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关于绞接式风机空气动力学理论突破
作者:管理员    发布于:2012-11-01 10:16:14    文字:【】【】【
       现有风机的空气动力分析和工程设计通常采用动里一叶素理论(叶素理论.Blade Element MomentumTheory),该理论由动量理论(Momentum Theory)和叶素理论(Blade Element Theory)两个方面。
       A b M理论
       对于风机设计来说,动徽理论的扩展比叶素理论困难得多.也重要得多。动量理论方面.绞接式风机的主要变化是风运行状态发生变化的位置已经不同,不能沿用Actuator Disk的理论。
      原有的风力发电机的空气动力学理论假设风轮与风作用的作用面是一个平面,以该平面为墓础.研究该平面所对应的上风向和下风向一定距离内的速度场和压力场的模型,研究该平面上发生的动量传递以及压力突变等现象。以此获得对风轮与风相互作用的特点。然而.对一绞接式风机来说,风轮与风作用的作用面己经变为一个锥面,这一基本变化使得在原有基本假设一F导出的运行规津无法应用于绞接式风机。
      CFD方法曾作为绞接式风机理论研究的重要工具,能够仿真运算绞接式风机的风洞模型,从而计算出绞接式风机在一定的风力状况下与风的相互作用.并由此推算出风轮的空气动力学特性,如每个叶素的升力咫力、整个风轮的能量吸收率等参数.但是CFD计算方法存在的问脱是计算全大,而对于风机的设诗来说。通过调整叶素的参数来获得更好的性能,并仿真不同工作状态不同控制策略对风机运行的影响需要大量的计算,CFI)的巨大计算量在不断权街、反复计算的工程设计实践中不具备可操作性。
      有人采用各种方式修正现有的风机的空气动力模型以达到仿真绞接式风机的目的.但大多没能回溯到最基本假设的不同;也有人试图采用基于经验数据来辨识绞接式风机的模型,但都无法克服实验数据不足(仅Carter风机一套)、或该数据局限于小型绞接式风机、或该数据局限于大型风机的小角度绞接(小于100)的障碍。由于理论的不足和实验数据的不足,尽管以上努力也给出了很多有价值的思考.在一定范围内能够拟合柔性风机的性能,但不足以应用于工程设计实践。
      剑桥大学Curran Crawford的算法从风机空气动力模型的荃本假设出发,采用锥面的作用面进行分析,给出了关于纹接式风机的动量理论摸型131
      叶炭理论
      在叶素理论方面,原有的叶素的运算是基于叶素坐标系进行,由于在没有绞接的情况下,叶紊所在平面与理想平均风速的方向也就是风轮旋转轴方向平行.因而可以将以上坐标系合一。
        在绞接式风机中,叶素所在坐标系与理想平均风速方向,风轮旋转轴方向并非平行.因而需要在更多坐标变换计算的基础上,考察非平行的风速与叶型相互作用对叶片空气动力的升阻力的影响。同时,在偏肮情况下,绞接风轮的非对称性也增加了计算的难度。但整体说来,在叶素理论方面的变化更多集中在计算员上,而非集中在空气动力学的理论上,如果采用矢最的方法来描述叶素理论的运算系统,则其表达形式与传统风机相比变化不大。