本发明专利技术属于风机气动性能领域，本发明专利技术公开了一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，步骤S1：获取与目标风机额定功率相接近的原型风机气动计算参数；步骤S2：对原型风机的叶片进行径向尺寸缩放；步骤S3：计算原型风机尺寸缩放后的气动推力；步骤S4：调整尺寸缩放后原型风机的叶片桨距角；步骤S5：计算原型风机进一步调节叶片桨距角后的气动推力；步骤S6：循环重复步骤S4‑S5，直至气动推力与目标风机设计值一致；步骤S7：计算风机的气动性能和尾流特性。
1、随着现代社会的快速发展，风能由于具有储量大、分布广、无污染、可再生等优点，逐渐成为新能源研究与开发领域的重点。致动线方法是一种预报风机气动性能的方法，相比于高精度叶片几何建模方法，致动线方法计算量小，能够准确计算风机的气动载荷，且能够捕捉风机的三维尾流特征，因此被广泛应用于风机气动性能及尾流模拟的研究中。
2、现有技术的缺陷和不足：致动线方法需要将风机叶片沿径向离散成二维翼型，并根据翼型的升阻力系数计算二维翼型截面的升阻力。然而，在风机叶片设计的初始阶段，并无成熟的风机叶片翼型数据。
3、此外，由于风机叶片高度保密特性，且风机叶片厂家与漂浮式风机总体设计单位不同，漂浮式风机总体设计单位无法获取风机叶片的数据(包括几何数据和气动数据)，进而无法在漂浮式风机总体设计过程中考虑漂浮式风机的气动－水动耦合特性。中国专利申请号为cn202011109217.8提供了一种基于流体力学的风电机组偏航控制尾流模型修正方法，利用致动线模型模拟偏航风电机组的尾流场，并对流场特性进行统计，为偏航控制尾流模型提供修正参数。然而，致动线方法高度依赖于风机叶片截面的翼型气动数据，当缺少目标风机叶片截面翼型的升阻力数据时，则无法采用致动线方法模拟风机的气动性能和尾流场。
>1、为了克服现有技术中的问题，本专利技术提出一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，通过对公开发表的标准风机模型进行径向尺寸缩放和桨距角调节，实现未知目标风机翼型数据的情况下，较好的计算目标风机的气动推力。通过对某缺少叶片翼型数据的17mw风机模型进行计算，验证了该方法的可行性。2、根据本专利技术的一个方面，提供了一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：获取与目标风机额定功率相接近的原型风机气动计算参数；
4、步骤s2：对原型风机的叶片进行径向尺寸缩放；
5、步骤s3：计算原型风机尺寸缩放后的气动推力；
6、步骤s4：调整尺寸缩放后原型风机的叶片桨距角；
7、步骤s5：计算原型风机进一步调节叶片桨距角后的气动推力；
8、步骤s6：循环重复步骤s4-s5，直至气动推力与目标风机设计值一致；
9、步骤s7：计算风机的气动性能和尾流特性。
10、优选地，所述步骤s1的具体步骤如下：
11、根据原型风机和目标风机额定功率的接近原则，确定公开发表的原型风机型号，并根据资料查阅获取原型风机的详细气动计算参数，气动计算参数包括但不限于风机叶片的长度、不同入流风速下的转速和桨距角、沿叶片径向分布的翼型数据。
12、优选地，所述步骤s2中径向尺寸缩放的过程如下：
13、根据原型风机与目标风机的叶片尺寸，确定叶片径向尺寸缩放因子：
14、γ＝rt/ro
15、其中，rt为目标风机的叶片长度，ro为原型风机的叶片长度；
16、在不改变原型风机翼型气动数据的前提下，对原型风机翼型的径向位置分布进行尺寸缩放，获得原型风机尺寸缩放后的气动计算参数。
17、优选地，所述步骤s3的气动推力具体方法如下：
18、利用致动线方法将尺寸缩放后原型风机叶片沿径向进行离散，每个离散的二维翼型用一个致动点进行替代，致动点上的气动力根据叶素理论进行计算：
19、
20、其中，l和d分别表示作用在翼型截面处气动升力和气动阻力，ρ表示空气的密度，urel表示翼型截面的相对入流风速，c代表翼型截面的弦长，w表示二维翼型的厚度，cl和cd分别表示叶片翼型的升力系数和阻力系数，el和ed分别表示叶片随体坐标下升力方向和阻力方向的单位矢量；
21、风机的气动推力计算如下：
22、
23、其中，nb表示风机叶片的数量，np表示叶片致动点的数量。
24、优选地，所述步骤s4的桨距角的方法如下：
25、根据原型风机尺寸缩放后的气动推力与目标风机推力之间的差异，通过增大或减小原型风机的叶片桨距角，达到改变气动攻角进而改变缩放后原型风机气动推力的目的；
26、其中根据叶片截面处的速度矢量关系，可以确定入流角φ：
27、φ＝tan-1(ua/ut)
28、其中，ua和ut分别是相对风速urel在叶片旋转坐标系下轴向和切向方向的投影；
29、进一步地，叶片截面处的局部攻角α:
30、α＝φ-θpitch
31、其中，θpitch代表叶片截面所在位置的桨距角。
32、优选地，所述步骤s5进一步调节桨距角后的气动推力的方法如下：
33、同样根据致动线方法，结合尺寸缩放及调整桨距角后的风机气动计算参数，计算每个离散致动点的气动力，对风机叶片上的致动点进行积分，计算原型风机进一步调节桨距角后的气动推力。
34、优选地，所述步骤s6计算风机气动推力与目标风机设计值一致的方法如下：
35、对比调节桨距角后原型风机与目标风机气动推力之间的差异，若差异不满足精度要求，则继续迭代调节原型风机的叶片桨距角直到精度满足要求。
36、优选地，所述步骤s7计算风机尾流特性的方法如下：
37、将叶片致动点的气动力以体积力的形式投影到流场中，采用高斯函数进行光顺处理：
38、
39、其中，fε表示将风力机的气动载荷以体积力形式分布于网格节点上，f＝(l,d)为利用叶素理论计算的风机气动载荷，ηε代表正则化高斯核函数，ε一般取值为风机附近最小网格尺寸的2倍，di代表网格节点(xi,yi,zi)与致动点(x,y,z)之间的距离。
40、本专利技术一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法的技术效果和优点：
41、本专利技术在缺少目标风机叶片翼型数据的前提下，利用致动线方法较好地计算出风机的气动推力，并分析风机的尾流特性；提供一种推力等效的观点，为漂浮式风机支撑平台在开发设计过程中考虑漂浮式风机在风浪联合作用下的气动-水动耦合响应提供理论支撑。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤S2中径向尺寸缩放的过程如下：
4.根据权利要求2所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤S3的气动推力具体方法如下：
5.根据权利要求4所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤S4的桨距角的方法如下：
6.根据权利要求5所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤S5进一步调节桨距角后的气动推力的方法如下：
7.根据权利要求6所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤S6计算风机气动推力与目标风机设计值一致的方法如下：
8.根据权利要求7所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤S7计算风机尾流特性的方法如下：
...
【技术特征摘要】
1.一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤s1的具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤s2中径向尺寸缩放的过程如下：
4.根据权利要求2所述的一种未知翼型数据的风机气动性能致动线建模方法，其特征在于，所述步骤s3的气动推力具体方法如下：
5.根据权利要求4所述的一种未知翼型数...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵伟文，徐顺，王魁，万德成，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。