CN113836839A - 一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法 - Google Patents

一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113836839A
CN113836839A CN202111165890.8A CN202111165890A CN113836839A CN 113836839 A CN113836839 A CN 113836839A CN 202111165890 A CN202111165890 A CN 202111165890A CN 113836839 A CN113836839 A CN 113836839A
Authority
CN
China
Prior art keywords
flow field
vortex generator
field visualization
roughness
blade
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
CN202111165890.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113836839B (zh
Inventor
张林伟
蔡安民
林伟荣
李媛
李力森
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.)
Huaneng Clean Energy Research Institute
Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd
Original Assignee
Huaneng Clean Energy Research Institute
Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd
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 Huaneng Clean Energy Research Institute, Huaneng Group Technology Innovation Center Co Ltd filed Critical Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority to CN202111165890.8A priority Critical patent/CN113836839B/zh
Publication of CN113836839A publication Critical patent/CN113836839A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113836839B publication Critical patent/CN113836839B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，包括：采用流场可视化的方法确定当前叶片翼型的气流分离位置A；对标准翼型进行仿真，在标准翼型前缘设置点蚀，模拟粗糙度；对带有模拟粗糙度的标准翼型进行流体计算，确定气流分离位置B；当气流分离位置B相对于气流分离位置A之间的差异小于设定阈值时，确定前缘粗糙度；基于所述确定的前缘粗糙度，对涡流发生器沿弦长方向的位置进行模拟计算，确定最优的安装位置。依据本方法计算的涡流发生器弦向位置，可极大地降低前缘粗糙度对翼型失速分离的影响，减小升力损失和阻力增加量，同时有效降低发电量损失。

Description

一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法
技术领域
本发明属于风力发电领域，具体涉及一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法。
背景技术
随着风电机组叶片的大型化趋势发展，由于叶轮惯性增加、叶片扭转、高雷诺数等原因，导致叶片极易发生失速。目前大型叶片的失速分析和涡流发生器的安装已是目前新增容量风电机组的标准配置。
对于在役运行机组，随着运行年限的增加，风电机组叶片表面特别是前缘会发生脏污、昆虫尸体、风蚀、点蚀或沙尘等各形式的破坏，而这些破坏直接决定了前缘粗糙度，对原翼型的气动特性产生极大的影响。翼型前缘粗糙度的增加，使得流经翼型表面的气流提前转捩进入分离失速区，导致翼型升力下降、阻力大幅增加。安装涡流发生器可以很好的改善由于前缘粗糙度增加导致的失速提前，其中涡流发生器沿翼型弦向的安装位置对气流分离和失速的影响最大。因此对于在役机组特别是高海拔、低空气密度地区机组，安装涡流发生器具有很好的效果。
对于涡流发生器的安装位置，行业内主要是依据基于标准翼型或原始翼型的CFD流体仿真计算确定弦向安装位置，较少数的利用风洞实验进行不同位置、外形设计的实验数据分析。上述方式对于新增容量机组叶片具有较好的指导意义，但对于运行一定年限后的在役机组叶片，则涡流发生器的效果将会大幅降低。以往利用标准光滑翼型进行仿真计算或者风洞实验确定的涡流发生器位置，无法有效改善因前缘粗糙度带来的转捩和分离的提前。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，以解决现有技术中，利用标准光滑翼型进行仿真计算或者风洞实验确定的涡流发生器位置，无法有效改善因前缘粗糙度带来的转捩和分离的提前的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，包括如下步骤：
采用流场可视化的方法确定当前叶片翼型的气流分离位置A；
对标准翼型进行仿真，在标准翼型前缘设置点蚀，模拟粗糙度；
对带有模拟粗糙度的标准翼型进行流体计算，确定气流分离位置B；
当气流分离位置B相对于气流分离位置A之间的差异小于设定阈值时，确定前缘粗糙度；
基于所述确定的前缘粗糙度，对涡流发生器沿弦长方向的位置进行模拟计算，确定最优的安装位置。
可选的，采用流场可视化的方法确定当前叶片翼型的气流分离位置A，具体包括如下步骤：
将丝线带沿叶片弦向粘贴在叶片吸力面上，每个丝线带所处的叶片展向位置为叶片所用的标准翼型厚度所在的展向位置；
用照相机对某一只叶片带有丝线带的吸力面进行抓拍，同步记录机组转速、风速、风向数据，用于流体仿真分析；
通过照片判断翼型表面第一个没有按照气流流经翼型表面方向的丝线带位置，作为气流分离位置A。
可选的，所述丝线带上的相邻丝线的间隔L大于丝线的长度k。
可选的，所述照相机安装在机组上风向2D～5D位置。
可选的，所述照相机抓拍的叶片方位角为90°。
可选的，对标准翼型进行仿真采用CFD仿真。
可选的，对带有模拟粗糙度的标准翼型进行流体计算时，机组转速、风速、风向数据，与照相机对某一只叶片带有丝线带的吸力面进行抓拍时的机组转速、风速、风向数据相同。
可选的，所述气流分离位置B相对于气流分离位置A之间差异设定阈值为5％。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供的基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，采用流场可视化及表面安装丝线带方法可以有效的反应当前叶片翼型的分离位置。通过在标准翼型前缘模拟设置点蚀或其他类型的方法模拟粗糙度，通过CFD软件仿真计算气流分离的位置，若能在多个风速下与流场可视化的分离位置接近，可作为当前叶片翼型前缘状态的近似翼型模型进行涡流发生器的设计和安装，特别是弦向定位。本方法计算的涡流发生器弦向位置，可极大地降低前缘粗糙度对翼型失速分离的影响，减小升力损失和阻力增加量，同时有效降低发电量损失。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法逻辑图。
图2为本发明实施例中丝线带安装位置示意图。
图3为本发明实施例中流场可视化示意图。
图4为本发明实施例中模拟前缘粗糙度示意图。
图5为本发明实施例中有粗糙度翼型的气流分离情况示意图。
图6为本发明实施例中丝线带安装位置放大图。
图中，1丝线带；11丝线；2前缘；3叶尖；4叶片根部；5分离区；6点蚀。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
本发明实施例提供了一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，通过流场可视化方法确认在役叶片各关键截面的气流分离和失速位置，在CFD软件中模拟设计前缘粗糙度，进而指导设计涡流发生器的外形设计和弦向安装位置。可极大地降低前缘粗糙度对翼型失速分离的影响，减小升力损失和阻力增加量，同时有效降低发电量损失。
如图1所示，包括如下具体步骤：
S1、在叶片上画线定位叶片所用的标准翼型厚度所在的展向位置。
S2、如图2、3和6所示，从叶片根部4到叶尖3，将丝线带1沿叶片弦向粘贴在叶片吸力面，每个丝线带1所处的叶片展向位置为叶片所用的标准翼型厚度所在的展向位置，丝线带1上连接有丝线11，丝线带1上相邻丝线11的间隔L大于丝线11的长度k；丝线11在气流的作用下可以顺气流方向，一旦气流分离形成分离区5，丝线11无法继续跟随气流方向，整个丝线带1上呈现丝线11指向不一致的情况。
S3、在机组上风向2D～5D位置安装固定高分辨率照相机，对某一只叶片带有丝线带1的吸力面进行抓拍，抓拍的叶片方位角为90°，抓拍照片的同时，同步记录机组转速、风速、风向数据，用于流体仿真分析。
S4、将照片进行图像处理或人工识别，通过照片判断翼型表面第一个没有按照气流流经翼型表面方向的丝线带位置，作为气流分离位置A，气流分离位置A的确定与丝线长度k和丝线间隔L有关。
S5、如图4和5所示，对每个丝线带1所在的标准翼型进行CFD仿真。在标准翼型的前缘2设置点蚀6，模拟粗糙度。与步骤S3记录的同等风速、转速、风向数据边界条件下，对带有模拟粗糙度的翼型进行流体计算，确定气流分离位置B。
S6、当对比多个风速下仿真结果与流场可视化的气流分离位置之间的差异均小于5％时，确定前缘粗糙度。基于确定的前缘粗糙度，对涡流发生器沿弦长方向的位置进行模拟计算，确定最优的安装位置。
本发明实施例提供的方法对现场叶片前缘2的状态进行模拟，确认当年状态下的叶片转捩和分离位置，流场可视化及表面安装丝线带方法可以有效的反应当前叶片翼型的分离位置。通过在标准翼型的前缘2模拟设置点蚀6或其他类型的方法模拟粗糙度，通过CFD软件仿真计算气流分离的位置，若能在多个风速下与流场可视化的分离位置接近，可作为当前叶片翼型前缘状态的近似翼型模型进行涡流发生器的设计和安装，特别是弦向定位。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用流场可视化的方法确定当前叶片翼型的气流分离位置A；
对标准翼型进行仿真，在标准翼型前缘设置点蚀，模拟粗糙度；
对带有模拟粗糙度的标准翼型进行流体计算，确定气流分离位置B；
当气流分离位置B相对于气流分离位置A之间的差异小于设定阈值时，确定前缘粗糙度；
基于所述确定的前缘粗糙度，对涡流发生器沿弦长方向的位置进行模拟计算，确定最优的安装位置。
2.根据权利要求1所述的基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，其特征在于，采用流场可视化的方法确定当前叶片翼型的气流分离位置A，具体包括如下步骤：
将丝线带沿叶片弦向粘贴在叶片吸力面上，每个丝线带所处的叶片展向位置为叶片所用的标准翼型厚度所在的展向位置；
用照相机对某一只叶片带有丝线带的吸力面进行抓拍，同步记录机组转速、风速、风向数据，用于流体仿真分析；
通过照片判断翼型表面第一个没有按照气流流经翼型表面方向的丝线带位置，作为气流分离位置A。
3.根据权利要求2所述的基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，其特征在于，所述丝线带上的相邻丝线的间隔L大于丝线的长度k。
4.根据权利要求2所述的基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，其特征在于，所述照相机安装在机组上风向2D～5D位置。
5.根据权利要求2所述的基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，其特征在于，所述照相机抓拍的叶片方位角为90°。
6.根据权利要求1所述的基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，其特征在于，对标准翼型进行仿真采用CFD仿真。
7.根据权利要求2所述的基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，其特征在于，对带有模拟粗糙度的标准翼型进行流体计算时，机组转速、风速、风向数据，与照相机对某一只叶片带有丝线带的吸力面进行抓拍时的机组转速、风速、风向数据相同。
8.根据权利要求1所述的基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法，其特征在于，所述气流分离位置B相对于气流分离位置A之间差异设定阈值为5％。
CN202111165890.8A 2021-09-30 2021-09-30 一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法 Active CN113836839B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111165890.8A CN113836839B (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111165890.8A CN113836839B (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113836839A true CN113836839A (zh) 2021-12-24
CN113836839B CN113836839B (zh) 2023-12-08

Family

ID=78967939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111165890.8A Active CN113836839B (zh) 2021-09-30 2021-09-30 一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113836839B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117436344A (zh) * 2023-11-10 2024-01-23 沈阳工业大学 一种基于参数化描述的风力机叶片结构优化设计方法
CN117780556A (zh) * 2023-10-31 2024-03-29 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的变桨控制方法及风力发电机组

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120151769A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 Inventus Holdings, Llc Method for determining optimum vortex generator placement for maximum efficiency on a retrofitted wind turbine generator of unknown aerodynamic design
CN105840434A (zh) * 2016-05-16 2016-08-10 宜春学院 一种风电叶片涡流发生器优化设计方法
CN106321347A (zh) * 2016-11-11 2017-01-11 安徽新力电业科技咨询有限责任公司 一种风力机涡流发生器
CN108280259A (zh) * 2017-12-25 2018-07-13 明阳智慧能源集团股份公司 一种风电叶片涡流发生器安装位置及其尺寸的确定方法
US20190010917A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method for determining arrangement position of vortex generator on wind turbine blade, method for producing wind turbine blade assembly, and wind turbine blade assembly
CN111502907A (zh) * 2019-01-30 2020-08-07 上海电气风电集团股份有限公司 涡流发生器、风机叶片及包括其的风力发电机
CN111859651A (zh) * 2020-07-10 2020-10-30 浙江运达风电股份有限公司 一种低空气密度下风电机组发电性能优化方法
CN112943565A (zh) * 2021-03-16 2021-06-11 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种具有波浪形涡流发生器的风机叶片及其设计方法
CN113090446A (zh) * 2021-04-30 2021-07-09 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种基于翼型的叶片增功装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120151769A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 Inventus Holdings, Llc Method for determining optimum vortex generator placement for maximum efficiency on a retrofitted wind turbine generator of unknown aerodynamic design
CN105840434A (zh) * 2016-05-16 2016-08-10 宜春学院 一种风电叶片涡流发生器优化设计方法
CN106321347A (zh) * 2016-11-11 2017-01-11 安徽新力电业科技咨询有限责任公司 一种风力机涡流发生器
US20190010917A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-10 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Method for determining arrangement position of vortex generator on wind turbine blade, method for producing wind turbine blade assembly, and wind turbine blade assembly
CN108280259A (zh) * 2017-12-25 2018-07-13 明阳智慧能源集团股份公司 一种风电叶片涡流发生器安装位置及其尺寸的确定方法
CN111502907A (zh) * 2019-01-30 2020-08-07 上海电气风电集团股份有限公司 涡流发生器、风机叶片及包括其的风力发电机
CN111859651A (zh) * 2020-07-10 2020-10-30 浙江运达风电股份有限公司 一种低空气密度下风电机组发电性能优化方法
CN112943565A (zh) * 2021-03-16 2021-06-11 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种具有波浪形涡流发生器的风机叶片及其设计方法
CN113090446A (zh) * 2021-04-30 2021-07-09 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种基于翼型的叶片增功装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WOOBEOM HAN: "Effects of contamination ang erosion at the leading edge of blade tip airfuils on the annual energy production of wind turbines", 《RENEWABLE ENERGY》, pages 817 - 823 *
孙松峰: "小型水平轴风力机叶片参数优化与实验研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》, pages 042 - 53 *
梁湿: "风力机翼型气动力的雷诺数修正及其影响分析", 《可再生能源》, pages 1658 - 1663 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117780556A (zh) * 2023-10-31 2024-03-29 北京金风科创风电设备有限公司 风力发电机组的变桨控制方法及风力发电机组
CN117436344A (zh) * 2023-11-10 2024-01-23 沈阳工业大学 一种基于参数化描述的风力机叶片结构优化设计方法
CN117436344B (zh) * 2023-11-10 2024-07-02 沈阳工业大学 一种基于参数化描述的风力机叶片结构优化设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113836839B (zh) 2023-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8746053B2 (en) Method for determining optimum vortex generator placement for maximum efficiency on a retrofitted wind turbine generator of unknown aerodynamic design
CN113836839B (zh) 一种基于流场可视化的涡流发生器弦向定位方法
US10202965B2 (en) Method and system for estimating the surface condition of a rotating blade
EP2917571B1 (en) A system and method for trailing edge noise reduction of a wind turbine blade
EP2739529A2 (en) Method for retrofitting vortex generators on a wind turbine blade
EP2739528A2 (en) A vortex generator arrangement for an airfoil
EP3431750B1 (en) Method for determining arrangement position of vortex generator on wind turbine blade, method for producing wind turbine blade assembly, and wind turbine blade assembly
CN105804955B (zh) 风力发电机组用叶片及风力发电机组
Lissaman Wind turbine airfoils and rotor wakes
EP3308014B1 (en) Rotor blade shaped to enhance wake diffusion
CN103883483B (zh) 一种100w风力发电机叶片
CN115478993A (zh) 风力发电机组叶片失速监测方法及系统
CN115563811A (zh) 一种风力发电机的叶片除冰性能优化方法及系统
CN114154270A (zh) 一种叶片增功尾缘襟翼设计方法
CN111898074B (zh) 一种翼型气动力系数计算方法及系统
CN212318215U (zh) 用于风力发电机的鲨鱼鳃式叶片减阻结构和叶片
CN202991344U (zh) 垂直轴吸气式风力机
EP2940292B1 (en) Device for a rotor blade of a wind turbine
CN203770019U (zh) 一种100w风力发电机叶片
Bak et al. Wind tunnel test of airfoil with erosion and leading edge protection
CN203297032U (zh) 一种风力机叶片及风力机
CN114076065A (zh) 识别风力发电机组的叶片失速的方法及设备
CN110886680A (zh) 叶片翼型气动性能调节装置、方法及涡流发生器控制系统
CN110701111A (zh) 一种利用分流叶片减少轴流风机导流叶片总压损失的方法
CN114000989B (zh) 一种风力发电机组叶片气动性能衰减检测方法及测试系统

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