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不同涡脱落模式下垂直轴风力机叶片的气动响应 被引量：1
1
作者 郑小波 王红亮 +3 位作者 徐文浩 郜志腾 冷峻 李晔 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第6期26-34,I0001,共10页
为研究尾流中不同涡脱落模式下垂直轴风力机(vertical-axis wind turbine,VAWT)叶片的气动响应,基于攻角变化相似性,进行了叶片正弦俯仰振动的比拟实验。研究发现:在弦长雷诺数O(10^(5))范围内,尾流存在3种涡型结构:前缘离散涡(leading-... 为研究尾流中不同涡脱落模式下垂直轴风力机(vertical-axis wind turbine,VAWT)叶片的气动响应,基于攻角变化相似性,进行了叶片正弦俯仰振动的比拟实验。研究发现:在弦长雷诺数O(10^(5))范围内,尾流存在3种涡型结构:前缘离散涡(leading-edge vortex,LEV)、蜿蜒尾流(undulating wake,UW)和反卡门涡街(reverse von Kármán vortex street,Rv KVS);随着叶尖速比λ增大,VAWT叶片缩减频率k增大,攻角幅值α _(m)减小;叶轮叶片几何尺度比R/c较小时,在低λ产生LEV涡型的可能性较小,在高λ产生Rv KVS涡型的可能性较大;R/c较大时,在低λ产生LEV涡型的可能性较大,在高λ产生Rv KVS涡型的可能性较小。LEV涡型导致轻动态失速,造成VAWT叶片发生高频俯仰振动,但对叶轮转矩和VAWT功率影响不大。Rv KVS涡型的出现,伴随叶片升力和转矩幅值增大以及平均推力的产生,会使VAWT叶片扭矩载荷增大,也会使叶轮转矩和输出功率提升。据此提出基于VAWT的新式风墙构型,在继承Nes浮式风墙构型优点的基础上,进一步提升了功率系数和风能输出密度。 展开更多
关键词 垂直轴风力机 涡脱落模式 浮式风墙 尖速比
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基于致动线方法的5 MW海上风力机气动弹性分析 被引量：2
2
作者 冷峻 郜志腾 +1 位作者 郑小波 李晔 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第4期203-209,共7页
随着风力机功率的不断增大以及新型复合材料的应用,叶片的柔性和几何非线性变形成为风力机设计中不可忽略的因素,结构和气动弹性的分析也随之变得更加复杂。然而,风能行业中传统的叶片分析方法无法准确预测现代复杂叶片的气动弹性特性,... 随着风力机功率的不断增大以及新型复合材料的应用,叶片的柔性和几何非线性变形成为风力机设计中不可忽略的因素,结构和气动弹性的分析也随之变得更加复杂。然而,风能行业中传统的叶片分析方法无法准确预测现代复杂叶片的气动弹性特性,从而导致风力机性能预测出现较大误差。本文基于柔性多体动力学,建立了一种新型双向流固耦合模型,在结合致动线方法和大涡模拟的基础上,考虑了结构和气动弹性对风力机性能的影响,可用于动态结构载荷预测及流固耦合分析。对5 MW基准风力机进行建模,验证了计算模型的准确性,并讨论了叶片的瞬时结构响应,分析了叶片变形对风力机功率、尾迹的影响。研究结果表明,叶片的柔性在风力机气动弹性设计中不可忽略,同时本文模型可以准确捕捉风力机的尾迹结构(包括叶尖涡和叶根涡),更适用于现代兆瓦级复合材料风力机气动弹性和尾迹分析。 展开更多
关键词 风力机 流固耦合 气动弹性分析 致动线法 几何非线性
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非定常风作用下极端波浪统计特性初探
3
作者 张子檀 徐文涛 +4 位作者 唐天宁 郑小波 曲文海 章丽骏 李晔 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2021年第8期64-73,共10页
为探究风对极端波浪产生的影响,基于波浪的Benjamin-Feir不稳定性,在二维海洋工程水池中开展实验,对非定常风作用下具有随机相位的波场进行了长时间的模拟.本文通过对波浪有效波高、峰度及偏度的统计,分析了风对波浪演化过程中统计特征... 为探究风对极端波浪产生的影响,基于波浪的Benjamin-Feir不稳定性,在二维海洋工程水池中开展实验,对非定常风作用下具有随机相位的波场进行了长时间的模拟.本文通过对波浪有效波高、峰度及偏度的统计,分析了风对波浪演化过程中统计特征的影响,并进一步研究了波浪能量谱对风的响应.实验结果表明,具有较大Benjamin-Feir指数的波浪,在非定常风作用下常伴有破碎现象,导致波浪有效波高显著下降,峰度则呈现增大趋势.通过对波浪能量谱的分析得到,波浪破碎导致能量谱峰值的下降,波浪从风中所获得的能量主要集中在波浪的高频部分.本研究旨在通过对极端波浪的统计学研究,为海上浮式结构物的设计、建造及极端波浪的预报提供依据,降低极端波浪所造成的危害. 展开更多
关键词 极端波浪 Benjamin-Feir不稳定性 风浪实验 统计特性 谱分析
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