国家自然科学基金(51175526)
- 作品数：21 被引量：78H指数：6
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- 相关机构：重庆大学湖北工业大学东方电气风电有限公司更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家高技术研究发展计划博士科研启动基金更多>>
- 相关领域：动力工程及工程热物理机械工程更多>>
- 水平轴风力机叶片弯弯耦合气弹响应分析被引量：2
- 2020年
- 为分析风力机叶片的振动行为,采用Hermite梁单元对叶片进行离散。将叶片的振动行为嵌入到气动力的计算中,建立气动弹性耦合的分析模型。将叶片的气动阻尼系数运用到虚功原理推导其气动阻尼矩阵,再与结构阻尼矩阵叠加生成总阻尼矩阵。根据叶片的几何和结构特征,深入分析叶片弯弯耦合产生的原因。得到弹性耦合项和阻尼耦合项,然后建立弯弯耦合动力学方程,采用常加速度假设法求解方程。以NREL 5 MW风力机为例,对其在额定风况下的剪切流进行仿真。结果表明,考虑弯弯耦合计算的叶片振动位移和速率比不考虑弯弯耦合时更大;叶片振动速率相比诱导速度(叶素动量理论)不能被忽略。
- 陈刚陈进庞晓平
- 关键词：风力机叶片气弹响应气动阻尼水平轴
- 基于参数建模的风力机预弯叶片结构优化设计被引量：3
- 2014年
- 风力机预弯叶片的弯曲型线和铺层结构设计之间存在着耦合关系.为了实现叶片预弯型线和铺层结构的一体化设计,提出一种预弯型线和铺层结构的参数化表达方法,并通过实例验证了叶片有限元参数化建模分析方法的正确性;构建了预弯叶片弯曲型线和铺层结构的一体化优化设计模型,采用粒子群算法,以叶片的质量最小为优化目标,在满足材料强度、叶尖最大变形、振动频率的约束条件下,对某低风速850k W非预弯叶片进行预弯及铺层层数优化设计.优化结果显示,优化叶片在满足设计约束的条件下重量减少了15.26%,验证了文中提出的预弯叶片弯曲型线及铺层结构协同优化设计方法的正确性.
- 陈进郭小锋李松林孙振业
- 关键词：风力机叶片预弯粒子群算法优化设计
- 基于通用型线和网格重构的风力机翼型设计
- 2015年
- 现有翼型表达大都基于控制点和初始成熟翼型,设计空间小因而不利于选出高性能翼型.基于Joukowski保角变换通用翼型形线表征形式,编程集成ICEM和FLUENT完成翼型生成、大变形网格重构、边界条件生成和流场解算,采用改进遗传算法进行高升阻比风力机翼型多学科联合设计.结果表明本平台设计的翼型在设计、非设计工况下以及主要攻角范围内有较高升力系数和升阻比.该型线集成表达和流场计算多学科设计方法,也为类似气动优化设计提供参考.
- 孙振业陈进谢翌蒋传鸿
- 关键词：风力机CFD
- 风力机叶片预弯设计机理与方法被引量：1
- 2016年
- 基于修正的叶素动量理论提出了一种适应于水平轴风力机叶片的静气弹性分析方法;运用该方法对不同稳态风速下的叶片变形曲线进行研究,揭示了叶片预弯设计的机理,并给出了一种预弯型线的设计方法.通过对预弯和非预弯两种叶片在相同风速下的静气弹性变形和气动功率的对比和分析表明,预弯叶片的气动性能受轴向变形、扭转变形和叶片截面形状变化三个方面的影响,叶片弹性扭转变形使叶片实际气动功率偏离设计值.该研究为预弯叶片的设计提供了理论依据和方法.
- 郭小锋陈进李松林
- 关键词：风力机
- 气动载荷作用下复合材料风力机叶片结构优化设计被引量：21
- 2014年
- 针对复杂构形的复合材料风力机叶片内部结构,采用新设计的2 MW风力机叶片,基于等代设计法对其进行复合材料初始铺层设计;建立完整的叶片有限元参数化模型;基于修正的动量叶素理论,提出一种适用于叶片结构设计与优化的新的流固耦合方法;建立叶片优化数学模型,以叶片质量最小为优化目标,以层合板厚度、主梁位置等作为优化设计变量,采用粒子群算法与有限元法结合的策略对复合材料风力机叶片进行优化设计。优化结果表明,相比初始叶片,优化后的叶片质量有了较大的减少,而且以优化设计方案二(叶片主梁位置可变作为优化设计变量之一)的结果尤为明显。该研究对于风力机叶片结构设计及优化具有重要的指导意义,使风力机翼型、叶片及结构参数化一体化设计成为可能。
- 汪泉陈进王君游颖孙金风邬述晖
- 关键词：风力机叶片铺层设计有限元粒子群算法
- 基于静气弹性能的风力机翼型设计被引量：1
- 2020年
- 引入翼型静气弹性能,即气动扭矩对扭转位移的敏感性和扭转位移诱发平移位移的能力,敏感性和能力越低,静气弹性能越好。结合改进的粒子群算法和基于通用集成理论的翼型参数化表达方法,兼顾气动性能和静气弹性能建立优化模型,对现有常用薄翼型NACA 64618进行替代优化设计,新翼型的部分气动性能和静气弹性能都有所提高。就NREL 5 MW参考风力机叶片,用新翼型替换NACA 64618并对额定工况进行仿真,仿真过程中对风速施加一个正弦脉冲,结果表明替换的叶片对脉冲的敏感性低于原叶片,且扭转位移更接近于零,可证明新翼型对叶片的扭转发散有一定抑制作用。
- 陈刚陈进孙振业庞晓平
- 关键词：风力机翼型粒子群算法
- γ-Re_θ转捩模型在风力机翼型数值计算中的应用被引量：2
- 2015年
- 很多湍流模型忽略了层流区域的存在,但实际流动在翼型某位置处开始转捩,此时模型显然偏离实质,计算结果精度较低。因此加入γ-Reθ转捩模型,将转捩动量厚度雷诺数Reθ作为经验关联函数来控制边界层内间歇因子γ的生成,再通过间歇因子来控制湍动能产生项,使湍流模型在层流区域失效。首先为了验证数值计算的准确性,采用上述方法针对风力机翼型A2121,在高雷诺数4×106下对几种典型攻角的气动性能进行计算,对比普通全湍流模型、湍流转捩模型和风洞试验的计算结果,发现湍流转捩模型结果更精确。之后在更大攻角范围-10.14°~25.09°内,采用此转捩模型数值方法进行气动仿真,发现其总体计算结果与风洞试验实验数据较吻合,验证了此数值方法的正确性和有效性。
- 陈进孙振业谢翌马金成
- 关键词：风力机翼型
- 风力机叶片二元翼段静气动弹性机理被引量：3
- 2012年
- 针对风力机叶片翼型静气动弹性的发散速度、载荷重新分布等问题,在线弹性范围内,基于气动弹性力学理论,推导出适用于风力机叶片二元翼段静气动弹性的基本方程.以攻角为输入量,压力为输出量,翼型的弹性扭角为系统的反馈量,建立了风力机叶片弹性翼型的气动弹性反馈模型.在危险风速工况下,对3种典型翼型的风力机叶片二元翼段进行了计算分析,得到了扭转刚度、刚心与气动中心距离对风力机叶片二元翼段的发散速度、附加扭角和升力分布的影响.研究了不同翼型对风力机叶片二元翼段附加扭角和升力分布的影响,结果表明,当扭转刚度较小时,附加扭角的增加在一定程度上提高了翼型的气动性能;当扭转刚度较大时,附加扭角增加较小,对翼型的气动性能影响较小.
- 汪泉陈进程江涛陆群峰
- 关键词：风力机叶片气动弹性气动中心翼型
- 考虑弯扭变形的风力机叶片结构优化被引量：8
- 2018年
- 根据叶片几何形状建立叶片载荷等效模型,利用该载荷等效模型将叶素动量理论计算所得载荷等效成分布载荷的形式,同时建立叶片参数化有限元模型,将等效得到的分布载荷施加到叶片参数化有限元模型表面,并分析叶片腹板方位和铺层铺设角度对叶片变形的影响。然后结合粒子群算法与参数化有限元模型建立数学优化模型,以扭转变形为约束条件之一以限制叶片扭转发散。对某850 kW纤维增强型复合材料风力机叶片进行优化设计,优化其铺层厚度、腹板方位和铺层铺设角度。优化结果表明,在保持叶片叶尖挥舞变形和叶尖扭转变形不变的前提下,叶片质量减轻6.304%。
- 陈进陈刚谢翌
- 关键词：风力机叶片粒子群算法
- 基于ANSYS二次开发的风力机叶片结构优化被引量：8
- 2014年
- 针对某850 kW风力机叶片,改变其铺层材料,对其重新进行铺层设计。以材料厚度、腹板位置、主梁宽度等作为设计变量,将叶片质量最小作为目标函数,建立了叶片优化的数学模型。采用MATLAB和ANSYS建立了复合材料参数化叶片模型,通过改进的粒子群算法实现其优化过程。结合德国GL标准,基于动量-叶素理论的BLADED软件计算得到了各截面的极限载荷,并分段施加载荷增量,以更真实地描述叶片受力状态。经分析发现,相比最初的叶片,在保证叶片强度和叶尖位移约束的前提下,叶片质量减轻12.58%。
- 陈进马金成汪泉郭小锋李松林
- 关键词：风力机叶片铺层设计结构优化参数化ANSYS
