摘要：依据薄壁杆件正应力计算方法和多闭室剖面剪流的理论依据,形成一套用于大型风力机叶片铺层设计的工程算法。该算法可计算各剖面在极限载荷作用下的固有特性和静强度,包括拉伸、压缩强度和面内剪切强度,给出一种用于多材料铺层的厚度折算方法和剪流计算过程。然后对工程算法设计的铺层进行有限元分析,主要校核叶片剖面的剪切强度和相对扭角。通过有限元校核,证明运用该工程算法进行叶片剪切强度计算与分析的合理性和可靠性。

摘要：以NREL PhaseⅥ叶片为对象,基于RANS方法开展CFD数值模拟研究,发展了先在二维翼型上校正湍流模型封闭常数然后用于三维旋转叶片数值模拟的方法。将在S809翼型上校正出的SST湍流模型封闭常数β*的最佳数值用于NREL PhaseⅥ叶片的数值模拟,可显著提高该叶片在失速状态下气动力的数值模拟准确程度。

摘要：在复合材料风力机叶片有限元模型的基础上,给出一种新型的分布力函数加载方法,沿叶片展向将各截面的挥舞集中力和摆振集中力转化为叶片展长不同位置的分布力函数,同时考虑翼型的压力分布特性将弦向的单点集中力转化为分布力函数,从而将叶片展向分布力和弦向分布力加载于叶片有限元模型的外壳轮廓面上。通过有限元分析分布力函数加载方式下的叶片挠度、静强度和稳定性,与叶片各截面的集中力载荷通过多点约束的加载方式作用于叶片节点上的结构特性相比较,结果表明,采用分布力函数表达式加载能真实模拟叶片的受力特性,为叶片结构设计和结构校核提供了一种新的加载方法。

摘要：采用基于k-ωSST湍流模型的Gamma-Theta转捩模型对S809翼型和NREL Phase VI叶片进行了考虑转捩的气动力数值模拟,研究了转捩对其气动特性特别是失速特性的影响。首先对S809翼型在迎角0°～30°范围内开展了数值模拟,比较了转捩模拟和全湍流模拟获得的翼型升力系数和流场特征,发现前缘层流分离泡的存在显著影响了翼型的失速特性;然后对NREL Phase VI叶片开展了类似的数值模拟,结果显示转捩对叶片失速特性和翼型失速特性产生影响的作用方式是相似的。经过对以上数值模拟结果加以分析认为,转捩对翼型和叶片失速特性的影响主要通过前缘层流分离泡的作用体现出来,前缘层流分离泡的存在使翼型和叶片更早地进入深失速。

摘要：研究了经典遗传算法在风力机叶片优化设计中的局部收敛和"进化停滞"问题,提出基于共享机制的自适应小生境技术的改进方法。应用此算法,系统研究了不同光顺过程、设计目标和叶尖速比条件对1.5MW变桨恒频大型风力机叶片优化设计的影响。结果表明,采用先光顺后寻优的设计方法,能有效减小叶片质量和增大年发电量;以年发电量最大为目标设计的叶片虽然能少量提高年发电量,但是以提高风轮的整体实度为代价;在给定风场条件,年发电量随叶尖速比增大是一个先增后减的过程,由此可确定最佳叶尖速比。

摘要：以S809、S815和S825这3种S系列翼型为对象,探讨SST k-ω湍流模型封闭常数β*的取值对风力机翼型气动特性数值模拟结果的影响。首先围绕S809翼型展开,发现调整β*可显著改善翼型轻失速阶段数值模拟的准确性,且其最佳数值在不同迎角和一定雷诺数范围内恒为常数。S815翼型与S809翼型适用相同的最佳β*数值,而S825翼型则有所差异,说明在S系列某翼型上校正得到的最佳封闭常数,有助于改善该系列其他翼型的数值模拟结果,但不一定仍是最佳数值。研究结论有助于在有个别实验数据校正的情况下改善风力机翼型的数值模拟准确性,也具备用于改善风力机叶片数值模拟准确性的潜力。

摘要：提出一套快速预测偏航状态下风力机全机结构气弹响应的分析方法。以南京航空航天大学自主研发的5MW特大型概念风力机为例,建立风力机塔架-叶片耦合模型获取模态信息;采用谐波叠加法和改进的叶素-动量理论计算气动荷载,并考虑了偏航角对诱导速度的影响;再运用模态叠加法求解风力机耦合动力学方程,通过迭代循环更新叶片速度和气动力,对风力机塔架-叶片耦合结构进行气动载荷和气弹响应计算,并通过参数分析归纳出偏航角和气动弹性对风力机全机动态响应的影响规律。研究结论可为此类特大型风力机塔架-叶片耦合结构的抗风设计提供科学依据。

摘要：以NREL Phase叶片的1/8模型为对象,采用有限体积法求解不可压缩雷诺平均的Navier-Stokes方程组,模拟了风力机叶片的绕流和尾流,分析了叶尖涡的生成和发展过程。结果显示:在叶片尖部,从前缘开始生成的压力面一侧漩涡和从约1/2弦线开始生成的吸力面一侧漩涡在尾缘附近汇合并脱出形成叶尖涡;在近尾流区域,叶尖涡先局部向内迁移,但其原因并非风轮旋转;在远尾流区域,叶尖涡以接近线性的规律持续向外迁移;叶尖涡与叶根涡共同形成的涡系结构,在风轮下游相当一段距离仍然对尾流场产生显著的速度诱导,表明尾涡对风力机尾流场产生主导作用。

摘要：上风型风力机叶片的绕流和旋转直接影响塔架周围的流场,以南京航空航天大学自主研发的3 MW水平轴风力机塔架-叶片体系为研究对象,采用大涡模拟(LES)方法对叶片不同停机位置(共计八种计算工况)下风力机塔架绕流和尾流特性进行了数值模拟,并与国内外脉动风压实测曲线进行对比验证了LES方法的有效性。在此基础上,对比分析了叶片不同停机位置对风力机塔架表面压力系数、整体升力及阻力系数、绕流和尾流特性的影响;研究表明叶片停机位置对塔架绕流及气动力分布的影响显著,其中工况五的停机位置最为不利,工况一的停机位置最为有利。主要研究结论可为大型风力机在停机状态下的抗风设计提供参考依据。

摘要：从提高叶片效率和降低叶片输出载荷两方面对翼型的设计要求进行了分析,并直接以叶片的综合性能为目标,采用遗传算法耦合XFOIL进行翼型的优化设计,最终以计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)的计算结果作为翼型性能的评价依据,设计了相对厚度从18%到30%四个风力机专用翼型。从理论上分析了翼型形状改变与性能改善之间的对应关系。结果显示,与行业内成熟的翼型相比,新翼型在效率控制区内能取得更好的升阻力特性,同时在载荷控制区内能减小升力系数,因而采用该族翼型能够在提高叶片的发电量同时减小叶片的输出载荷,为叶片带来更好的综合性能。