水平轴风力机气动性能研究
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。
水平轴风力机气动性能的三维数值计算
在风力机叶轮的设计过程中， 对其气动 陛能准确可 靠的预测是极其重要的并且成为了空气动力学研究者
们的一个巨大的挑战。 近年来， 随着数值计算技术及计 算硬件资源方面的不断进步， Ｆ Ｃ Ｄ方法已经越来越广泛 地被应用于风力机翼型以及全尺寸风轮的气动性能预 测领域。 国内外已经有很多的学者和研究机构采用不同
摘 要 ：采用带转捩修 正的七 ＯＳ Ｔ湍流模型对美 国国家可再生能源实验 室的失速控制型ＮＲ ＬＰ ａｅ Ｉ 一Ｃ Ｓ Ｅ ｈｓ Ｖ 风轮
在几 个不 同来流风速下 的气动性能进行三维数值模 拟，并 ＮＡＳ ｍｅ风 洞试验 结果 以及无失速延迟修 正的 ＡＡ ｓ
升力面方法得到 的结果进行对比分析 。 详细描述不 同风速下风力机叶片周 围的流场 以及叶片吸力面极 限流 线分
Ｖ ． Ｎ ｏ １ １ ．０ ４
Ｏ ｔ０９ ｅ２０ ．
中国 科 技 论 文 在线
Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｅ ｌ ｅ ｃｅ ｃ ｐ ｐ ｒ ｉ Ｏｎ ｎ
第 卷 第ｌ ４ ０ 期
２０ ０ ９年 ｌ Ｏ月
水平轴风 力机气动性能 的三维数值计算
俞 国华 ，杜 朝 辉
（ 海交通 大学机械 －动力工程 学院 ，上 海 ２ ０４ ） 上 ｂ － ０ ２ ０
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（ｃｏ ｌｆＭｅｈ ｎ ａ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ａ ｇ ａ ａ 而 Ｕ ｉ ｒｉ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ２ ０ Ｃ ｉ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｃ ａ ｉ ｌ ｇｎｅｉ ，ｈ ｎ ｈ ｉ ｉｏ ｃ Ｅ ｎ Ｊ ｎｖ ｓｙ Ｓ ａ ｇ ａ ０ ４ ， ｈ ａ ｅ ｔ ２ ｎ
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5kW垂直轴风力机气动性能研究的开题报告
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。
某兆瓦级水平轴风力机叶片气动设计和性能评估
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资源丰富的国家 ， 风力 发 电潜 力 巨大 ， 自国家 提 出
全 国风 电“ 一 五发 展计 划 及２ ２ 年发 展 规划 ” ． 十 ００ 后 全 国 的风 电行 业 是一 派欣 欣 向荣 的景 象 ． 风力 机 的 单 台 装 机 容 量 由初 期 的６ ０ ｋ ０ Ｗ发 展 到 了 现 在 的
２中 国空气动 力研 究与发展 中心 设备 设计 与 测试技 术研 究所 ． ． 四川 绵 阳 ６ １０ ） ２ ０ ０
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电网 与 清 洁 能源
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风力机叶片设计及翼型气动性能分析
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。
水平轴风力机翼型的气动性能分析
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的投资额达 到了 １ ０亿欧元 … ８
在 工 作 中 ．风 力 机 通 过 叶 片 将 风 能 转 换 为 旋 转 的 机 械 能 。 而 带 动 发 电机 发 电 。 所 以 叶 片 的 性 能 决 定 了 风 能 的 利 从 用 效 率 ．而 叶 片 性 能 好 坏 部 分 原 因在 于 翼 型 的 合 理 选 择 ． 所
链臻 醚境
水平 轴风 力ｉ 翼 型 的气 动性 能分新 ｌ ｉ 几
杨 梅 张 礼 达
（ 西华 大 学 能 源与 环 境 学院 四 川 成都
６ １０ ９ １０ ３ ）
摘 要 运 用 ｇｍｂ 对 翼 型 Ｆ ６ — ８ ａ ｉ ｔ Ｘ １ １４进 行 建模 ， 后 运 用 ｆ ｅｔ 件 设 置 边 界 条 件 ， 过 计 算 得 到 升 力 系数 、 力 系数 、 然 ｌ ｎ软 ｕ 经 阻
部 分 。 部 分 用 非 均 匀 网格 且 越 靠 近 翼 型表 面 网 格 越 密集 前 ２
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图 ２ 翼型网格图
拟 的 边 界 条 件 的 设 定 ， 文 用 到 无 穷 远 压 力 进 口 边 界 、 穷 本 无
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Ｎ— Ｓ方 程 ［ ３ ３ 二 维 Ｎ Ｓ方 程 ： —
水平轴风力机
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。
水平轴风力机叶片气动性能计算及影响因素分析
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机 械 设 计 与 制 造
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文 章 编 号 ：０ １ ３９ （０ １ １— ０ ４ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）０ ０ ４ — ３