张旭耀
- 作品数：14 被引量：54H指数：6
- 供职机构：兰州理工大学能源与动力工程学院更多>>
- 发文基金：国家重点基础研究发展计划国家自然科学基金甘肃省中青年科技研究基金更多>>
- 相关领域：动力工程及工程热物理电气工程机械工程农业科学更多>>
- 上游风力机倾斜尾流对下游风力机气动特性的影响被引量：10
- 2019年
- 为了研究上游风力机倾斜尾流对下游风力机气动特性的影响,基于Open FOAM开源软件,使用大涡模拟和致动线相结合的数值方法。通过改变上游风力机偏航角,使其尾流发生倾斜,对2台风力机的总功率输出和下游风力机的气动特性进行研究。研究表明:随着上游风力机偏航角的增大,2台风力机的总功率先增大后减小。当偏航角为30°时,2台风力机总输出功率最大,相比上游风力机未偏航时总功率提高了23.6%;下游风力机风轮气动载荷的平均值增大,振幅先增大后减小,并且气动载荷的变化与风轮的3倍转频相关;风轮叶片不同截面处的轴向力和切向力先增大后保持不变,力的最大值对应的方位角区间在逐渐增大,最小值对应的方位角区间在逐渐减小。此结果可为探究提高风力机功率输出的方法和复杂入流条件下风力机气动特性的研究提供参考。
- 杨从新何攀张旭耀张亚光金锐
- 关键词：风力机OPENFOAM偏航气动特性
- 基于γ-Re_θ转捩模型的垂直轴风力机气动特性研究被引量：4
- 2018年
- 在两方程的剪切应力输运SST k-w全湍流模型中添加γ-Re_θ转捩模型,以某两叶片垂直轴风力机为研究对象,数值计算得到叶片表面压力的分布规律,并与文献中的实验结果进行了对比.在此基础上,分析和对比了添加转捩模型后,风轮的转矩和推力系数、叶片表面极限流线分布和叶片表面摩擦阻力系数的变化规律.结果表明：相比SST k-w全湍流模型,添加γ-Re_θ转捩模型后的四方程Transition SST转捩模型预测得到的风轮的转矩系数和推力系数的均方根分别下降了6.13%和0.55%;计算时考虑γ-Re_θ转捩模型能够预测垂直轴风力机叶片表面边界层的转捩现象和更详细地捕捉叶片表面复杂的流动特征.
- 张旭耀杨从新李寿图
- 关键词：转捩模型垂直轴风力机气动性能湍流模型流动特征
- 水平轴风力机尾流的自相似性与流场特性研究被引量：10
- 2018年
- 为阐明均匀来流条件下水平轴风力机的尾流特性,采用剪切应力输运（k-ωSST）湍流模型,通过求解雷诺时均的N-S方程,在不同叶尖速比（λ）下对某33k W两叶片水平轴风力机风轮的尾流流场进行了数值模拟。结果表明,除了尾流边缘的区域,在风力机下游一定距离处轴向速度亏损开始满足高斯自相似性,叶尖速比越大,在下游离风轮越近的位置越容易达到自相似的状态;同时,随着叶尖速比的增大,尾流区膨胀效应越明显,叶尖涡和叶根涡向下游移动的过程中更早的发生破坏;在风轮下游2D的范围内叶尖涡和叶根涡的涡量强度随离风轮下游距离的增加逐渐减小,涡核面积逐渐增大;在尾流区同一轴向位置,叶尖涡的涡量强度始终大于叶根涡的涡量强度。
- 张旭耀杨从新郜志腾罗颂
- 关键词：风力机尾流自相似性流场特性
- 非对称翼型反装对H型垂直轴风力机流场分布的影响
- 2018年
- H型垂直轴风力机(H-VAWT)是典型的升力型垂直轴风力机,且有集群式发展的潜力和优势.文中采用数值模拟的研究方法,建立二维模型,对比分析了使用非对称翼型的H-VAWT叶片反装时的流场结构,以及反装时叶片数对H-VAWT流场分布的影响.结果表明:对于非对称翼型的H-VAWT,叶片反装所产生的尾流湍流强度较叶片正装时大,且尾流的恢复能力差,进而影响到H-VAWT在风场中的布局,但是叶片的正装和反装对H-VAWT附近外流场中Y方向上流场分布的影响基本一致;随着叶片数的增加,反装叶片的H-VAWT本身产生尾流的湍流强度增加,这增强了下风轮区域叶片和上风轮区域叶片所产生湍流的相互作用,但是叶片数为3时,叶片的正装和反装所产生的湍流差别不大.
- 李寿图杨从新史广泰张旭耀
- 关键词：垂直轴风力机尾流场数值模拟叶片数
- 低空急流高度变化对水平轴风力机气动载荷的影响被引量：6
- 2019年
- 对比分别由Great Plains Low-Level Jet谱模型和基于平面壁面射流原理建立的低空急流工程化模型得到的平均风速廓线,确定低空急流工程化模型中的参数。在此基础上,基于Von Karman谱和低空急流工程化模型建立不同高度的低空急流脉动风场,并将其作为FAST开源代码的输入条件计算和分析水平轴风力机的气动载荷。研究表明:当急流强度一定,急流高度由风轮扫掠面的底部位置增加到顶部位置时,风轮气动载荷发生了明显的变化,与最小值相比,风轮推力、横向力、纵向力、转矩、偏航力矩和倾覆力矩系数均方根的最大值分别增加了12.9%、75.6%、73.4%、27.7%、99.9%和98.5%。在低空急流条件下,风轮转矩和推力功率谱曲线峰值的频率与叶片通过频率的整数倍相关。研究结果可为低空急流条件下水平轴风力机气动载荷的分析提供参考。
- 张旭耀杨从新何攀张亚光金锐
- 关键词：低空急流水平轴风力机气动载荷
- 低空急流结构变化对水平轴风力机气动性能的影响被引量：3
- 2020年
- 为了解低空急流结构变化对水平轴风力机气动性能的影响,以一台1.5 MW的三叶片变速变桨型风力机作为研究对象,通过数值计算的方法进行模拟,选取3组急流宽度和5组急流强度作为变化的低空急流结构特征进行研究,得到以下结论:急流宽度增加,风轮功率和推力增加,但增长率下降;急流强度增加,风轮功率和推力增加。急流宽度或急流强度增加都会使得叶片吸力面失速区扩大,流动分离线前移,但两者的影响方式不同。急流宽度或急流强度增加时,叶片各截面的压力系数增加;各截面单位展长上的法向力和切向力总趋势是随急流宽度或急流强度的增加而增加,但由于叶片的失速状况不一样,在部分截面法向力和切向力会出现与总体趋势不同的现象。急流高度作为低空急流的另一重要特征,将在未来的工作中探索其对水平轴风力机气动性能的影响。
- 杨从新罗颂李寿图张旭耀
- 关键词：风力机空气动力学计算流体力学低空急流水平轴
- 基于改进VonKarman模型的风力机来流三维风速模拟被引量：3
- 2016年
- 为准确表征风力机来流的三维脉动风场,基于改进Von Karman模型,分别采用谐波叠加法(harmony superposition method,HSM)和自回归滑动平均法(auto-regressive moving-average,ARMA)对某33 k W水平轴风力机来流风况进行脉动风速模拟,并采用现有软件在同等参数下模拟结果与2种方法的对比。结果表明,HSM法所模拟出脉动风速的功率谱与目标谱更加吻合;3种方法自相关性都随时间增大而减小,其中ARMA法和软件模拟结果的自相关性较好;HSM法互相关系数极差值在8.49、11.31、19.80 m的间距上分别为0.764 9、0.580 7、0.438 7,其互相关系数随间距增大而减小,更符合实测结果。研究不仅可为不同风场随机来流条件下风力机气动计算提供依据,也可为近地面其他农业机械及工程设施的风荷载计算提供参考。
- 杨从新郜志腾张旭耀
- 关键词：风力机脉动风速谐波叠加法
- 一种低空急流对水平轴风力机气动性能的影响被引量：1
- 2020年
- 以一台1.5 MW变桨变速型三叶片风力机为研究对象,探讨了三种入流条件下水平轴风力机气动性能的异同,着重研究了一种典型低空急流对水平轴风力机气动性能的影响.结果表明:低空急流下风轮的功率和推力比均匀流和剪切流的大;低空急流下叶片表面压力总体大于其他两种流动,急流衰减内的翼型截面在吸力面中段存在一个比剪切更加显著的压力突降区;叶片各截面的法向力系数和切向力系数整体大于其他两种流动;低空急流下各截面的攻角比剪切流的大0.05%~36.66%,叶片表面的失速区尤其是叶根附近的失速区相对其他两种流动更大,分离线向前缘靠近,急流衰减内的翼型截面分离涡现象更加明显;对不同特征低空急流下水平轴风力机气动性能影响的研究将在未来的工作中进行.
- 杨从新罗颂李寿图张旭耀
- 关键词：水平轴风力机低空急流气动性能CFD
- 风剪切来流下风力机叶片表面压力的分布规律被引量：6
- 2018年
- 以某33 kW两叶片水平轴风力机的风轮和NREL PhaseⅥ风力机叶片为研究对象,数值模拟得到均匀来流条件下NREL PhaseⅥ风力机叶片表面压力系数的分布规律并与实验值进行对比,验证数值计算方法的有效性。在此基础研究不同风剪切来流对风力机叶片表面压力的影响及风剪切来流下叶片表面压力随方位角的变化规律。结果表明：当风剪切指数由0.3增至0.5时,叶片表面压力在不同方位角下发生不同的变化;剪切来流下,在叶片压力面和吸力面未发生流动分离的区域,压力随方位角呈现正余弦的变化趋势,越靠近尾缘,压力的波动幅度越小;在吸力面压力最小值的位置压力随方位角的波动幅度最大;在叶片吸力面发生流动分离的区域,压力随方位角的波动不稳定;无论是压力面还是吸力面,压力随方位角的变化均存在相位滞后现象,越靠近叶根,滞后现象越明显。
- 杨从新张旭耀李银然郜志腾张静
- 关键词：风力机
- 风电场中多台风力机的数值模拟被引量：2
- 2021年
- 将NREL 5 MW风力机作为基本机型,使用致动线模型和大涡模拟相结合的数值方法,在中性大气边界层中模拟含有多台风力机的风电场。为了模拟风电场的复杂入流条件,首先模拟体积为3000 m(长)×3000 m(宽)×1000m(高)的大气边界层,并对模拟结果进行验证,结果表明:在覆盖逆温层以下,不同高度处的位温不变,平均风速满足剪切特性,脉动风速满足湍流谱特性;然后,分析了致动线模型中风轮直径上的网格节点数量(N)和高斯分布因子(ε)的取值规律,发现ε以网格尺度(η)为自变量取值时,N越大,η的系数越大,当N取63时,η的系数可取2或3,但N取25时,η只能取1.2;最后,使用致动线模型在大气边界层中布置8台风力机,模拟风电场,并对风力机间的相互干扰进行分析,发现第一排风力机功率明显大于其他风力机功率输出,占风场总功率输出的40.3%。
- 杨从新何攀张旭耀张旭耀
- 关键词：风能风力机数值模拟风电场
