《风力发电外文翻译》由会员分享，可在线阅读，更多相关《风力发电外文翻译（22页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业设计（论文）外文资料翻译专业：电气工程及其自动化姓名：学号：外文出处：Xu, G., Sankar, L. N., “Effects of Transition, Turbulence, and Yaw on the Performance of Horizontal Axis Wind Turbines”， AIAA-2000-0048, Prepared for the 38th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, Reno, NV, January 10-13, 2000, p. 259-265.（用外文写）附 件：1.外文资料翻
2、译译文；2.外文原文。1指导教师评语:签名：年 月 日2American Institute of Aeronautics and Astronautics附件1水平轴风力发电机性能过渡，湍流和偏航的影响Guanpeng 徐和 Lakshmi N.桑卡尔航空航天工程学院摘要最近出示的是改善的功能改善的混合动力车的的水平轴风力涡轮机（HAWT）配 置Navier-Stokes势流建模方法。研究的重点在三个问题上：湍流模型和转换模型， 预测转子规定性能唤醒状态以及非轴向流（偏航）发电的影响，比较转子在国家可 再生能源实验室（NREL）的测试与测量数据.简介水平轴风力涡轮机空气动力学的计算研究工作是
3、在佐治亚理工学院进行。本研 究着重于了解影响风力涡轮机在非轴向和非均匀流入的流动机制的性能，也解决了 高效的计算技术的发展，以补充现有的联合叶片元素动量理论方法。这项工作是一个扩展的3-D的混合Navier-Stokes/potential流动求解，并已 在佐治亚理工学院的水平轴风力发电机（HAWT）进行改善。在这种方法中的三维非 定常可压缩Navier-Stokes方程的解决只能在周围的转子叶片上的贴体网格这片一 个很小的区域，。远离叶片的和潜在的流动方程需要从叶片脱落的涡模拟涡细丝涡留 下的Navier-Stokes地区的求解。 这些细丝自由对流的地方流动。由于复杂的 Navier-Sto
4、kes方程的计算只在附近的风力涡轮机叶片的地区，因此跟踪的涡利用 拉格朗日方法，这是更有效的Navier-Stokes方程的方法级。基本的Navier-Stokes方程混合势流的方法和其应用程序HAWT下轴流条件的记 录在 AIAA-99-0042 （徐和 Sankar，1999 年）.本研究范围本文介绍了近期的流动求解的增强功能和应用程序配置的兴趣。增强集中在以 下三个方面：过渡和湍流模型，物理一致唤醒建模，建模的偏航效果。下文简要讨 论这三个领域。过渡和湍流的建模问题：研究两种湍流模型和两个过渡模型的预测性能影响的进行评估。一个显示 Spalart-Allmaras湍流方程湍流模型（书珥等
5、，1998），另一个对基线鲍德温-洛 马克斯零方程湍流模型进行了研究。HAWT系统中遇到低的相对速度和小和弦的长度的后果会使一个显着的部分可3以在叶片的边界层产生层流。过渡线的位置会影响档案中由转子消耗的功率，并且 会影响发电。现有两个过渡模型预测的过渡位置，一个是Eppler，一个基于Michel 的判据。Eppler模型是许多国家再生能源实验室赞助的设计规范，是一个明显的第 一个候选过渡预测。而Michel的准则（米歇尔1984）开发基于二维的不可压缩的 流中的测量。这些模型使用了许多飞机产业边界层代码，如开发 Tuncer杰贝吉 （1989）。唤醒几何建模：规定尾流模型在混合动力Navi
6、er-Stokes/Potential的流动分析已被修改，以 适当反映转子的状态，可以认为是风速的变化。它是由Glauert（1937）并延长了 威尔逊和Lissaman的（1972年）基于理论和现象提出的风转子的转子状态。偏航的影响：最后数值计算方法建模在倾斜的风（偏航）的条件下得到了发展。至于在轴流 模拟计算偏航只需要一个单一叶片的空气动力学模型。其他的叶片将经历相同的负 载和流动模式的1/N转（其中N是叶片的数量）。三叶片转子的转子盘计算领域涵 盖了 120度。在目前程序在偏航条件下保留了混合方法的效率。一个完整的 Navier-Stokes方程的混合方法，需要所有刀片的造型，将大大增加
7、计算。数学和数值配方AIAA-99-0042（许和Sankar，1999）中给出的混合动力车背后的理论在本混合 方法的完整描述。，桑卡尔和他的同事们还使用了混合过程中的几个固定翼和旋转 翼解算器。出于这个原因需要列出湍流过渡模型增强功能和扩展流求解器偏航条件。选用Spalart-Allmaras湍流模型：第一个增强的混合分析是一个简单的代数涡粘度模型与现象学的一个方程涡粘 性模型Spalart-Allmaras模型的代换。在这个模型中，雷诺压力由下式给出- uu = 2v S（1）S 三 U 挎x +dU ;dx ）2（2）、v = yf（3）4American Institute of Ae
8、ronautics and Astronautics其中，vl X 3 + c 3vlAnd, X 三一这里是分子粘度。数量是工作的变量和服从的输运方程。DV=cDt b1r cCwfwf 2+ 毕2在这里，S是的涡量的大小，VS 三 S + &7 fv 2另外，d是为最接近的壁的距离，并fv 2 = 1 -存vl该函数由下面的表达式给出:fw = g而且并且1 + c 6 w g 6 + c 6 w3(6 - r)SK2d 2对于大型的r值，FW渐近达到一个恒定值，r的值可以被截断在10左右。壁面边界条件是V= 0。在来流V= 0时是最好的工作条件，提供的数值误差不超过 负值的边缘附近的边界
9、层。以下的值是可以接受的。Spalart-Allmaras模型具有一个内置的提供用于驱动涡粘度为零的过渡点的 上游。这是通过平方英尺的函数使它前进到统一的过渡点的上游。f = c exp ( c x2)(10)跳闸功能的3计算方法如下。让dt为从场点的距离到跳闸位置，这是在墙 上。让的数量的壁涡度在跳闸位置，其差为场点之间的速度和在行程。然后， 我们可以计算一个中间值是网格间距沿着墙壁的行程位置。最后，2 + g 2 d 2 I t tft1=ct1 gexp5(11)1-f Sv +1 R(V+vVv)+cjw)常数是:(22400)RRx /为了避免突然的转变，陈和Thyson推荐的涡流粘
10、度乘以系数:-G(x-x )x 虫一tr xtrUe J过渡区域的开始点的上游，被设置为零。量G计算：3R 广 L1741 +y = 1 - expU3 d eR -1.34C2 八2xtr过渡雷诺数的定义为：以)trRxtr而且，R0.46x(13)(14)(15)(16)C2 213NogR 4.7323)应当指出，是根据本地流速薄(风速，诱导速度，由于旋转的叶片速度的矢量 和的大小)的数量的Rx。因此，用于风力涡轮机中，(17)c =0.1355, c =2/3, c = 0.622, k =0.41, c - c ； k2 + (1 + c ) b , c =0.3, c =2, b1
11、b21blb2 23c =7.1, c 1, c 2 c 1.1, c 2.v1t1121314选用Spalart-Allmaras模型的进一步详细信息，的书珥等。(1998年)。Eppler过渡预测模型第二个增强的混合方法是把的过渡线预测模型。两种模式，一种由Eppler和第 二由Michel已调查。Eppler的过渡模式，混合动力车Navier-Stokes/Potential流的分析，以下列 方式实施。每10个时间步长左右，在一个时间的一个径向位置涡轮叶片上的表面压 力分布传递给一个不可分割的边界层分析。在边界层内分析时，流向如动量厚度的 层流边界层的数量增长，形状因子H，能源厚度 3,
12、和因子H32= 3/使用 特威士方法(特威士，1949计算)。过渡预测发生动量厚度的基础上，如果雷诺数 变大，使得：log藉 18.4H32 -21.74-0.34,(12)这里是在边缘的速度边界层，r是粗糙度因子。对于高度抛光的表面，r可以 视为零。该模型还预测，如果层流边界层的分离，过渡发生，并且所述转子的前缘附近 形成一个分离泡。陈Thyson转移模型和米歇尔的标准：在这个模型中，过渡是说发生在本地雷诺数动量厚度的基础上基于长度的雷诺 数有关的弦向位置，6American Institute of Aeronautics and Astronautics“local ,(18)L 一 V
13、V tipr 1V R J其中，r是从轮毂的局部径向距离，R是尖端半径，是无量纲的x坐标。诱导速度Vi是估计一阶的动量理论。雷诺数动量厚度的基础上还使用自由流速度，而不是ulocal(19)X us localR = J/ =心=应x yytip的无量纲的速度被计算为，边界层边缘速度计算。偏航模拟方法：造型轴风力条件下（偏航）的数值程序已经研制成功。在轴流计算，偏航计算 只需要一个单一的叶片的空气动力学模型。其他的叶片将经历相同的负载和流动模 式的1 / N转后（其中N是叶片的数量）。对于一个三叶片转子的计算域覆盖120 部的转子盘在一个特定的运行时间。因此，本程序保留即使对于偏航条件下的混合
14、 方法的效率。相反的混合方法，将需要一个完整的Navier-Stokes方程建模的所有 刀片服务器，大大增加了计算。当开发基于分析建模在横流的转子的第一原理，有三种类型的非轴向流（偏航） 的影响处理。首先是在流之间的前进和后退的双方，由于“边缘明智”转子盘的平 面中的速度分量的差。正如图1中所示，涡轮机叶片经历了较高的前进侧和后退侧 的相对速度比对。这种速度波动产生的叶片负载的波动和产生的功率。必须进行建模的第二个效果是如在图2中所示的偏度端涡流唤醒。这导致在一 个方位非均匀引起的流场在转子平面。此外，唤醒涡度强度和叶片上的载荷将随时 间而改变。相反，这是一个在轴向流动，其中叶片载荷是独立的叶片的方位角位置。最后，尽可能分析必须包括转子叶片的气动弹性变形和刀片teetoring和拍打 运动。由于转子测试NREL使用僵硬的叶片时，叶片被假定是刚性的，没有任何循环 俯仰或扑的叶片。本杂交的方法一直延续到模拟偏航条件。此方法使用一个扭曲的唤醒的几何建 模偏航流动条件。歪斜角度流入速度（这是一个组合的诱导速度从动量理论和风速 的正常的组成部分）和扁绕风速分量之间的比率确定。两步precedure已被用于建模偏航效果。第一步在给定风速模拟轴流条件，当 混合动力码已经收敛，保存梢涡的强度和唤醒的几何形状设计的轴向流条件。这些 数量作为第二步骤，如上面所讨论，唤醒几何形状歪斜
