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| 1 | 风能工程中流体力学问题的研究现状与进展显示文摘中国风电行业发展十分迅速,总装机容量和新增装机容量已达到世界第一,主力机型将从兆瓦级发展到多兆瓦级(>5 MW),风资源已从陆地扩展到海上,这些变化将带来一系列新的问题.本文将就目前风力发电行业中的流体力学问题进行综述和探讨,总结其研究现状及取得的进展.主要包括大气边界层风特性、局部复杂地形影响及微观选址、风力机尾流干扰、风力机专用翼型族、风力机性能计算、气动弹性、海上风力发电的基础及水力作用等问题.此外,还针对目前发展迅速的计算流体力学问题进行了讨论.最后指出中国风电技术的不足及措施. | 黎作武 贺德馨 | 2013 | 力学进展2013，43，5： | 41 |
| 2 | 大型风电叶片设计制造技术发展趋势显示文摘21世纪以来,全球风电产业迅猛发展,叶片大型化趋势明显.为了满足大型叶片发展要求,新的翼型、材料、设计方法以及制造工艺不断出现.本文分析了现有技术的优缺点,结合叶片变长带来的新问题和要求,得到大型叶片在气动设计、结构设计以及制造工艺方面存在如下发展趋势:(1)在气动设计方面,开发高雷诺数下高性能翼型、研究高精度且高效的气动分析方法特别是用于求解大型叶片非定常空气动力学特性的方法,以及构建多学科协调设计方法将是气动设计的重点;(2)在结构设计方面,开发性能优越且环保的叶片材料、研究大型叶片的结构优化设计技术以及建立反问题设计方法将是结构设计的主流.此外,针对不同问题的新型叶片结构形式不断出现,模块化设计和智能化设计因其在减重、运输及提高运行可靠性方面的优点,具有巨大应用潜力;(3)在制造工艺方面,具有高成型质量、高生产效率、低生产成本和低环境污染的成型工艺是未来的发展方向.一体化和自动化制造工艺以其在成型质量和效率上的巨大优势,将会成为大型叶片的制造趋势.同时,用于热塑性复合材料的制造工艺技术具有巨大发展潜力,低黏度热塑性树脂的开发非常关键. | 徐宇 廖猜猜 张淑丽 苏祥颖 赵晓路 | 2016 | 中国科学:物理学、力学、天文学2016，46，12： | 20 |
| 3 | 基于连续攻角的风力机翼型整体气动性能提高的优化设计显示文摘目前风力机翼型都是考虑单点设计攻角而开发出来,以追求局部气动性能的极大值,而忽略了连续设计攻角范围内翼型整体气动性能。结合翼型泛函集成理论及复杂型线表面曲率光滑连续性思想,提出连续攻角情况下风力机翼型廓线设计新方法,以解决翼型优化设计中其气动力难以收敛这一关键问题,并实现翼型整体气动性能的提高。将连续攻角情况下设计出来的WQ-B翼型与单点攻角情况下设计出来的WQ-A翼型进行了气动性能对比分析;并将WQ-B翼型系列应用到实际2 MW风力机叶片中。研究表明:相比WQ-A翼型及实际叶片,WQ-B新翼型系列及叶片整体性能均有显著提高。该研究不仅验证了该设计方法的可行性,而且也表明WQ-B翼型系列具有广泛的通用性及可置换性。 | 汪泉 陈进 王君 孙金风 | 2017 | 机械工程学报2017，53，13： | 9 |
| 4 | 翼型研究的历史、现状与未来发展显示文摘“翼型”俗称翼剖面或叶剖面,是飞机机翼及尾翼、导弹翼/舵面、直升机旋翼、螺旋桨、风力机叶片等外形设计的基本元素和气动力的“基因”,也是影响综合气动性能的核心因素之一。自20世纪初莱特兄弟发明人类第一架飞机以来,翼型研究的每一次重要突破,都有力促进了航空飞行器的更新换代或性能的大幅提升。除了发展RAE、DVL、NACA、TsAGI等通用翼型族外,研究者们还针对性地发展了适用于各类飞机的翼型族,以及适用于直升机旋翼、螺旋桨和风力机叶片的专用翼型族。进入21世纪,随着现代数值模拟方法、流动稳定性与转捩预测、优化设计、试验测试技术等研究的进步,各种新的设计理念、优化方法和设计技术相继被提出,翼型研究也被赋予了新的使命和内容。本文立足飞行器设计和翼型研究的前沿,在回顾100多年来翼型发展历程的基础上,重点综述了翼型研究的最新进展,分析了研究现状,提出了未来发展方向。新一代翼型将适用于未来飞行器的发展需求,在宽速域、大空域、多物理场及智能变体等复杂使用条件下兼具优良的多学科综合性能。 | 韩忠华 高正红 宋文萍 夏露 | 2021 | 空气动力学学报2021，39，6： | 9 |
| 5 | 基于改进多目标粒子群算法的风力机大厚度翼型优化设计显示文摘仅以气动性能最佳为目标进行优化设计的翼型,结构性能较差.为了克服这一缺点,基于改进的多目标粒子群算法(MOPSO),提出了综合考虑气动性能和结构性能的大厚度翼型多目标优化设计方法.针对相对厚度为40%的翼型,应用翼型集成理论对翼型进行参数化表达,以翼型主要攻角处的升阻比最大和翼型面对弦线轴的惯性矩最大为设计目标,综合考虑翼型的粗糙度敏感性、失速特性及非设计工况特性,进行翼型的多目标优化设计,得到了Pareto最优解集.分析最优解集中的翼型,由此挑选出的新翼型在气动性能和结构性能上均比常用翼型DU00-W2-401有较大提高. | 陈进 郭小锋 孙振业 李松林 | 2016 | 东北大学学报(自然科学版)2016，37，2： | 8 |
| 6 | 大型风力机翼型族的设计与实验显示文摘翼型是构成风力机叶片的基本要素,是风力机叶片设计的基础.发展适用于大型风力机叶片的高性能翼型,对于提高其风能捕获能力、减少重量以节约制造和运输成本、减轻惯性载荷和阵风载荷等具有重要意义.首先,回顾了上个世纪90年代以来风力机翼型族研究的发展历程,介绍了国外发展的S系列、DU系列、RIS系列、FFA系列等翼型族.其次,针对兆瓦级大型风力机翼型设计的技术要求,介绍了西北工业大学NPU-WA翼型族的设计、风洞实验及改进.最后,给出了多兆瓦级风力机翼型族的研究展望. | 韩忠华 宋文萍 高永卫 | 2013 | 应用数学和力学2013，34，10： | 8 |
| 7 | 水电模拟实验虚拟仿真教学平台的设计显示文摘以相似理论为指导思想,采用数值仿真技术,设计了虚拟仿真水电模拟实验平台。它基于Matlab平台,对实验过程中出现的电场进行数值模拟,并通过面向对象的编程技术,将仿真的结果嵌入到VB开发的软件框架中,实时模拟实验室的操作步骤。水电模拟实验虚拟教学平台由电场模拟、电路模拟、移动测量、数据显示和实验指导模块构成。前4个模块分别对应物理模拟实验装置中的油藏模拟、低压电路、测点定位、数据采集系统,第5个模块是为了满足实验教学的需求而增加设定的。以具体的实验为例,验证了所设计的实验平台的可行性和有效性。相对于常规的物理模拟实验系统,虚拟实验系统具有节约实验耗材、课时安排灵活等优势,具有较强的实用意义和推广意义,教师可利用仿真虚拟实验平台辅助物理模拟实验课程教学,以达到最优的教学效果。 | 苏关东 张鹏 顾勋 韩贝宇 易鹏 李名扬 | 2018 | 实验室研究与探索2018，37，9： | 7 |
| 8 | 基于多目标遗传算法的潮流能水轮机专用翼型优化设计显示文摘根据潮流能水轮机的工作条件与技术要求,开发新型潮流能水轮机叶片专用翼型。建立多目标优化模型,采用遗传算法进行寻优求解,得到最大相对厚度范围为12.6%~38.8%的五种新翼型,构成潮流能水轮机叶片专用翼型族系列。开发了水平轴潮流能水轮机设计软件,搭建潮流能水轮机叶片翼型数据库,通过在潮流能水轮机设计软件中调用叶片翼型数据,为潮流能水轮机叶片设计提供方便。 | 谭俊哲 边冰冰 司先才 王树杰 袁鹏 | 2020 | 中国海洋大学学报(自然科学版)2020，50，7： | 6 |
| 9 | 风力机钝尾缘大厚度翼型优化设计方法显示文摘为了同时提高风力机大厚度翼型的气动性能和叶片的截面刚度,基于风力机翼型泛函集成理论和复合材料力学理论,提出了一种大厚度钝尾缘翼型优化设计方法,并建立了优化设计模型。该模型以翼型的气动性能最佳为设计目标,以叶片的最小截面刚度为约束条件,为某850 k W叶片(该叶片40%相对厚度处为DU00-W2-401翼型)优化设计了一种同厚度的新翼型—CQU-B-400。与DU00-W2-401相比,新翼型在光滑和粗糙条件下,气动性能均有较大提高;使用CQU-B-400翼型后,叶片的尾缘强度得到加强,叶片截面的挥舞刚度和摆振刚度也有一定的提高,表明新翼型能同时提高叶片的气动和结构性能。结果验证了所提出的大厚度翼型设计方法的可行性。 | 陈进 郭小锋 谢翌 孙振业 | 2015 | 哈尔滨工程大学学报2015，36，7： | 5 |
| 10 | 基于多点攻角的风力机翼型优化设计显示文摘目前风力机翼型廓线都是基于单点攻角而设计出来,以追求局部极大气动特性,而忽略了一定多点攻角范围内的整体气动性能的提高。本文结合翼型B样条函数及复杂型线表面曲率光滑连续性思想,提出多点攻角情况下风力机翼型廓线设计方法,以解决翼型优化设计中气动力难以收敛这一问题,并实现翼型整体气动性能的提高。将多点攻角情况下设计出来的WQ-D翼型与单点攻角情况下设计出来的WQ-A翼型进行了气动性能对比分析。研究表明:相比WQ-A翼型,WQ-D新翼型系列整体气动性能均有显著提高,且表面曲率光滑连续性也更平滑,有利于翼型气动力收敛。该研究不仅验证了该设计方法的可行性,而且也表明WQ-D翼型通用性更广。 | 汪泉 王君 陈进 余晓琴 孙金风 | 2016 | 哈尔滨工程大学学报2016，37，11： | 4 |
| 11 | 基于柔顺机构的风力机叶片变弯度前缘结构设计显示文摘为实现风力发电机叶片的自适应变形及结构轻量化,叶片前缘采用柔顺机构设计。以实际位移与目标位移差值及最大应力为约束,以材料用量最小为目标,采用变密度法对柔顺机构进行拓扑优化设计。以双程形状记忆合金丝作为驱动器驱动前缘柔顺机构自适应变形。研究结果验证了柔顺机构及拓扑优化结果的可靠性,为大型风力发电机叶片柔顺机构的设计提供了借鉴;同时也验证了双程形状记忆合金丝作为智能驱动器具有工程发展应用的前景。 | 陈子雄 季宏丽 聂瑞 裘进浩 | 2020 | 科学技术与工程2020，20，22： | 4 |
| 12 | 翼型最大拱度位置对轴流泵水力性能影响的模拟与试验显示文摘为了研究翼型拱度对轴流泵水力性能的影响,采用数值模拟和模型试验的方法在参数化翼型的基础上,保持升力系数大体一致,改变翼型最大拱度的位置及高度设计得出对应轴流泵叶轮,分析翼型拱度对轴流泵水力特性的影响。在二维翼型最大拱度位置为0. 3L^0. 65L时采用翼型优化方法,保证翼型的升力系数基本一致,得到了不同最大翼型拱度位置下的翼型设计方案;针对0. 4L、0. 5L和0. 6L共3种最大翼型拱度位置下的翼型设计方案,采用二维叶栅理论进行轴流泵叶轮设计。其余设计参数均保持不变,得到3副不同的轴流泵叶轮,将配套导叶、弯管、叶轮组合成泵段进行数值模拟计算。最后通过泵段模型试验验证了数值计算结果的可靠性。研究结果表明:为保证轴流泵具有较好的能量性能和汽蚀性能,最大翼型拱度最好选择在0. 4L^0. 6L的位置。当最大翼型拱度位置为0. 5L时,水泵具有较宽的高效区运行范围,流量扬程曲线较为平顺。在小流量区域,最大翼型拱度位置靠近翼型前缘或尾缘时,效率均会下降;在大流量区域,最大翼型拱度位置越靠近翼型尾缘效率越高。随着最大拱度位置向翼型尾缘的偏移,水泵的汽蚀性能有一定的提高。在泵站工程应用时,可通过改变最大翼型拱度位置来满足泵站实际运行的能量性能和汽蚀性能要求。 | 石丽建 付玲玲 夏烨 汤方平 孙丹丹 翟林鹏 | 2018 | 农业机械学报2018，49，11： | 3 |
| 13 | Experimental and numerical investigation of the influence of roughness and turbulence on LUT airfoil performance显示文摘Vertical-axis wind turbines(VAWTs)have been widely used in urban environments,which contain dust and experience strong turbulence.However,airfoils for VAWTs in urban environments have received considerably less research attention than those for horizontal-axis wind turbines(HAWTs).In this study,the sensitivity of a new VAWT airfoil developed at the Lanzhou University of Technology(LUT)to roughness was investigated via a wind tunnel experiment.The results show that the LUT airfoil is less sensitive to roughness at a roughness height of<0.35 mm.Moreover,the drag bucket of the LUT airfoil decreases with increasing roughness height.Furthermore,the loads on the LUT airfoil during dynamic stall were studied at different turbulence intensities using a numerical method at a tip-speed ratio of 2.Before the stall,the turbulence intensity did not considerably affect the normal or tangential force coefficients of the LUT airfoil.However,after the stall,the normal force coefficient varied obviously at low turbulence intensity.Moreover,as the turbulence intensity increased,the normal and tangential force coefficients decreased rapidly,particularly in the downwind region of the VAWT. | Shoutu Li Ye Li Congxin Yang Xiaobo Zheng Qing Wang Yin Wang Deshun Li Wenrui Hu | 2019 | Acta Mechanica Sinica2019，35，6： | 3 |
| 14 | 基于EI加点准则与代理模型的风力机专用翼型气动与结构优化设计显示文摘为获得具有优良气动性能且兼具结构强度的风力机翼型,以运行攻角下升阻比与截面扭转惯性矩最优为目标函数,利用遗传算法对翼型进行优化设计,提出一种兼顾气动与结构特性的翼型设计方法。通过Bezier曲线表征翼型几何轮廓,采用CFD方法求解翼型气动力,利用Matlab编写程序获得翼型结构特性;建立Kriging代理模型减少CFD计算次数,并采用拉丁超立方采样和EI加点相结合的方式提高优化效率。将优化翼型与风力机翼型NACA64618对比分析,结果表明:优化翼型在运行攻角范围内具有更佳的气动性能,且优化后叶片的摆振位移与叶尖扭转角分别减小23.446%与17.544%。 | 张强 缪维跑 刘青松 常林森 李春 张万福 | 2022 | 中国电机工程学报2022，42，12： | 3 |
| 15 | CAS-W1-450大厚度钝尾缘翼型气动性能数值模拟研究显示文摘风电叶片叶根附近的翼型对发电量的贡献随着机组的大型化越来越重要,促使了大厚度翼型的发展。为了探索大厚度翼型的数值模拟方法,本文模拟了CAS-W1-450翼型在实验状态下的流动特征。结果表明:在线性段,升力系数模拟值与实验值吻合良好,失速后,三维模拟结果优于二维结果;大攻角时,翼面不同展向位置的压力分布体现了流动分离的三维性,并且,尾缘附近的脱落涡使流动呈现非定常性,随着攻角的增加,升力系数变化幅值增加,频率降低。 | 李雪 李爽 许瑾 张磊 杨科 | 2020 | 工程热物理学报2020，41，9： | 1 |
| 16 | 基于多目标遗传算法的垂直轴风力机专用翼型优化设计显示文摘为提升垂直轴风力机翼型综合气动性能,建立针对多运行工况的翼型优化设计方法。采用CST参数化方法表征翼型几何外形,通过优化的拉丁超立方抽样方法进行空间采样,利用CFD方法计算翼型气动力,并建立径向基函数神经网络代理模型,以翼型小攻角下升力和失速攻角下升阻比最优为设计目标,采用多目标遗传算法在代理模型上进行寻优,获得适用于垂直轴风力机的专用翼型以提高其在不同尖速比下的旋转力矩。对风力机常用翼型NACA0018进行优化,结果表明:以翼型失速攻角和最大升阻比攻角为优化目标,不仅提高了单翼型的升力系数与升阻比,而且将优化翼型应用于垂直轴风力机时还可提升使整机力矩系数。 | 张强 缪维跑 刘青松 常林森 李春 张万福 | 2023 | 太阳能学报2023，44，4： | 1 |
| 17 | NPU-WA翼型族厚翼型粗糙敏感度研究显示文摘研究NPU-WA风力机专用翼型族4个厚翼型(相对厚度25%、30%、35%和40%)的粗糙敏感度,并与相同厚度的经典风力机翼型进行比较。结果表明NPU-WA厚翼型满足气动设计要求,前缘粗糙度对NPU-WA翼型的影响和DU系列相同厚度翼型的影响非常类似,但翼型总体性能要优于后者。 | 邓磊 乔志德 高永卫 | 2013 | 太阳能学报2013，34，6： | 1 |
| 18 | 水平轴风力机翼型的优化设计显示文摘风电作为一种绿色可再生能源,在分布式能源利用、绿色建筑一体化等方面有着广阔的应用前景。叶片作为风电机组的核心部件,其翼型的设计和优化关系到风电机组稳定运行。本文针对水平轴风力机翼型的优化设计,总结了国内外的研究进展,同时还对风力机翼型研究涉及的数学模型、翼型参数化、优化设计方法和仿真模拟进行综述。最后总结了风力机翼型优化设计的特点和未来发展方向。 | 王锴 李浩 金玉龙 张程宾 | 2016 | 建筑热能通风空调2016，35，7： | 0 |
| 19 | USST高性能水平轴风力机翼型族显示文摘结合层流翼型与钝尾缘的特性,通过Hicks-Henne型函数对翼型参数化修型,基于多岛遗传算法及Xfoil气动分析,针对大型水平轴风力机翼型进行多目标函数、多设计工况、多约束条件下的优化设计,得到适用于大型风力机的高性能翼型族(USST翼型族)。其升阻比在大多数攻角下均高于同厚度的FFA、DU系列等现有风力机翼型族,且在同样的升力系数下具有更大的升阻比。最后为考核优化设计得到的翼型族,采用数值模拟方法对优化结果进行验证,证明设计得到的新型风力机翼型族具有优越的气动性能。 | 张倩莹 伊鹏辉 刘兆方 黄典贵 | 2022 | 太阳能学报2022，43，10： | 0 |
| 20 | 风力机叶片高升力系数法的气动设计研究显示文摘在动量-叶素理论和Betz理论的基础上,结合PROPID软件进行功率为1.5 MW水平轴风力机叶片的气动设计研究。叶片气动设计采用高升力系数法,叶片剖面采用NPU-WA系列高升力、高升阻比风力机专用翼型,在叶片性能预测中采用叶尖损失、轮毂损失和Viterna失速模型。设计结果表明采用先进风力机翼型并运用高升力系数法设计的大功率风力机叶片的弦长较小,叶片面积较小,有利于减轻叶片的重量,同时降低制造成本。 | 张同鑫 宋文萍 邓磊 许建华 | 2015 | 太阳能学报2015，36，2： | 0 |
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