旋转与涡流发生器耦合效应下风力机叶片流动控制机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51876054
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0607.可再生能源与新能源利用中的工程热物理问题
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

There exits the coupling effect between vortex generators(VGs) and rotation of blade which creates trailing vortex, shedding vortex, rotation effect and dynamic stall happening in the wind turbine. The coupling effect makes the angle of attack, separation vortex, stall type and inflow angle of VGs changed much compared with those of a single aerofoil. The mechanism of flow control under the coupling effect is a key problem to optimally apply VGs on wind turbine blade, and must been solved in the future. The present researches investigating flow control of VGs are mainly conducted on two kinds of objects: single aerofoil or blade. While, the former researches didn’t consider the effect of rotation, the latter mainly focused on the final effect of VGs on overall aerodynamic performance of blade; therefore, both of them still didn’t solve the problem efficiently. The project will propose an approach of parametric modeling for VGs arrays to efficiently and accurately simulate the structure of the detached eddy of VGs firstly, by considering the vortex induction between individual VG blades. Then, the parametric model combined with vortex method, CFD, fluorescence oil-film technique and other wind tunnel experiments will be used to carry out further researches under different coupling conditions, from one factor to several factors (trailing vortex, shedding vortex, rotation effect and dynamic stall), from root to tip of wind turbine blade. The detailed researches are including: ①The mechanism of VGs controlling flow on aerofoil will be re-researched based on a blade element instead of a single aerofoil which was employed in traditional research, to make clear the rules of inter-action between the rotation and VGs. ②The project will deeply research the flow details and their changes’ trends of flow on wind turbine blade under the control of VGs. The project will establish connection between the mechanism of flow control on single aerofoil and the final effect of VGs on rotating blade, and promote development of VGs from optimum application on single aerofoil to that on rotating wind turbine blade, and then provide theoretic indirections to enlarge the efficiency of all the large-size wind turbines.
涡流发生器(VGs)与旋转叶片尾随涡、脱体涡、旋转效应和动态失速等因素存在耦合效应,使叶片攻角、分离涡、失速类型和VGs入流角较孤立翼型的发生明显变化,该效应下流动控制机理是风力机优化应用VGs所面临的关键问题。目前研究基于孤立翼型和叶片展开,前者未考虑旋转影响,后者重在VGs效果验证,均未有效解决此问题。本项目首先考虑VGs叶片间涡系诱导对脱落涡影响,提出阵列式VGs参数化建模方法,实现旋转叶片表面VGs脱落涡结构的高效和精确模拟。然后结合涡方法、CFD模拟和荧光油膜全局摩擦力等风洞试验,从单因素到多因素、叶根到叶尖等多种耦合条件:①基于叶素重新审视VGs对翼型流动控制的机理,阐明旋转与VGs耦合作用机制;②揭示VGs对风力机旋转叶片流动的控制作用规律。研究为孤立翼型控制机理与旋转叶片控制效果之间建立有机联系,促进VGs优化应用从孤立翼型向旋转叶片发展,为大型风力机效率提升奠定理论基础。

结项摘要

涡流发生器(VGs)是一种被动流动控制技术,目前已经被广泛应用于风力机,然而这些应用设计主要基于二维翼型展开。风力机叶片表面的流动受到了叶片尾随涡、脱体涡、三位旋转效应以及动态失速等因素的影响,比二维翼型表面的流动更加复杂。所以,本项目考虑以上因素,深入分析三维流动作用下VGs的控制机理,对风力机叶片上VGs的优化应用具有重要的指导意义。.本项目按照项目初始设计思路,首先建立VGs阵列式参数化建模方法;然后基于Phase VI风力机,逐步分析单因素下叶素表面VGs控制机理、多因素下叶素表面流动控制机理和多因素下叶片表面流动控制机理来展开研究。得了下研究成果:.首先,建立了阵列式反向旋转VGs的参数化模型。研究发现VGs参数化建模方法除了要建立高精度的数学模型外,其模拟方法对模拟精度同样非常重要。为此,本项目通过平板和翼段来验证和分析VGs参数化的数学模型和模型的模拟方法,与试验和CFD仿真结果吻合良好。.其次,分析了脱体涡、尾随涡和两种涡系共存作用对VGs的流动控制机理研究。针对Phase Vi风力机建立等环量分布的几何模型,以实现不同涡对VGs控制的影响规律。.其次,分析了VGs对动态失速的抑制作用规律,研究针对DU91-W2-250翼型和S809两种翼型展开,分析了VGs形状、位置和间距等对抑制效果的作用规律,得到了矩形抑制效果好于梯形和三角形的结论,并从涡核轨迹、VGs脱落涡强衰减程度等角度解释了相关现象。.最后,基于Phase VI叶片分析了三维旋转效应对VGs的作用规律。研究发现三维旋转效应具有抑制分离的作用,三维旋转效应与VGs作用下抑制作用更加明显。同时,也发现三维旋转效应造成叶片表面比较显著的展向分速度,导致流动不再垂直于VGs阵列流入,在这种情况下同向VGs性能可能由于反向VGs。项目对三位旋转效应下同向VGs和反向VGs的效果进行对比分析,得到了同向VGs在一定间距下可以避免VG间的干扰,同时控制效果也由于反向的重要结论。.本项目按照计划完成了所有工作,并发表了50余篇高水平的学术论文,申请了10项发明专利。

项目成果

期刊论文数量(51)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
Research on parametric modeling methods for vortex generators on flat plate
平板涡流发生器参数化建模方法研究
  • DOI:
    10.1104/pp.112.203489
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Renewable and Sustainable Energy
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Zhenzhou Zhao;Chen Ming;Liu Huiwen;Tongguang Wang;Bofeng Xu
  • 通讯作者:
    Bofeng Xu
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
Researches on vortex generators applied to wind turbines: A review
风力发电机中涡流发生器的研究进展
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2022.111266
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Oceen engineeiring
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Zhao Zhenzhou;Jiang Ruifang;Feng Junxin;Liu Huiwen;Wang Tongguang;Shen Wenzhong;Chen Ming;Wang Dingding;Liu Yige
  • 通讯作者:
    Liu Yige
错列布局风电场尾流演变实验研究
  • DOI:
    10.1093/jxb/erad233
  • 发表时间:
    2023-09-13
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Backhaus, Anna Elisabeth;Griffiths, Cara;Vergara-Cruces, Angel;Simmonds, James;Lee, Rebecca;Morris, Richard J.;Uauy, Cristobal
  • 通讯作者:
    Uauy, Cristobal
Accuracy of the aerodynamic performance of wind turbines using vortex core models in the free vortex wake method
自由涡尾流法中使用涡核模型的风力涡轮机气动性能的准确性
  • DOI:
    10.1007/978-3-642-13039-7_100
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Renewable and Sustainable Energy
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Xu Bofeng;Liu Bingbing;Cai Xin;Yuan Yue;Zhao Zhenzhou;Wang Yazhou
  • 通讯作者:
    Wang Yazhou

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其他文献

基于双盘面多流管模型立轴风轮变桨方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵振宙;严 畅;王同光;许波峰;曾冠毓
  • 通讯作者:
    曾冠毓
考虑叶片相互影响风力机涡流发生器参数化建模
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵振宙;严 畅;王同光;沈文忠;郑 源;许波峰
  • 通讯作者:
    许波峰
基于转捩模型Phase VI 风力机气动特性数值计算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国电机工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵振宙;曾冠毓;王同光;李涛;汪瑞欣;钱思悦;郑源
  • 通讯作者:
    郑源
H型风力机新型变桨方案数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    排管机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    钱思悦;赵振宙;田晨;汪瑞欣;曾冠毓;郑源
  • 通讯作者:
    郑源
锯齿尾缘DU91-W2-250风力机翼型气动及噪声特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    汪瑞欣;赵振宙;王同光;曾冠毓;许波峰;郑源
  • 通讯作者:
    郑源

其他文献

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赵振宙的其他基金

六自由度运动下漂浮式风力机动态失速机理研究
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  • 项目类别:
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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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