CN109653964A - 一种风力机气动性能实验阻塞修正方法 - Google Patents

一种风力机气动性能实验阻塞修正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109653964A
CN109653964A CN201910149027.XA CN201910149027A CN109653964A CN 109653964 A CN109653964 A CN 109653964A CN 201910149027 A CN201910149027 A CN 201910149027A CN 109653964 A CN109653964 A CN 109653964A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wind
speed
experimental section
conversion system
energy conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910149027.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN109653964B (zh
Inventor
李国文
朱建勇
王成军
张庆营
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Aerospace University
Original Assignee
Shenyang Aerospace University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Aerospace University filed Critical Shenyang Aerospace University
Priority to CN201910149027.XA priority Critical patent/CN109653964B/zh
Publication of CN109653964A publication Critical patent/CN109653964A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109653964B publication Critical patent/CN109653964B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

一种风力机气动性能实验阻塞修正方法，步骤为：在低速风洞闭口实验段内安装风力机气动性能实验装置，将风轮安装到风力机气动性能实验装置上，风轮数量至少为5个，若干风轮的直径各不相同；启动低速风洞，在设定风速下，测量风轮在闭口实验段内的转速；更换不同直径风轮，分别重复测量各个直径风轮的转速，求取转速的标准偏差；拆解下闭口实验段，使其变为开口实验段；启动低速风洞，在设定风速下，测量风轮在开口实验段内的转速；更换不同直径风轮，分别重复测量各个直径风轮的转速，求取转速的标准偏差；求取闭口实验段与开口实验段下的平均转速比值，该比值即为风力机气动性能实验阻塞系数；通过公式求取修正后的风力机气动性能实验阻塞系数。

Description

一种风力机气动性能实验阻塞修正方法
技术领域
本发明属于风力机气动性能实验技术领域，特别是涉及一种风力机气动性能实验阻塞修正方法。
背景技术
能源是现代社会和经济发展的基础，随着科技的发展和工业化进程的加快，人类对能源的需求越来越大，而与之相对的各种矿物资源日益耗尽，过多的使用矿物燃料会导致环境问题的出现，能源与环境问题已成为人类共同关注的焦点，保护环境与可持续发展已是社会发展的客观要求，清洁的可再生能源将是未来能源的发展方向。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿、交通不便的边远山区、地广人稀的草原牧场、远离电网和近期内电网还难以达到的农村及边疆地区，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径有着十分重要的意义。中国是全球第二大石油消费国，但又是一个缺乏资源的国家，目前42％以上的石油必须依赖进口，保证中国的能源安全，实现能源约束下中国经济的可持续发展路径，将决定着未来20年中国经济的核心竞争力。风能作为发展前景广阔的可再生能源，对我国能源需求是重要的补充，对缓解能源危机和保持经济的可持续发展有着重要的意义。
风力机气动性能实验也在风电技术发展的同时得到了发展，风力机实验风洞在全国也方兴未艾，而风洞实验则是在风洞中利用相似性准则进行的实验，风洞实验更加真实可靠，实验数据更接近于真实应用中的数据。其中，低速风洞按其实验段的开闭状态，分为闭口实验段风洞和开口实验段风洞，闭口实验段风洞有低能耗、流场优良、不受外界气候条件干扰等优点，广泛应用于航空领域和工农业生产。但是，对于闭口实验段低速风洞实验来说，由于洞壁的存在，其不同于外界自由流条件，一般要进行风洞实验段的阻塞修正，但是风力机气动性能实验与其他类风洞实验有所不同，其阻塞比较大，目前并没有合适的阻塞修正方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种风力机气动性能实验阻塞修正方法，用以修正因风轮扫掠面积对低速风洞闭口实验段阻塞不同造成的实验数据差异，可以提高风力机气动性能实验数据的真实性，为风力机气动性能设计提供更为可靠的实验数据作为依据。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种风力机气动性能实验阻塞修正方法，包括如下步骤：
步骤一：在低速风洞的闭口实验段内安装风力机气动性能实验装置，将风轮安装到风力机气动性能实验装置上，风轮的数量至少为5个，若干风轮的直径各不相同；
步骤二：启动低速风洞，在设定风速下，测量风轮在闭口实验段内的转速；
步骤三：更换不同直径的风轮，重复步骤二，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，为平均转速；
步骤四：拆解下低速风洞的闭口实验段，使其变为开口实验段；
步骤五：启动低速风洞，在设定风速下，测量风轮在开口实验段内的转速；
步骤六：更换不同直径的风轮，重复步骤五，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，为平均转速；
步骤七：求取步骤三与步骤六中的平均转速比值，该比值即为风力机气动性能实验阻塞系数；
步骤八：通过公式ε＝c1+c2s+c3s2+c4s3+c5s4求取修正后的风力机气动性能实验阻塞系数，式中，ε为阻塞系数，c1～c5为修正系数，s为风轮扫掠面积与闭口实验段截面面积的面积比。
本发明的有益效果：
本发明提供一种风力机气动性能实验阻塞修正方法，用以修正因风轮扫掠面积对低速风洞闭口实验段阻塞不同造成的实验数据差异，可以提高风力机气动性能实验数据的真实性，为风力机气动性能设计提供更为可靠的实验数据依据。
附图说明
图1为安装有风轮的风力机气动性能实验装置在低速风洞闭口实验段内的安装示意图；
图2为安装有风轮的风力机气动性能实验装置在低速风洞开口实验段内的安装示意图；
图中，1—风力机气动性能实验装置，2—风轮，3—闭口实验段，4—开口实验段，5—收缩段，6—扩散段，7—集气段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种风力机气动性能实验阻塞修正方法，包括如下步骤：
步骤一：如图1所示，在低速风洞的闭口实验段3内安装风力机气动性能实验装置1，将风轮2安装到风力机气动性能实验装置1上，风轮2的数量至少为5个，若干风轮2的直径各不相同；本实施例中，风轮2的数量为6个，6个风轮2内的叶片数量均为3个，叶片的翼型选取为NACA0018，所有叶片的弦长均为60mm，6个风轮2内的叶片展长分别为80mm、130mm、180mm、230mm、280mm、330mm，风轮2轮毂的直径为40mm，叶片在风轮2轮毂上的安装角为6度；低速风洞的闭口实验段3的截面尺寸为1000mm×1000mm；设定风速为12m/s；
步骤二：启动低速风洞，在设定风速下，测量风轮2在闭口实验段3内的转速；
步骤三：更换不同直径的风轮2，重复步骤二，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，为平均转速；获取的标准偏差如下表：
风轮直径(mm) 200 300 400 500 600 700
平均转速(r/min) 1534 1746 1942 1880 1823 1782
标准偏差 6.4 6.1 5.8 6.2 5.6 6.8
步骤四：拆解下低速风洞的闭口实验段3，使其变为如图2中所示的开口实验段4；
步骤五：启动低速风洞，在设定风速下，测量风轮2在开口实验段4内的转速；
步骤六：更换不同直径的风轮2，重复步骤五，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，为平均转速；获取的标准偏差如下表：
风轮直径(mm) 200 300 400 500 600 700
平均转速(r/min) 1468 1656 1786 1684 1601 1526
标准偏差 5.6 6.5 5.8 6.9 5.7 5.8
步骤七：求取步骤三与步骤六中的平均转速比值，该比值即为风力机气动性能实验阻塞系数，具体如下表：
风轮直径(mm) 200 300 400 500 600 700
步骤三中的平均转速n<sub>0</sub>(r/min) 1534 1746 1942 1880 1823 1782
步骤六中的平均转速n<sub>Z</sub>(r/min) 1468 1656 1786 1684 1601 1526
风力机气动性能实验阻塞系数ε(n<sub>Z</sub>/n<sub>0</sub>) 0.96 0.95 0.92 0.90 0.88 0.86
风轮扫掠面积与闭口实验段截面面积的面积比 0.0314 0.0707 0.1257 0.1963 0.2827 0.3848
步骤八：通过公式ε＝c1+c2s+c3s2+c4s3+c5s4求取修正后的风力机气动性能实验阻塞系数，式中，ε为风力机气动性能实验阻塞系数，c1～c5为修正系数，s为风轮扫掠面积与闭口实验段截面面积的面积比；具体的，风轮扫掠面积与闭口实验段截面面积的面积比则以上表中的前五组数据为例，将这五组数据分别带入公式中，可以得出以下五个方程组：
0.96＝c1+c2×0.0314+c3×0.03142+c4×0.03143+c5×0.03144
0.95＝c1+c2×0.0707+c3×0.07072+c4×0.07073+c5×0.07074
0.92＝c1+c2×0.1257+c3×0.12572+c4×0.12573+c5×0.12574
0.90＝c1+c2×0.1963+c3×0.19632+c4×0.19633+c5×0.19634
0.88＝c1+c2×0.2827+c3×0.28272+c4×0.28273+c5×0.28274
通过解方程组，可以得到c1＝0.9217，c2＝0.0784，c3＝-0.0487，c4＝0.0094，c5＝-0.0006，然后带回公式中，即可得到实施例中的ε＝0.9217+0.0784s-0.0487s2+0.0094s3-0.0006s4的风力机气动性能实验阻塞系数修正公式；最后，重新将实验中的风轮扫掠面积与闭口实验段截面面积的面积比带入阻塞系数修正公式中，就可以得到风轮扫掠面积与闭口实验段截面面积在不同面积比时的经修正后的风力机气动性能实验阻塞系数。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种风力机气动性能实验阻塞修正方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：在低速风洞的闭口实验段内安装风力机气动性能实验装置，将风轮安装到风力机气动性能实验装置上，风轮的数量至少为5个，若干风轮的直径各不相同；
步骤二：启动低速风洞，在设定风速下，测量风轮在闭口实验段内的转速；
步骤三：更换不同直径的风轮，重复步骤二，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，为平均转速；
步骤四：拆解下低速风洞的闭口实验段，使其变为开口实验段；
步骤五：启动低速风洞，在设定风速下，测量风轮在开口实验段内的转速；
步骤六：更换不同直径的风轮，重复步骤五，重复次数为7次，并将获取的7个转速求取平均值，然后按照公式求取转速的标准偏差，式中，S为转速的标准偏差，为平均转速；
步骤七：求取步骤三与步骤六中的平均转速比值，该比值即为风力机气动性能实验阻塞系数；
步骤八：通过公式ε＝c1+c2s+c3s2+c4s3+c5s4求取修正后的风力机气动性能实验阻塞系数，式中，ε为阻塞系数，c1～c5为修正系数，s为风轮扫掠面积与闭口实验段截面面积的面积比。
CN201910149027.XA 2019-02-28 2019-02-28 一种风力机气动性能实验阻塞修正方法 Expired - Fee Related CN109653964B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910149027.XA CN109653964B (zh) 2019-02-28 2019-02-28 一种风力机气动性能实验阻塞修正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910149027.XA CN109653964B (zh) 2019-02-28 2019-02-28 一种风力机气动性能实验阻塞修正方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109653964A true CN109653964A (zh) 2019-04-19
CN109653964B CN109653964B (zh) 2020-01-31

Family

ID=66123275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910149027.XA Expired - Fee Related CN109653964B (zh) 2019-02-28 2019-02-28 一种风力机气动性能实验阻塞修正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109653964B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111271230A (zh) * 2020-01-16 2020-06-12 沈阳航空航天大学 一种支架对水平轴风力机叶轮转速干扰量的测试方法

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201259461Y (zh) * 2008-09-27 2009-06-17 中国科学院沈阳应用生态研究所 一种低速风洞
CN102998082A (zh) * 2012-10-23 2013-03-27 绵阳市维博电子有限责任公司 一种用于风洞动导数俯仰振动试验的装置
CN203385536U (zh) * 2013-07-26 2014-01-08 天津大学 一种开/闭口双结构微风风洞
CN204386807U (zh) * 2014-07-15 2015-06-10 张琪 一种车用风洞发电系统
CN105134482A (zh) * 2015-07-22 2015-12-09 扬州大学 大型智能风机叶片系统灰色组合建模与优化振动控制的方法
CN105157988A (zh) * 2015-08-24 2015-12-16 同济大学 一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法
CN106194603A (zh) * 2016-08-31 2016-12-07 沈阳航空航天大学 一种同步测试风力机气动效率和发电效率的装置及方法
CN206054188U (zh) * 2016-08-31 2017-03-29 沈阳航空航天大学 一种同步测试风力机气动效率和发电效率的装置
CN108414182A (zh) * 2018-04-23 2018-08-17 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种翼型横摆振荡风洞试验装置
CN108661860A (zh) * 2018-06-19 2018-10-16 汕头大学 一种用于风洞试验的风力发电机转速测控系统
CN109115448A (zh) * 2018-09-30 2019-01-01 天津中德应用技术大学 一种适用于小型风洞的测控系统

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201259461Y (zh) * 2008-09-27 2009-06-17 中国科学院沈阳应用生态研究所 一种低速风洞
CN102998082A (zh) * 2012-10-23 2013-03-27 绵阳市维博电子有限责任公司 一种用于风洞动导数俯仰振动试验的装置
CN203385536U (zh) * 2013-07-26 2014-01-08 天津大学 一种开/闭口双结构微风风洞
CN204386807U (zh) * 2014-07-15 2015-06-10 张琪 一种车用风洞发电系统
CN105134482A (zh) * 2015-07-22 2015-12-09 扬州大学 大型智能风机叶片系统灰色组合建模与优化振动控制的方法
CN105157988A (zh) * 2015-08-24 2015-12-16 同济大学 一种基于测压孔的汽车整车风洞力压同测方法
CN106194603A (zh) * 2016-08-31 2016-12-07 沈阳航空航天大学 一种同步测试风力机气动效率和发电效率的装置及方法
CN206054188U (zh) * 2016-08-31 2017-03-29 沈阳航空航天大学 一种同步测试风力机气动效率和发电效率的装置
CN108414182A (zh) * 2018-04-23 2018-08-17 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种翼型横摆振荡风洞试验装置
CN108661860A (zh) * 2018-06-19 2018-10-16 汕头大学 一种用于风洞试验的风力发电机转速测控系统
CN109115448A (zh) * 2018-09-30 2019-01-01 天津中德应用技术大学 一种适用于小型风洞的测控系统

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111271230A (zh) * 2020-01-16 2020-06-12 沈阳航空航天大学 一种支架对水平轴风力机叶轮转速干扰量的测试方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109653964B (zh) 2020-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Experimental investigation of solidity and other characteristics on dual vertical axis wind turbines in an urban environment
CN102400847B (zh) 一种风力机叶片翼型
CN203374428U (zh) 一族大厚度钝尾缘风力机翼型
CN103410656A (zh) 一种叶根部位转捩延迟控制的风力机叶片
CN105840420A (zh) 一种新型升阻混合型垂直轴风力机
CN204755182U (zh) 垂直轴摆叶式风力发电机
CN109653964A (zh) 一种风力机气动性能实验阻塞修正方法
CN203892125U (zh) 一种基于风电机组机舱风速确定风轮前沿风速的装置
CN106894948A (zh) 基于仿生学的垂直轴风力机
CN104533706A (zh) 一种皮带传动的折叠叶片型垂直轴风机叶轮
CN201184272Y (zh) 具有分流窗口的风筒式风力发电装置
CN103291539B (zh) 一种叶片摆翼的设计方法和一种带叶片摆翼的h型立轴风力机
CN205689362U (zh) 一种可调桨垂直轴风力机风轮
CN204755184U (zh) 一种带导流条的垂直轴风力机叶片
CN104018999B (zh) 一种用于兆瓦级风力机叶片的25%厚度主翼型
CN100587257C (zh) 聚能-遮蔽可展曲面叶片风力发电装置
CN105927473A (zh) 一种可调桨垂直轴风力机风轮
CN209510519U (zh) 一种分体启动增阻式垂直轴风力机叶片
CN202991344U (zh) 垂直轴吸气式风力机
CN202370744U (zh) 一种风力机叶片翼型
CN110107455A (zh) 一种鱼尾摆动式垂直轴风力机叶片
CN104564523A (zh) 导流、反冲和伸缩功能风叶片的风力发电机
CN201184276Y (zh) 风筒式风力发电装置
CN204663775U (zh) 一种风力机叶片翼型族
CN104696158A (zh) 一种垂直轴风力发电机组升力型叶片翼型

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200131