[5] 风力机风轮气动性能三维流场数值模拟
大型风力机三维空气动力学数值模拟
大型风力机三维空气动力学数值模拟
王琦峰;陈伯君;安亦然
【期刊名称】《空气动力学学报》
【年(卷),期】2011(029)006
【摘要】采用数值模拟的方法,对三种风力机叶片的空气动力学性能进行研究.计算得到了旋转功率随着来流速度的变化曲线,并将所得结果与基于动量叶素理论的工程设计方法结果、风洞实验结果和风场实测结果进行对比.计算结果体现了CFD方法解决这种问题的有效性.所用的数值模拟方法可以广泛地应用到风力机设计和气动性能评价中,所得结果可作为叶片动态特性及气弹稳定性分析的载荷而被应用于风力机性能和可靠性的评估当中.
【总页数】5页(P810-814)
【作者】王琦峰;陈伯君;安亦然
【作者单位】北京大学工学院力学与空天技术系湍流与复杂系统国家重点实验室,北京100871;北京大学工学院力学与空天技术系湍流与复杂系统国家重点实验室,北京100871;北京大学工学院力学与空天技术系湍流与复杂系统国家重点实验室,北京100871
【正文语种】中文
【中图分类】V211.3
【相关文献】
1.大型水平轴风力机叶片的空气动力学分析 [J], 高秀娟
2.基于三维地震作用下桩-土耦合效应近海超大型风力机动力学响应研究 [J], 李志昊;岳敏楠;李春;闫阳天;杨阳
3.大型近海水平轴风力机转轮的空气动力学性能优化判据 [J], 程兆雪;李仁年;杨从新;胡文瑞
4.计算流体力学在大型风力机空气动力学的应用进展 [J], 张震宇;赵宁;钟伟;王珑;许波峰
5.国家重点基础研究发展计划(“九七三”计划)项目“大型风力机的空气动力学基础研究”简介 [J],
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水平轴风力机流场的数值模拟
水平轴风力机流场的数值模拟
本报告介绍了一项关于水平轴风力机流场的数值模拟实验研究。
在该研究中，使用了基于RANS求解方法的2110A-2112F模型，运用COMSOL MultiphysicsCFD模块，对前流场进行仿
真和模拟，以分析和预测水平轴风力机的性能。
模型中的场
变量包括速度、压力、粘度和速度梯度，分别为U，P，MU
和GRAD。
实验首先将计算空间分解为三维解空间，并使用不同的边界条件、流体属性和物理参数来模拟流动和传播现象。
在此基础上，以指标形式对模型进行了开发，以确保模型具有良好的泛函稳定性及有效性，同时考虑了桨叶角度、桨叶间距、流体性质和流速梯度、太阳能辐射等因素;并且一定的实验情况下，准确
预测和分析水平轴风力机流场的发展趋势，以及桨叶的最佳工作状态。
经过模拟，可以得出以下结论：当增大桨叶的角度时，桨叶的生产力相应增大，而桨叶之间的流动及压力分布也发生了变化；同时，当桨叶间距增加时，桨叶之间的压力和流动都发生了变化；此外，随着桨叶间距和角度的改变，太阳能辐射也会发生变化。
总之，本研究表明，RANS模型能够较准确的模拟和预
测水平轴风力机流场。
综上所述，本研究通过利用RANS模型，对水平轴风力机流
场进行了数值仿真，加深了我们对水平轴风力机性能和发展趋势的了解，为提高水平轴风力机的性能和可靠性提供了参考依据。
基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟
标题：基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟一、概述在风能的开发利用中，风力机叶片是至关重要的部件之一。
对于风力机叶片的设计，流场分析是不可或缺的一步。
基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟，是当前领域内的热门研究方向之一。
本文将从基本理论、数值模拟方法、实际应用和展望未来等方面进行全面评估和探讨。
二、基本理论基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟，首先需要了解马格努斯效应的基本原理。
马格努斯效应是指在流体中旋转的圆柱或球体上，由于离心力和压力差异引起的力，使得该物体产生一个垂直于流动方向的力。
在风力机叶片上，当风通过叶片时，叶片的旋转运动会引发马格努斯效应，从而增加叶片的升力，并使得风力机整体性能得到提升。
三、数值模拟方法针对基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟，常用的方法包括有限元法、有限差分法和计算流体动力学（CFD）方法等。
其中，CFD方法是当前应用较为广泛的一种数值模拟方法。
通过建立叶片的几何模型、设定边界条件和流动参数，利用数值计算的手段，可以较为准确地模拟出风力机叶片流场的细节和特征。
四、实际应用基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟，在实际应用中发挥着重要作用。
通过对叶片流场的数值模拟分析，可以优化叶片的设计，提高风力机的发电效率和稳定性。
也可为新型风力机叶片的设计提供重要参考，促进风能的可持续利用。
五、展望未来随着风能产业的快速发展和技术的不断创新，基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟仍有许多发展空间。
未来，可以进一步改进数值模拟方法，提高模拟精度和计算效率。
也可结合实验验证，加深对叶片流场行为的理解，为风能技术的进步提供更加可靠的支持。
六、个人观点和理解在我看来，基于马格努斯效应的风力机叶片流场的数值模拟是一项具有广阔前景的研究领域。
通过深入探索马格努斯效应的作用机理，结合先进的数值模拟技术，可以为风力发电行业的发展注入新的活力，并为可再生能源的可持续利用提供坚实的技术支持。
水平轴风力机叶片表面积灰厚度对三维气动特性影响的数值模拟
水平轴风力机叶片表面积灰厚度对三维气动特性影响的数值模
拟
吴小飞;唐胜利;周文平
【期刊名称】《流体机械》
【年(卷),期】2011(039)011
【摘要】采用数值模拟方法分析了叶片表面积灰厚度对风力机三维气动特性的影响.首先,采用CFD软件包FINETM-TURBO建立风力机的三维模型,模拟叶片表面光滑的情况下风力机的三维气动特性,并与文献实验数据进行比较,验证了该模型的有效性.然后模拟了积灰厚度变化对风力机三维气动特性的影响,得到了不同积灰厚度下叶片的压力分布、速度分布的变化.结果表明,叶片表面积灰厚度对风力机叶片气动特性有较大影响:随着积灰厚度的增加,叶片两侧大部分区域风速减小,气流运动无规律性增强,压力面与吸力面压差减小,风力机效率降低.
【总页数】7页(P32-37,44)
【作者】吴小飞;唐胜利;周文平
【作者单位】重庆大学,重庆400030;重庆大学,重庆400030;重庆大学,重庆400030
【正文语种】中文
【中图分类】TK83
【相关文献】
1.不同厚度翼型对气动特性及叶片强度的影响 [J], 施建荣
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5.风力机三维旋转叶片非定常气动特性数值模拟研究 [J], 胡国玉;孙文磊;曹莉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟
风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟一、风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟概述风力涡轮机作为可再生能源领域的重要技术之一，其效率和性能直接影响到能源的转换效率和经济效益。
在风力涡轮机的运行过程中，叶片的气动噪声是一个不可忽视的问题，它不仅影响周围环境的声学舒适度，还可能对机器的长期运行造成不利影响。
因此，对风力涡轮机叶片气动噪声进行数值模拟，以预测和降低噪声，具有重要的实际意义。
1.1 风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟的重要性数值模拟作为一种高效、低成本的研究手段，可以对风力涡轮机叶片在不同工况下的气动噪声进行预测和分析。
通过数值模拟，可以深入理解噪声产生的机理，为叶片设计优化提供理论依据。
1.2 风力涡轮机叶片气动噪声的数值模拟的研究现状目前，气动噪声的数值模拟主要采用计算流体动力学（CFD）和声学模拟相结合的方法。
CFD用于模拟叶片周围的流场，而声学模拟则用于预测由此产生的噪声。
随着计算机技术的发展，数值模拟的精度和效率不断提高，已经成为风力涡轮机叶片气动噪声研究的重要工具。
二、风力涡轮机叶片气动噪声数值模拟的理论基础2.1 气动噪声产生的机理气动噪声是由流体与固体表面相互作用产生的，其主要来源包括叶片表面的压力波动、尾迹涡流的脱落以及叶片与周围空气的湍流相互作用等。
这些因素共同作用，导致声波的辐射。
2.2 数值模拟方法数值模拟通常采用有限体积法（FVM）或有限元法（FEM）来离散控制方程，通过求解Navier-Stokes方程来模拟流场。
对于声学模拟，可以采用声学类比法（ANA）或直接求解声波方程的方法。
2.3 边界条件和模拟参数在进行数值模拟时，需要合理设置边界条件，包括入口和出口的流动条件、叶片表面的无滑移条件以及远场的辐射条件等。
此外，模拟参数的选择，如时间步长、网格密度等，也对模拟结果的准确性有重要影响。
三、风力涡轮机叶片气动噪声数值模拟的关键技术3.1 网格生成技术网格生成是数值模拟的第一步，它直接影响到模拟的精度和效率。
风力发电机组运行特性的数值模拟与分析
风力发电机组运行特性的数值模拟与分析风力发电机组已经成为现代新能源发电的代表。
它不仅环保，而且能够高效稳定地转化自然风能为电能。
相比传统的火力发电，风力发电机组更具有成本优势和长远的可持续性发展前景。
因此，如何从理论上预测和优化风力发电机组的运行特性，已经成为风力发电技术研究的热点之一。
本文将从数值模拟的角度，深入探讨风力发电机组的运行特性及其分析方法。
一、风力发电机组的基本结构和工作原理风力发电机组一般由风轮、变速器、发电机和控制系统组成。
风轮主要负责转化风能，变速器用于将风轮转速转换为适合发电机的转速，发电机负责将机械能转换为电能，控制系统用于监控和控制整个系统的运行状态。
对于风力发电机组的运行特性，尤其是转矩特性和功率特性的分析，关键在于风轮。
风轮的转速和转矩与风速之间存在着非线性关系，也受到风轮的尺寸、叶片形状和材料等多个因素的影响。
因此，对于风轮和整个风力发电机组的数值模拟，是理解其运行特性和进行优化设计的重要手段。
二、风力发电机组的数值模拟方法1.计算流体力学（CFD）方法计算流体力学（CFD）是一种数值模拟方法，可以用于研究流体运动和传热传质等多个领域。
对于风力发电机组的数值模拟，CFD可以模拟风流场、叶片的气动性能以及风轮的转矩和功率等多个参数。
通过CFD模拟，可以优化风轮的设计参数和叶片形状，提高整个系统的效率和稳定性。
2.有限元分析（FEA）方法有限元分析（FEA）是一种数值分析方法，可以用于研究材料力学、结构力学和动力学等多个领域。
对于风力发电机组的数值模拟，FEA可以模拟叶片的结构强度和振动特性，以及风轮、变速器和发电机等组件的耐久性分析。
通过FEA模拟，可以预测风力发电机组的寿命和维修周期，降低系统的维护成本。
三、风力发电机组的运行特性分析1.转矩-转速特性转矩-转速特性是风力发电机组的关键运行特性之一。
通过数值模拟风轮和发电机的转速和转矩数据，可以绘制出其转矩-转速曲线。
轴流风机内三维流场及进出口气动噪声的数值模拟
稳态计算时湍流模型设置为Standard模型，近壁面 处理设置为标准壁面方程，由于本文不考虑温度变化对 气动噪声的影响，因此控制方程不开启能量方程，仅考 虑质量守恒和动量守恒方程；动叶轮区设置为多参考系 模型[11]（Moving Reference Frame, MRF），可对独立的 计算区域指定不同的旋转速度，但在计算过程中，MRF 模型的计算区域之间网格不会发生相对运动，该模型仅 适用于稳态计算，计算出的流场是充分发展的流场，采 用MRF模型时，设置风机叶轮的转速为990r/min；由于 本模拟的介质假定为不可压流体，采用压力基隐式求解 器[12]，选择SIMPLE算法[13]来耦合压力和速度，各项气动 性能的指标参数设置为二阶迎风，当各计算残差值小于 给定标准1×10-5时，认为计算收敛。 2.1.3 额定工况的流场分析
声学性能、测试及材料
式中：a0为声音在空气中的传播速度（m/s）； 0为 声压（Pa）； 为控制面法向速度分量（m/s）； 为流
体速度在控制面法向的分量（m/s）； 为流体速度在
轴的投影大小（m/s）； 为单位法向量； 为Dirac
Delta函数；
为Heaviside函数； ij为应力张量；Tij
为Lighthill应力张量。
目前，主要通过数值模拟和实验等方法进行动叶 可调轴流风机的流场和声场特性规律研究。李春曦[2]在 LES大涡模拟的基础上，结合以Lightlill声类比为基础的 FW-H模型，模拟得到了安装角异常时风机声源强度分 布和不同区域的气动噪声时频特性，发现安装角异常叶 片增强了动叶区宽频噪声特性，分散了其他区域在低频 段的离散峰值。Liu[3]等研究轴流风机前置导流叶片的出 口角对整体气动性能的影响，发现在额定工况下，随着 出口角度的增加，风机的静压和效率先增加后降低，在
低风速风力发电用齿轮箱的三维数值模拟与分析
低风速风力发电用齿轮箱的三维数值模拟与分析引言随着可再生能源的不断发展和应用，风力发电作为一种清洁、可再生的能源选择越来越受到关注。
在风力发电系统中，齿轮箱作为风机传动装置的核心组成部分之一，其性能对整个系统的可靠性和效率起着重要作用。
本文旨在通过三维数值模拟和分析，深入研究低风速风力发电用齿轮箱的特性和性能优化。
一、齿轮箱的工作原理齿轮箱作为风力发电机组的动力传递装置，主要功能是将风轮的旋转速度转化为发电机的额定转速，并提供所需的输出扭矩。
其工作原理如下：1. 风轮转动：风力作用下，风轮叶片开始旋转。
2. 风轮传动：风轮将转动的动能通过轴传递给齿轮箱。
3. 齿轮传递：齿轮箱内的齿轮组将输入的转矩和转速转化为所需的输出。
4. 转速调整：齿轮箱可以通过变速器来调整输出转速，以适应不同的风速条件。
5. 输出扭矩：齿轮箱通过输出轴将扭矩传递给发电机，使其产生电能。
二、低风速风力发电用齿轮箱的特点低风速风力发电系统在风轮的转速和输出功率方面与常规风力发电相比具有以下特点：1. 低转速：低风速风力发电系统的风轮转速相对较低，一般在10-25转/分之间。
2. 大扭矩：由于低风速下风轮的转速较低，需要提供更大的扭矩来转动齿轮箱。
3. 高传动效率：低风速风力发电系统对齿轮箱传递转矩的效率要求较高，以确保能够充分利用风能。
4. 高可靠性和稳定性：低风速环境下，系统对齿轮箱的可靠性和稳定性要求更高，以确保系统长期平稳运行。
三、齿轮箱的三维数值模拟为了深入研究低风速风力发电用齿轮箱的性能和特点，三维数值模拟成为一种有效的工具。
通过数值模拟可以准确得到齿轮箱内部的流场分布、应力和温度分布等关键参数。
1. 模型建立：根据齿轮箱的实际几何尺寸和结构，建立三维数值模型。
2. 网格划分：将齿轮箱模型进行网格划分，使得模拟计算可以在每个网格单元上进行。
3. 边界条件设置：根据实际工况和边界条件，设置流体入口、出口和壁面条件。
4. 求解方程：根据流体力学基本方程，包括连续性方程、动量方程和能量方程，进行计算求解。