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国家自然科学基金(51366010): 作品数：25 被引量：70H指数：5; 相关作者：汪建文高志鹰陈永艳东雪青闫萌萌更多>>; 相关机构：内蒙古工业大学教育部内蒙古机电职业技术学院更多>>; 发文基金：国家自然科学基金内蒙古自治区自然科学基金教育部重点实验室开放基金更多>>; 相关领域：动力工程及工程热物理自动化与计算机技术农业科学理学更多>>

基于大涡模拟的风力机尾流湍流特征的研究被引量：9: 2015年; 采用大涡模拟法(LES)对自行开发设计的100 W小型水平轴风力机在来流风速为8 m/s、湍流强度为0.4%时的尾流进行数值模拟计算,计算中提取流场稳定后的x、y、z 3个方向的瞬间速度、压力等参数的600个数据样本,计算得到尾流(1≤y/d≤20)内轴向速度和湍流强度的均方根值,分析风力机尾流内时间平均轴向速度、湍流强度及涡结构等的特征。结果表明:在y/d=5风轮下游位置,轴向速度亏损仍很严重,仅约为来流风速的50%。且在y/d≤5的范围内尾流宽度均略大于风轮直径,尾流膨胀现象不明显。一直到y/d>17以后的位置,尾流效应才开始变得不明显;与来流的低湍流特性相比,尾流内的湍流强度大幅提高,在y/d=5位置,湍流强度达到最大,最大湍流强度值为来流湍流强度的30倍,且在近尾流区域存在的4个湍流峰值分别对应叶片的叶尖和叶根位置。; 侯亚丽汪建文王强王鑫厅; 关键词：大涡模拟风力机尾流轴向速度湍流强度

基于时间分辨粒子图像测速技术的水平轴风力机近尾迹特性的实验研究（英文）: 2015年; 目的：探索风力机运行在不同尖速比下近尾迹流场的瞬态和时均特性,揭示风力机近尾迹场的涡量、流速、湍流和雷诺应力演化规律,为相关的数值模拟提供实验对比数据支撑。创新点：将时间分辨粒子图像测速技术应用于风力机近尾迹测量可以捕捉到较高时间分辨率和高精度的流动信息,进而揭示风力机近尾迹详细的流动机理。方法：实验在风洞里面进行,利用时间分辨粒子图像测速技术获得风力机瞬时流场（图1-3）,通过调节风力机配套电机的负荷输出可以得到不同的运行尖速比。对测量得到的瞬时速度的后处理可以得到瞬时涡量以及湍动能和雷诺应力的时均值。结论：1.风力机近尾迹区域沿径向可分为速度增益区、速度保持区和速度亏损区,不同尖速比下速度恢复到主流速度的径向位置基本相同;2.在后半个半径长度区域内,径向平均速度沿径向方向有增加的趋势,而在叶尖以上,径向平均速度沿径向减小;3.近尾迹湍动能在径向方向上0.3倍和0.9倍半径高度处会出现峰值,而在0.6倍半径附近位置会出现湍动能最低值;4.在风力机近尾迹,雷诺剪切应力小于雷诺正应力,在叶根附近,轴向雷诺正应力大于径向雷诺正应力以及雷诺剪切应力,而在叶尖处,径向雷诺正应力大于轴向雷诺正应力以及雷诺剪切应力。; Jian-wen WANGRen-yu YUANXue-qing DONGSan-xia ZHANGYang SONGZhi-ying GAOKun LUOKun-zan QIUMing-jiang NIKe-fa CEN; 关键词：风力机流动特性

水平轴风力机尾迹叶尖涡运动轨迹的实验研究被引量：5: 2019年; 利用高频PIV系统采集水平轴风力机下游远至4.5倍风轮直径范围内的尾流数据。首先通过对涡量场云图分析发现叶尖涡"交互跳跃"现象;然后对比不同翼型、风速、尖速比下,1、2、3、4倍风轮直径处的平均涡量值发现:随着尖速比的增加,叶尖涡"交互跳跃"现象提前发生;随着风速的增加,叶尖涡"交互跳跃"现象推后发生;得出叶尖涡"交互跳跃"现象的出现是尾流速度开始恢复的标志。而NACA4415翼型叶片发生叶尖涡"交互跳跃"现象的时间比S翼型叶片推迟,所以NACA4415翼型叶片的尾流速度恢复比S翼型叶片推迟。; 东雪青刘钊汪建文章书成韩玉霞; 关键词：水平轴风力机

风轮应变与塔架振动关联性的试验研究被引量：5: 2017年; 为了通过测塔架上的振动信号来推演风轮应变分布规律,利用Pulse 20.0振动分析系统和旋转遥测应力应变测试系统,对运行工况下的风轮应变与塔架振动进行同步测试,研究二者之间的关联性.通过谱分析法发现风轮上的应变频谱的峰值频率和塔架上的振动频谱的峰值频率能够很好地对应,且频率为旋转基频处对应的风轮应变存在一定的分布规律:在翼展方向,从叶根往叶尖的0°(翼展)方向应变先减小后微弱增大,最后逐渐减小;45°方向应变先基本不变,在靠近叶尖的0.87R处应变值大幅度减小;90°(弦长)方向整体应变值呈逐渐减小趋势.风轮叶根处从前缘往后缘方向,0°(翼展)方向和45°方向的应变值先增大后减小;90°(弦长)方向从前缘往后缘方向应变值均逐渐减小.研究为工程应用中风轮实时载荷的监测与诊断提供了一种新思路,具有重要的现实意义.; 蒋祥增高志鹰汪建文白叶飞闫萌萌王枭侯熠; 关键词：风轮塔架振动

风力机叶片在不同载荷作用下的应力特性分析被引量：5: 2015年; 针对额定功率为100 W的水平轴风力机叶片为研究对象构建实体模型,利用ANSYS有限元方法,模拟分析叶片在气动力、离心力及重力作用下的应力特征,最后由实验数据和模拟计算做对比分析。额定工况单独载荷作用研究,得出叶片应力主要受气动力与离心力的作用,重力影响不大;施加复合载荷,同一截面相对位置,叶片迎风面应力值大于背风面应力值,且随风速增加应力值逐渐增大,最大应力值处始终保持最大。; 赵元星白叶飞汪建文黄新宇云萌冀文举高志鹰; 关键词：水平轴风力机数值模拟应力分布

风力机柔性叶片结构动态响应数值模型研究被引量：3: 2022年; 介于来流风速的不稳定性及大尺度水平轴风力机柔性叶片的非线性大变形,本研究建立一种快速计算叶片非定常载荷、模态特征参数及结构动态响应的数值模型。首先基于动态入流理论,建立综合附加质量力、气动力、离心力、重力的风轮时变等效载荷模型。然后运用加权余量法和Galerkin方法把叶片离散成包含叶片展向位移与横向剪切变形的混合梁单元,利用子空间迭代法求解叶片模态参数。最后运用Houbolt法解耦考虑气动阻尼、结构阻尼时变载荷作用下的动态响应方程。结果表明:叶尖挥舞位移随风速增加呈现先增大后减小的趋势且增幅明显,叶尖幅值波动始终沿着来流方向;叶尖摆振位移呈现相反变化趋势且增幅较小,变形位移时正时负呈周期性波动。叶片离心刚化效应对挥舞方向固有频率影响较大,摆振方向影响相对较小,影响程度均随着模态阶数的增加逐渐减小。本文部分计算结果与美国可再生能源实验室、汕头大学公开数据及Blade软件进行了对比,证实该模型是准确的。; 李治国李治国高志鹰张立茹汪建文; 关键词：模态分析

考虑附加质量力的小型风力机风轮数值模型研究被引量：1: 2022年; 针对风力机动态环境变化时诱导速度滞后的特征,本文基于叶素动量理论、加速势流理论进一步修正平衡尾流模型,提取出一种新型的附加质量力表达式m_(A)=128/75ρR^(3),并建立考虑附加质量力的小型风力机风轮气动载荷数值模型。利用该模型计算拥有自主知识产权300 W S型风力机在三种定常风、湍流风作用下的风轮非定常动态气动载荷。经风洞实验及GH bladed验证,考虑附加质量力的数值模型能够更真实准确地反映风轮气动性能,风轮功率波动幅度小于不考虑附加质量力的平衡尾流模型计算值,计算结果更加准确。风轮轴向载荷、叶根挥舞弯矩与风轮轴功率,均表现出与湍流风速变化一致的随机特性;叶根摆振由于受到叶片自身重力交变载荷作用呈现出周期性脉动;风轮轴向推力系数、风轮轴功率系数表现与湍流风相反的变化趋势。本课题研发的动态气动数值模型具有较高的准确度,为快速获取小型水平轴风力机风轮气动载荷提供一种新思路。; 李治国李治国高志鹰张立茹陈永艳

风轮声源及其动态应变相关性实验研究被引量：2: 2016年; 在直流低速风洞中,应用B&K公司的60通道圆形声阵列、丹麦B&K公司PULSE结构振动测试分析系统及应力应变动态旋转遥测技术,针对直径1.4 m的某S翼型水平轴风力机风轮模型开展实验得出不同工况下,噪声总声压级分布特征以及噪声源位置分布规律及沿翼展方向上应变幅值的变化规律。实验结果表明:风轮旋转时,噪声源能量最大区域主要集中在叶片中部(r/R=0.54),且不会随风速和尖速比的改变而改变最大噪声源位置;噪声源能量最大区域主要发生在叶片振幅最大区域处;应变最大幅值区域主要集中在叶片中部(r/R=0.51处),最大幅值区域不随风速和尖速比的改变而改变。利用SPSS统计分析软件,对噪声声压级和应变幅值做沿叶片展向方向上的互相关分析得到,在0.17R^0.74R区域内,相关系数大于0.8呈高度相关,0.85R区域附近的相关系数为0.782,呈中度相关。; 管飞高志鹰汪建文冀文举闫萌萌蒋祥增; 关键词：噪声源水平轴风力机声压级 SPSS

小型风力机风轮及机舱动态响应特征分析被引量：2: 2018年; 文章旨在探索小型水平轴风力机风轮与机舱动态响应之间的相互联系,采用应变测试分析系统对风轮径向应变信号以及振动测试分析系统对机舱三向坐标振动信号进行测试与分析。通过对实验数据的处理发现,风轮应变频谱和机舱振动频谱的阶次频率能很好对应,风轮挥舞振动节线位置附近径向应变较大,且挥舞振动引起的质量不平衡在离心力作用下对机舱水平方向上的振动影响较为明显。相关研究成果为小型风力机风轮监控工程应用提供新的诊断思路,并为风轮和机舱设计阶段的结构优化提供参考。; 陈涛陈永艳高志鹰高志鹰汪建文; 关键词：水平轴风力机振动

施加模态振型后风轮表面动压分析: 2016年; 风轮运行过程中存在来流激励的振动响应,为了使计算结果更接近真实情况,应该在风轮的数值模拟研究中考虑振动情况。本文在水平轴风力机风轮表面动压模拟计算中施加了一阶对称挥舞振动。风轮模态参数通过单点激励多点响应的试验模态分析方法获得,根据动网格技术中网格变形的要求拟合一阶挥舞振动振型特征向量,定义的模态振型控制方程通过用户自定义函数施加于风轮模型,风轮的旋转通过滑移网格技术实现。大涡模拟计算结果表明:旌加模态振型后,风轮表面动压呈周期性变化,其脉动频率与叶片旋转频率不一致;随着尖速比和来流风速的增加,动压脉动频率均增加,且增加幅值逐渐放大,其中来流风速对动压脉动频率的影响更显著。; 王志光高志鹰汪建文; 关键词：水平轴风力机动网格

国家自然科学基金(51366010)

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