【摘 要】
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叶片作为风力发电机组的重要组成部分,其气动性能对风力机的风能利用效率及整机功率输出有着重要意义,因此是风力机气动性能研究的核心问题。风力机的稳定可靠地运行对其并网发电效率及发电质量有着重要的作用。然而在系统服役过程中,叶片不可避免地会遇到腐蚀和载荷等多种不确定性因素的影响。在这一过程中,倘若结构性能对某一个或几个不确定性因素的变化过于敏感,则会使得风力机能量转化效率急剧下降,产生经济损失。因此,开
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学项目资金资助(51405069); 国家自然科学基金面上项目资金资助(51775095);
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叶片作为风力发电机组的重要组成部分,其气动性能对风力机的风能利用效率及整机功率输出有着重要意义,因此是风力机气动性能研究的核心问题。风力机的稳定可靠地运行对其并网发电效率及发电质量有着重要的作用。然而在系统服役过程中,叶片不可避免地会遇到腐蚀和载荷等多种不确定性因素的影响。在这一过程中,倘若结构性能对某一个或几个不确定性因素的变化过于敏感,则会使得风力机能量转化效率急剧下降,产生经济损失。因此,开展不确定性因素影响下的风力机翼型的流场响应和气动特性问题研究具有重要的科研价值和现实意义。本文以风力机翼型NACA 63-215为研究对象,基于MATLAB和Fluent的联合仿真,引入非嵌入式混沌多项式算法,开展风力机翼型的气动性能的不确定性分析研究。论文主要内容包括以下三方面:(1)通过回顾风力机翼型气动性能分析方法,结合CFD数值模拟的流体力学理论基础和混沌多项式展开理论基础,讨论了顶盖驱动速度和流体粘度为随机变量条件下系统不确定性分析的非嵌入式混沌多项式展开方法,结合Monte-Carlo随机模拟结果,验证了非嵌入式PCE算法的高效性和准确性。(2)基于MATLAB和Fluent的联合仿真,提出了不同攻角下的风力机翼型确定性分析的CFD数值模拟流程,动态获取该风力机翼型的气动特性曲线(升力系数曲线、阻力系数曲线、升阻比曲线),得到了风力机翼型的最优攻角α*。(3)考虑来流速度、空气密度以及动力粘度为服从高斯分布的随机变量,基于风机翼型的最优攻角α*进行后续的风机翼型流场相关物理量和翼型气动特性的PCE代理模型的后处理分析,其中包括了响应统计矩(均值和标准差)、概率分布(概率密度函数和累积分布函数)、灵敏度分析。在此基础上,开展了风力机翼型气动性能对结构和系统激励参数的参数回归分析,获取了翼型升阻比同来流速度、空气密度和动力粘度之间的显示解析函数关系式。
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