基于极小攻角区域流场重构的升力型立轴风轮气动特性改善机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11502070
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0903.空气动力学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The aerodynamic parameters of the blade of the lift-type Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) vary with the azimuth angles in a big extent. The regions close to the 90 ° and the 270 ° azimuth are the two azimuth zones characterized with the poorest performance, which greatly drop the total performance of VAWT, because their attack angles are minimal, lift forces are minimal, the torques are negative. So far no good way are able to solve this problem. This project put forward a new mind that interference airflows are used to rebuild fluid field across the blade in the two azimuth zones, to promote the aerodynamic characteristics of blade, further to improve the overall performance of turbine; and a new technology that a aerofoil type guidance vane, which are able to guide airflow using two surfaces, is used to create interference airflow. Looked a straight-bladed VAWT as the research object, the Detached Eddy Simulation (DES) and PIV flow test method will be used to reveal the principle of rebuilding of fluid field across the blade in the two zones. The Free Vortex Wake Method (FVWM) modified by B-L dynamic stall model and moment experiment will be used to analysis the mechanism of structure development of aerodynamic loading of the blade. The DES and the modified FVWM will be used to investigate the variation of stall characteristic and its effect on the aerodynamic loading. The research objective is to get information of the improvement mechanism of aerodynamic characteristics in the new method. The research results are also expected to provide a new mind for the improvement performance of vertical axis water turbine, and to develop the lift-type turbine.
升力型立轴风轮的叶片气动特性参数随方位角上下波动。90°和270°方位角区域,攻角极小、升力极小、力矩为负值、叶片气动性能差,影响风轮性能,到目前为止还没有很好的办法来解决此问题。本项目提出采用干扰流体来重构上述两区域叶片周围流场,改善叶片气动特性,谋求提高风轮整体性能的新思路;和采用双面可导流的翼型式导流片来生成干扰气流的技术方案。以直叶片风轮为研究对象,采用脱体涡模拟和PIV流场试验,揭示干扰气流影响下两区域叶片周围流场的重构机理;采用经B-L动态失速模型修正的自由涡尾迹法和力矩试验,剖析叶片新涡系和导流片涡系影响下的叶片气动载荷构造形成机理;采用脱体涡模拟和自由涡尾迹法修正模型,揭示流场重构后叶片的动态失速特性变化及其对气动载荷影响规律。研究旨在深入认知流场重构方法的性能改善机理,成果有望为升力型立轴式水轮机的性能改善提供新思路,推动升力型立轴叶轮的发展。

结项摘要

升力型立轴风轮的叶片气动特性参数随方位角上下波动。0°和180°方位角区域,攻角极小、升力极小、力矩为负值、叶片气动性能差,影响风轮性能。本项目提出采用干扰流体来重构上述两区域叶片周围流场,进而改善叶片气动特性。建立了考虑干扰气流影响的双盘面多流管模型,分析了干扰气流在0°和180°两方位角对风力机叶片气动特性的影响规律。研究得出:在扰流作用下,扰流域内叶素气动攻角明显增大,攻角的增幅在0˚≤θ≤15˚及345˚<θ≤360˚引流范围内,随着方位角的增加而增加;在175˚≤θ≤185˚范围内,随方位角的增加而减小。相同引流范围内,攻角的增幅随着尖速比的增大而减小;叶素的切向力系数和转矩在引流范围内都有提高,但增幅在0˚≤θ≤15˚扰流范围内较大,345˚<θ≤360˚次之,175˚≤θ≤185˚范围内增幅最小;扰流对0˚方位角周围性能的改善效果比180˚方位角的好。利用在一定攻角范围内翼型平面绕流为附着流动的特征,建立了翼型式导流叶片,并利用涡流发生器对流动控制的原理,来加大翼型式导流叶片的失速迎角,然后对该导流叶片的气动特性进行了研究。采用DES模拟方法,对加导流叶片的升力型立轴风力机的湍流场进行了研究,深析了加导流叶片后两极小功角区域叶片周围流场的变化规律,揭示流场重构的机理;在低速风洞,采用PIV对加导流片的直叶片立轴风力机的局部流场进行了可视化测试,从试验角度来验证DES模型模拟效果。采用自由涡尾迹方法,从涡诱导作用原理,来分析了导流片涡系对风力机叶片整体性能的影响规律,揭示风力机叶片气动载荷结构。通过研究,本课题为传统升力型立轴风力机的性能改善提供了一种新的思路,也提供了改善方法。此课题的方法,不但可以应用于直叶片垂直轴风力机,也可以应用于φ型垂直轴风力机,具有广阔的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(19)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(12)
考虑小攻角影响H型风轮变桨方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵振宙;钱思悦;沈文忠;王同光;许波峰;郑 源
  • 通讯作者:
    郑 源
考虑小攻角影响立轴风轮气动性能改善方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    排灌机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵振宙;钱思悦;郑源;汪瑞欣;曾冠毓
  • 通讯作者:
    曾冠毓
Study on approach of performance improvement of VAWT employing double multiple stream tubes model
双流管模型提高垂直轴风力机性能途径研究
  • DOI:
    10.1063/1.4979356
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Renewable and Sustainable Energy
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Zhao Zhenzhou;Yan Chang;Wang Tongguang;Xu Bofeng;Zheng Yuan
  • 通讯作者:
    Zheng Yuan
Modeling of wind turbine vortex generators in considering the inter-effects between arrays
考虑阵列间相互作用的风力发电机涡流发生器建模
  • DOI:
    10.1063/1.4997039
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    JOURNAL OF RENEWABLE AND SUSTAINABLE ENERGY
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhao Zhenzhou;Shen Wenzhong;Wang Ruixin;Wang Tongguang;Xu Bofeng;Zheng Yuan;Qian Siyuan
  • 通讯作者:
    Qian Siyuan
基于扰流技术的直叶片升力型垂直轴风轮的性能改善
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵振宙;陈潘浩;王同光;田 晨;刘 玄;郑 源
  • 通讯作者:
    郑 源

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其他文献

尾随涡对风力机叶片气动性能影响机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈明;赵振宙;孟令玉;冯俊鑫;江瑞芳
  • 通讯作者:
    江瑞芳
复合运动下风力机翼型动态失速特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯俊鑫;赵振宙;陈明;江瑞芳;刘一格;王丁丁
  • 通讯作者:
    王丁丁
电弧炉电极控制系统的研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    山东电力技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    陈浩然;赵振宙
  • 通讯作者:
    赵振宙
涡流发生器弦向位置对翼型动态失速的影响机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    江瑞芳;赵振宙;王同光;孟令玉;陈明;刘惠文
  • 通讯作者:
    刘惠文
基于各项异性多项式分布的风力机三维尾流模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    哈尔滨工程大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    凌子焱;赵振宙;刘一格;刘惠文;马远卓;王丁丁
  • 通讯作者:
    王丁丁

其他文献

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  • 项目类别:
    面上项目

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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