风力机为研究对象,分析转动惯量对H型垂直轴风力机性能的影响.分析结果表明:转动惯量的小范... 直叶片垂直轴风力机是旋转机械,转动惯量对其主要的气动性能有一定的影响.文中基于双向多流管理论并利用Matlab编程,以NACA0018翼型的H型垂直轴风力机为研究对象,分析转动惯量对H型垂直轴风力机性能的影响.分析结果表明:转动惯量的小范围变化对其最大输出功率系数影响不大,但较小转动惯量的风力机需要较大的风速才可以达到最大输出功率;在达到最大输出功率以前,转动惯量的小范围变化,较小转动惯量的风力机具有相对较大的功率系数、转矩系数和输出功率;随着风速的增大,转动惯量较小的风力机功率系数、转矩系数和转矩波动较大. 展开更多
关键词 垂直轴风力机 转动惯量 双向多流管理论 MATLAB编程
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变桨对大型H型垂直轴风力机主轴偏振的影响 被引量:1
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作者 张立军 胡阔亮 +5 位作者 顾嘉伟 朱怀宝 江奕佳 缪俊杰 李想 刘静 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期1804-1812,共9页
针对大型H型垂直轴风力机,分析其气动载荷并阐述主轴偏振效应的产生机理,并利用双制动盘多流管(DMST)获得垂直轴风力机全方位角下变桨距规律。鉴于变桨后合成力均值发生变化,提出采用变异系数来评价主轴合成力振荡幅度。研究结果表明:... 针对大型H型垂直轴风力机,分析其气动载荷并阐述主轴偏振效应的产生机理,并利用双制动盘多流管(DMST)获得垂直轴风力机全方位角下变桨距规律。鉴于变桨后合成力均值发生变化,提出采用变异系数来评价主轴合成力振荡幅度。研究结果表明:风剪效应下风轮旋转过程中,气流对叶片的作用力合成到主轴位置上会产生大小不一的周期性变化。以获取最大切向力系数为目标,得到上下风区的最佳理论攻角为19°和-19°。实时变桨能有效降低主轴偏振效应,其变异系数由0.118降为0.109,降低了8.26%,同时,单个叶片的平均切向力由16.2 k N提高到17.5 kN,提高了约8.02%。 展开更多
关键词 大型垂直轴风力机 偏振效应 实时变桨 载荷分析 双制动盘多流管(DMST)
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双致动盘多流管修正模型在直叶片垂直轴风力机气动计算中的应用 被引量:2
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作者 韩毅 淡勇 +1 位作者 J.Sitaraman 卢泽行 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2014年第11期1748-1752,共5页
系统地阐述了叶素-动量理论在直叶片垂直轴风力机单流管、多流管、双致动盘-多流管气动模型中的应用方法。并根据水平轴风力机叶素动量模型的推导思路,将风轮叶片的切向速度诱导因子引入垂直轴风力机的经典双致动盘-多流管气动模型中加... 系统地阐述了叶素-动量理论在直叶片垂直轴风力机单流管、多流管、双致动盘-多流管气动模型中的应用方法。并根据水平轴风力机叶素动量模型的推导思路,将风轮叶片的切向速度诱导因子引入垂直轴风力机的经典双致动盘-多流管气动模型中加以修正,建立了相应的气动计算模型并用程序仿真实现。与美国Sandia国家实验室的数据进行了对比分析,其气动载荷计算结果与相应实验与模拟结果符合较好,验证了该修正模型的实用与可行性。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 叶素动量法 双致动盘多流管模型 速度诱导因子
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5kW垂直轴风力机的气动性能分析
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作者 杨瑞 李金龙 +1 位作者 王婷婷 夏巍巍 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2015年第3期64-69,共6页
为了改善垂直轴风力机风轮流场的气动性能,分别利用双盘多流管模型及2维N-S方程的数值模拟方法对5kW垂直轴风力机的气动性能进行预测.两种方法得出的功率系数随叶尖速比变化相差不大,两种方法均可行.前者得出风轮上风区域和下风区域的... 为了改善垂直轴风力机风轮流场的气动性能,分别利用双盘多流管模型及2维N-S方程的数值模拟方法对5kW垂直轴风力机的气动性能进行预测.两种方法得出的功率系数随叶尖速比变化相差不大,两种方法均可行.前者得出风轮上风区域和下风区域的流动阻滞效应随转子实度的增大而增强,且在下风区域表现的更为明显;后者得出在叶尖速比较低的情况下,风力机叶片周围有明显的涡脱落现象,在同一个叶尖速比下叶片转动到不同位置时风力机尾流速度场变化不大. 展开更多
关键词 垂直轴风力机 风轮设计 双盘多流管模型 气动性能分析 流场仿真
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用双圆盘-多流管数学模型分析H-型垂直轴风力发电机气动特性的研究
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作者 杜静 颜益峰 +1 位作者 李成武 何玉林 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1958-1964,共7页
基于叶素动量理论,通过Matlab/Simulink建立双圆盘-多流管数学模型。给出一种分析H-型垂直轴风力发电机组空气动力学特性的方法,利用该数学模型得到不同实度及叶尖速比时风力机具有的攻角特性、切向力特性、法向力特性。通过与实验数据... 基于叶素动量理论,通过Matlab/Simulink建立双圆盘-多流管数学模型。给出一种分析H-型垂直轴风力发电机组空气动力学特性的方法,利用该数学模型得到不同实度及叶尖速比时风力机具有的攻角特性、切向力特性、法向力特性。通过与实验数据和单流管模型计算结果进行对比,证实了该方法的准确性及优越性。 展开更多
关键词 H-型垂直轴风力发电机组 双圆盘-多流管模型 空气动力学特性 叶素动量理论
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双层反转垂直轴风力机的流场特性数值模拟 被引量:4
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作者 徐文浩 邱展 +1 位作者 喻伯平 王福新 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2223-2230,共8页
针对由垂直轴风力机运行过程中的动态失速问题所导致的功率系数较低的问题,提出双层反转构型的垂直轴风力机.通过在传统垂直轴风力机内侧设置反转向辅助叶片的方式,改善垂直轴风力机流场,从而提高其功率系数.将该风力机与传统垂直轴风... 针对由垂直轴风力机运行过程中的动态失速问题所导致的功率系数较低的问题,提出双层反转构型的垂直轴风力机.通过在传统垂直轴风力机内侧设置反转向辅助叶片的方式,改善垂直轴风力机流场,从而提高其功率系数.将该风力机与传统垂直轴风力机进行计算流体动力学数值模拟对比分析,研究不同叶尖速比情况下两者流场特性的差异以及双层风力机内外层风轮起始运转相位差的影响.通过计算得到的内层辅助叶片的时均扭矩系数为正,不需要额外功率输入.外层叶片的扭矩系数结果表明,采用这种构型会降低叶片上游区域扭矩系数的峰值,同时大幅提高下游区域扭矩系数,从而实现时均发电效率的提高.对流场中涡系结构进行分析,结果表明,功率系数提升的原因是内层辅助叶片的反向旋转抑制了主叶片的动态失速.特别是当叶尖速比为1.85时,在初始相位差为90°的对比算例中,与传统垂直轴风力机相比,新构型下的叶片时均扭矩系数提高了43.92%. 展开更多
关键词 垂直轴风力机 叶尖速比 双层风轮 反转 动态失速 相位差
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