2015年,我國累計風(fēng)電裝機中,1.5M以的風(fēng)電機組依然處于主導(dǎo)地位,占總裝機容量同比下降約5個百分點;2MW的風(fēng)電機組市場份額上升至28%,同比上升約6個百分點。為配合我國低風(fēng)速地區(qū)風(fēng)能資源的開發(fā),其制造企業(yè)紛紛研制低風(fēng)速型風(fēng)電機組,使得低風(fēng)速地區(qū)同樣實現(xiàn)了風(fēng)電開發(fā)價值。如2013年9月,聯(lián)合動為1.5兆瓦97米風(fēng)輪直徑的超低風(fēng)速風(fēng)電機組并網(wǎng)發(fā)電。2014年,遠(yuǎn)景能源在1.5兆瓦93米風(fēng)輪直徑機組的基礎(chǔ)上,推出了1.8兆瓦106米風(fēng)輪直徑的機組�？傊�,隨著風(fēng)電事業(yè)的大力發(fā)展,風(fēng)電機組向大型化發(fā)展。風(fēng)輪吸收風(fēng)能的大小與其掃掠面積成正比,單機容量增加必然要求葉片長度增加。葉片的長度增加導(dǎo)致了葉片材料及工藝、結(jié)構(gòu)、疲勞、專用翼型、氣動噪聲等一系列技術(shù)問題的出現(xiàn)。較早的風(fēng)電葉片由于氣動特性的考慮多選用較薄的翼型。如圖1-2所示,當(dāng)遭遇臺風(fēng)時,風(fēng)電機組受到較大的強度和載荷,葉片斷裂的可能性很太。為了増強葉片的結(jié)構(gòu)強度,在大型風(fēng)電葉片的根部選用大厚度的翼型逐漸成為一種趨勢。

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2湍流發(fā)生器的流動控制原理

2.1邊界層的概念

層流邊界層不穩(wěn)定,一般在速度較低的條件下得以維持,當(dāng)速度增加或者受到擾動時流體的流動失去穩(wěn)定性,由層流流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿鹆?這一過程稱為邊界層的轉(zhuǎn)披。對于翼型而言,其特征長度一般為翼型的弦長。雷諾數(shù)表征了翼型流動的慣性力和粘性力的比值,或者邊界層內(nèi)粘性作用的太小。實驗表明,雷諾數(shù)越低,層流邊界層越穩(wěn)定;而雷諾數(shù)的增加會使層流失穩(wěn)并轉(zhuǎn)披成端流邊界層。

2.2邊界層分離的基本特性

由于粘性摩擦的作用,邊界層內(nèi)流體的能量逐漸耗散。對于逆壓梯度區(qū)的流動而言,壓力梯度的方向和流體運動的方向相反,最終使得翼型表面處的流體無法克服逆壓梯度而反向流動,變?yōu)轫槈毫鲃訌亩霈F(xiàn)回流、分離。在大多數(shù)情況下,一旦邊界層出現(xiàn)逆向流動,整個邊界層從的結(jié)構(gòu)瓦解,流體從翼型表面分離,形成一個大的湍流尾流。邊界層流動分離對翼型的氣動特性有重要影響。由于分離流與外界自由流的接混作用,分離點以后流體的能量得到了補充,壓力得以恢復(fù)。大范圍的邊界層分離將導(dǎo)致分離點以后直到尾緣部分的很大一部分翼型表面壓力增加。一方面使得翼型上下表面的壓力差降低,從而降低翼型的升力系數(shù),導(dǎo)致失速現(xiàn)象,也就是說,翼型邊界層的流動分離與升力系數(shù)的失速現(xiàn)象密切相關(guān),包括上表面或者下表面部分或者完全分離;另一方面,導(dǎo)致翼型所受壓差阻力驟然增加,從而大幅度増加翼型總的阻力。

3實驗設(shè)備和實驗方法.....15

3.1實驗方法.....15
3.2風(fēng)洞、實驗?zāi)Ｐ团c測量儀器介紹.....15
3.3風(fēng)電機組實驗相關(guān)設(shè)備.....18
4冀型實驗研究結(jié)果.....25
4.1引言.....25
4.2實驗重復(fù)性驗證.....25
4.3實驗方案.....27
5風(fēng)電機組實驗研究.....47
5.1引言.....47
5.2實驗結(jié)果分析.....47
5.3小結(jié)......54

5風(fēng)電機組實驗研究

5.1引言

風(fēng)電機組實驗測試是最接近風(fēng)電機組運行狀態(tài)的一種實驗方法,在風(fēng)電機組上安裝滿流發(fā)生器能夠直觀的反映禍流發(fā)生器對風(fēng)電機組的影響。在上一章中,研究了風(fēng)電葉片專用大厚度翼型上,滿流發(fā)生器的排列方式對翼型氣動特性的影響。本章將以此為基礎(chǔ),研究安裝禍流發(fā)生器的風(fēng)電機組的功率特性。大型葉片的造價非常昂貴,在大型葉片上安裝鍋流發(fā)生器進(jìn)行試驗成本較高,風(fēng)險極大。因此,在小型風(fēng)電機組上進(jìn)行禍流發(fā)生器的相關(guān)試驗是一種簡單易行的方式。本章將對在中國科學(xué)院工程熱物理研究所100k以風(fēng)電機狙開展的渦流發(fā)生器的實驗進(jìn)行研究。

5.2實驗結(jié)果分析

根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn),測量的風(fēng)速為輪穀高度處的風(fēng)速。但是由于實驗風(fēng)電機組的高度較低,近地面揣流度較大。葉輪不同高度處風(fēng)速差別較大。以2016年2月24日的測量結(jié)果為例,葉輪頂端、高度處和葉輪底端的風(fēng)速如圖5-1所示。可以看出,葉輪不同高度處的風(fēng)速相差較大,采用輪穀高度的風(fēng)速不能真實反映通過風(fēng)輪的風(fēng)能。由于風(fēng)電機組系統(tǒng)原因,機艙角度與輪穀高度風(fēng)向存在偏差。由圖5-3可以看出,機艙風(fēng)向標(biāo)風(fēng)向與來流風(fēng)向存在一定的角度偏差。當(dāng)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速較低時,機艙風(fēng)向標(biāo)受風(fēng)輪的影響,出現(xiàn)較大的波動。實驗在2016年1月到2016年3月進(jìn)行。繪出了滿足功率特性測試標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)電機組功率特性測試散點圖。由圖5-4可以看出,所測風(fēng)電機組在同一輪毅高度處風(fēng)速下,實測輸出功率除個別風(fēng)速點外,相差不大。

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6結(jié)論與展望

為了研究禍流發(fā)生器對風(fēng)電葉片氣動特性的影響,論文作者采用了表面壓為測量方法通過風(fēng)洞實驗研究了禍流發(fā)生器對大厚度翼型CAS-2-350及CAS-2-400的影響。實驗中分別測量了禍流發(fā)生器不同安裝位置,高度,安裝間距以及雙列排布等狀態(tài)下翼型氣動數(shù)據(jù)。分析了禍流發(fā)生器對翼型升力系數(shù)、阻力系數(shù)、失速攻角和翼型表面壓力等特性參數(shù)的影響。通過在工程熱物理研究所自主設(shè)計的100k以風(fēng)電葉片上安裝禍流發(fā)生器,測量了風(fēng)電機組的輸出功率和功率系數(shù)。通過區(qū)間法對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到了輸出功率平均值與風(fēng)速關(guān)系的散點圖,對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)空氣密度的測量功率曲線圖,對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)空氣密度的風(fēng)電機組功率系數(shù)與風(fēng)速的曲線圖。依據(jù)功率曲線功率系數(shù)曲線對安裝鍋流發(fā)生器的風(fēng)電機組性能進(jìn)行了分析和評估。

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參考文獻(xiàn)（略）

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本文編號：169298