风力机模型 在给定来流情况下 能否输出转矩？

xrs333

原帖由 yanxiaokang 于 2010-3-18 17:18 发表

                               
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首先要明确 你要拿定流速的风来吹叶轮，叶轮的转速也是一定的。

此话怎讲？

yanxiaokang

风驱动叶轮。。。风的流速和叶轮的转速是一对一的关系。
就是风机转速固定的时候，来流速度分布是一定的

通流

假如已知远方风速及叶轮的几何尺寸。如果叶轮没有负荷，转速是多少？如果叶轮带了负荷，转速又是多少？这个一对一关系从何而来呢？

如果你要提最大功率点，这时候，才有可能由此关系。

yanxiaokang

哦，我说的一对一的关系当然是指在阻力一定的情况下了，要不然要性能曲线干什么，如果阻力也就是负荷未知的话还谈什么fluent模型，边界条件本身就是错误的。

通流

我说的一对一的关系当然是指在阻力一定的情况下了
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倒是没想到，有个条件是当然的。

就算是，这逻辑关系还是不合理。转速，来流条件，及符合只能给两个。如果转速固定，那可以说给出负荷，就能定来流条件。是不是听起来有点怪？

yanxiaokang

呵呵，可能我是研究风机的，思维不太一样，和风力机相反～～～从风机的角度考虑，转速一定那么性能曲线就定了，给出负荷的话，也就是纵坐标定了，横坐标流量就ok了，来流就自然定了。反之，来流定了，那么负荷也就知道了。负荷也就是阻力在建模之前是先要知道的，要不然边界条件或模型不完整。

感觉上风机的理论是适用于风力机的。。。。

通流

你大概风机做了不少年。不好意思，我就说的直一点。

你这是混淆了那条特性曲线与物理因果关系。对于一个风力机系统，可以设的参数是来流，及负荷。转速是通过功率的平衡而得到的。而对于一个流场，输出功率又没法给，只能给转速与来流条件。所以最后确定转速，必须通过先计算几个转速下的流动来得到那条特性曲线。

xrs333

这也是好多人想不明白的事儿。
  特性（或者说特性曲线）是一个设计一定的部件本身所固有的，要不然怎么叫特性呢。比如风机，或者风力机的叶轮部件的特性，是由其气动与机械工作过程所决定的，是不依赖于与其协同工作的部件（对于风机来说是电动机，对于风力机来说是发电机）的。
  所谓特性就是部件工作时参数变化的关系。由于往往涉及多个参数之间的关系，为了便于分析和表达，我们需要获取其它参数一定情况下的两个参数之间的关系，并绘制成曲线。拿风力机的叶轮来说，工作时与气动性能有关的独立参数主要有桨距、风速、转速、输出扭矩等。这些参数中，风速是外在条件，桨距是为了使叶轮工作在最佳性能而引入的可变结构参数。不管用实验还是计算的方法，我们通常是在桨距一定以及一定风速和一定转速下，测量或计算输出扭矩和效率。在不同风速与不同转速下重复进行测量或计算，就得到输出扭矩与其变化的关系，即特性。
  至于整个装置（或者系统）的工况和特性则由组成装置的各个部件的特性所决定。比如风力发电装置在一定风速下将工作在何转速取决于叶轮和发电机的特性，具体物理条件是叶轮输出的有效扭矩等于发电机轴的输入扭矩，当然功率也是相等的。设计一定的风力发电装置实际工作在何转速下可以通过改变桨距和励磁电流加以控制，目标是性能最佳。
  说了这么一大堆，你可能看着头疼。那就弄个纸风车玩一玩，很快就明白了。

georgelkg

版主，拜读你们的讨论，受益匪浅
我最近也在做风力机的流场仿真，想请教一下我的这个仿真思路和设定边界条件过程有没有问题：
设计的过程中实际上是给定了叶尖速比λ这个参数，另外给定了设计风速V1，由此可得风轮的转速N。那么我设定的边界条件可以定为速度进口（设计风速V1），压力出口（尽可能远的地方设置压力为零），采用旋转坐标系MRF转速设为前面计算的风轮转速N，计算从速度入口初始化。
这其中涉及几个问题首先是负载如何设定？其次我的叶轮是随着外面的整个流场转动而转动吗，还是外面的流场采用静止坐标系而叶轮的壁面设置为动壁面。另外我设计的是3叶片的风力机，建立流场模型是只建立了三分之一流场其中只有一个叶片，那么我在report中得到的转矩是应该乘以3，还是乘以9？
我已经根据以上的仿真思路做了很久，但是所得扭矩与设计功率相差很大。
谢谢！

tonggang

1.扭矩是需要乘以3.
2.额定功率是对于高于额定风速以后的功率吧，你看对应的扭矩是不是这个条件。

mayi85927

水平太高了，可以实现吗?