《风力涡轮机叶片形状优化的数值模型》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: 董璐
  • 发布时间:2015-12-13
  • 一款可根据当地的风速分布而采用可变运行条件,为风力涡轮机叶片进行形状优化的计算框架研发问世。该数字工作流由基于遗传算法的优化控制器,基于计算流体动力学的模拟器与三维几何建模所组成。

    改进后的数字工作流还实现了工作流过程的耦合流动与包括相应数据挖掘在内的独立应用程序数据传递。有几种方式为在3D形状模拟中被工作流所改进与采用。其包括定义二维参数曲线进而结合运算几何运行器放样为3D模型以及采用通用3D形状表示的全3D参数曲面模型。文中案例研究表明,风力涡轮机叶片采用形状定制,将朝着对于给定的任何位置涡轮机均有最佳性能的可喜方向发展。因此改进后的计算工作流可被视为对可再生能源系统进行定制优化的数字设备。

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    • 该研究提出一种气体动力学结构设计的方法论,并考虑了小型风力涡轮机叶片的启动情况。为设计一种快速启动刀片,该研究将启动时间与一定目标函数下的输出功率相结合,并将叶片许用应力考虑为约束条件。通过采用单一叶片动量理论计算涡轮机输出功率与启动时间并通过简支梁理论计算叶片相应应力与扭矩。采用遗传算法来解决多种条件限制下的目标函数,寻求满足启动时间短,输出功率高同时压力限制条件相应满足的最佳叶片。采用中空横截面模型进行结构分析,设计变量包括弦,叶片扭矩以及壳壁厚度。 结果表明,中空叶片通过增加叶片惯性低速启动,其所得应力将不超过许用应力。通过在目标函数中增加启动时间的影响,叶片的外部与内部形状均将有利于启动,并且相比于实心叶片空心叶片更为有效。
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    • 编译者:董璐
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    •         此项工作旨在通过使用含弦与扭矩参数的克里金函数的替代模型,并将三种不同翼型作为设计变量,来增加一种新的方法优化风力涡轮机叶片的性能,使年度能源生产效益最大化。         通过结合遗传算法与基于局部搜索的SQP算法来开发新型模型。叶片的基线设计起始于第六期叶片的翻版以及BEM的MATLAB脚本,该六期叶片来源于与美国国家航空航天局实验室,所用脚本用于叶素动量理论(BEM)在空气动力学上的分析。结果表明使用该方法,在能源生产方面得到了23%的提升。