项目名称: 风力机翼型的多尺度流场特性影响及协控机制研究

项目编号: No.51476171

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 能源与动力工程

项目作者: 杨科

作者单位: 中国科学院工程热物理研究所

项目金额: 75万元

中文摘要: 风力机单机容量大型化和运行环境的多样化发展突显了叶片流动的多尺度影响因素,翼型流动条件(如雷诺数、湍流度、表面粗糙度、攻角变化等)的多样性和不确定性,构成了风电叶片的流动控制机制及风力机翼型设计理论研究的重要挑战。为实现具有高效、低载、稳定和宽广工作范围的风力机翼型设计思想,课题拟开展如下研究:1)分析宏观风资源、风场特征及叶片旋转平面等多尺度流场因素对叶片表面流动的影响;2)采用基于区间模型的不确定分析方法,通过实际风场叶片测试,风洞翼型实验和CFD数值模拟的对比研究,揭示不确定流动参数对翼型气动性能的影响机理;3)基于以上研究,建立翼型性能的多学科目标函数和考虑不确定性流动的权重系数分配机制,构建稳健优化数学模型,最终形成复杂来流条件下翼型的流动协调控制机制及设计理论。课题的完成将推动适合我国风资源特点的风力机翼型设计理论的发展,为满足我国大型风电叶片多样化需求提供新的基础支撑。

中文关键词: 风力机翼型;优化设计;不确定性分析;多尺度流场特性

英文摘要: The increasing of the capacity of wind turbines and diversity of wind fields emphasizes multi-scale factors that influence the flow characteristics of blades. And the airfoils' flow conditions (Reynolds number, turbulent intensity, surface roughness and angle of attack, et al) become more diverse and uncertain, which bring a great challenge for the study of flow control of the rotor blades and design of wind turbine airfoils. In order to develop dedicated airfoils with the philosophy of high efficiency, low load, stable and wide operating angles of attack applying to diverse requirements, the research subject of proposal will perform the following investigations: 1) analyze the effects of multi-scale factors as macroscopic wind distributions, wind field features and rotating blades on the flow characteristics of the blade surface. 2)employ the method of uncertainty analysis based interval model to reveal the influence mechanism of uncertain flow parameters on the airfoils' performance though comparative study of wind field measurements, wind tunnel tests and CFD calculations; 3) based previous researches, establish the multi-discipline objective function of airfoils' performance and distribution mechanism of weight coefficients considering uncertain flow effects, build robust optimization mechanical model, and finally form the mechanism of the flow coordinate control and design theory of wind turbine airfoils in the condition of complex flow. The completion of proposal subject will promote the design theory of wind turbines airfoils suited for Chinese wind distribution characteristics, and provide new basic support for satisfying diverse requirements of MW rotor blades in our country.

英文关键词: Wind Turbine Airfoils;Optimization Design;Uncertainty Analysis;Multi-scale Flow Field Factors

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