風力機的案例
系泊失效后漂浮式風力機平臺動態響應研究
摘 要：深海漂浮式風力機平臺穩定性是保證系統安全運行的基礎，其系泊在風、浪及海流等動態載荷周期性作用下引發蠕變后會加速腐蝕，從而導致系泊失效。為了研究系泊失效后風力機所受載荷對平臺動態響應的影響，參考Barge平臺的NREL 5 MW風力機建立了漂浮式風力機整機模型，通過對AQWA的二次開發實現了與FAST間的實時數據交換，開展了漂浮式風力機的風波耦合數值仿真。結論表明：系泊失效后漂浮式風力機平臺響應增大、風力機的結構安全性降低。其中，迎風側系泊失效對平臺影響最為明顯，尤其是橫蕩和艏搖方向受到的影響更大，失效后的最大響應幅值分別為失效前的6.3倍和9.7倍。
關鍵詞：漂浮式風力機;系泊;失效;動態響應;
0 引言
漂浮式風力機因其基礎為浮式平臺，在受風浪載荷長期持續的作用下，會發生慢漂、低頻及波頻等響應，直接威脅漂浮式風力機結構安全及運行穩定性[1]。因此，需對漂浮式風力機的平臺附著系泊，通過將其鏈接至海底，為平臺提供定位與回復力，以保證漂浮式風力機正常工作[2]。但隨著運行時間增加，系泊隨平臺運動時存在與海底間摩擦、海水腐蝕和海洋微生物等作用，系泊使用壽命將大幅衰減[3]。此外，沿海地區為極端臺風高發區，系泊極易因受力劇增而發生失效，從而導致平臺動態響應急劇增大，極端條件下甚至可能發生整機傾覆等嚴重事故，直接威脅漂浮式風力機的安全[4]。因此，有必要對系泊失效下漂浮式的風力機的動態響應進行分析。
隨著各種漂浮式風力機平臺的提出與應用，已有較多學者就其應用范圍、參數、張力特性及組合系泊等方面展開了研究。孫金偉等[5]討論了不同系泊模式，即分組式系泊與分布式系泊對半潛式平臺動態響應的影響，并就兩種系泊模式中單根系泊失效下對平臺的影響進行了對比。
展開 文獻分享丨綜述：風力渦輪機與風場的尾流
在垂直軸風力機中，這些不對稱性很大程度上取決于風機運行時的葉尖速比值，隨著葉尖速比的提高，這些不對稱性會減小。在Shamsoddin and Porté-Agel (2016）的研究中，結果顯示了相對較小的不對稱性，其葉尖速比值為5.2016。
最后，本文在展望中也提到了，研究新的風力機技術，包括不同類型的垂直軸風力機，以及多轉子（水平軸風力機與垂直軸風力機）的風電場。這或許是垂直軸風力機的另一條出路：和水平軸風機相互作用。
文章來源：今夜你不必盛裝
垂直風力機仿真分析APP
<p>垂直風力機仿真分析APP封裝了計算域網格疏密參數、吹風條件參數、葉輪旋轉參數以及計算控制參數等，可快速計算風力狀況及電機轉速等改變的情況下對葉輪氣動壓力及旋轉區域附近流場分布的影響。垂直風力機仿真分析APP可查看速度、壓力等工程所需的計算結果。</p><p><span style="background-color: transparent;"><img src="https://pic1.zhimg.com/80/v2-982347cecb9580b2b5428bb9bd052778_1440w.webp" height="537" width="574"></span></p><p>近年來，隨著可再生能源的不斷發展和應用，風力發電成為了備受矚目的一種綠色能源。而垂直風力機，作為一種新型的風力發電裝置，也逐漸引起了人們的關注。然而，在垂直風力機的設計和優化中，如何準確地預測和分析其氣動性能一直是一個難題。而垂直風力機仿真分析APP的出現，為解決這個問題提供了一種有效的途徑。</p><p><span style="background-color: transparent;"><img src="https://pic2.zhimg.com/80/v2-2d789a596478514c648bc6cfc86e1fdd_1440w.webp" height="740" width="1341"></span></p><p>垂直風力機仿真分析APP的主要功能是對垂直風力機的氣動特性進行分析和計算。通過封裝計算域網格疏密參數、吹風條件參數、葉輪旋轉參數以及計算控制參數等，該APP可以快速計算風力狀況及電機轉速等改變的情況下對葉輪氣動壓力及旋轉區域附近流場分布的影響。同時，該APP還可以查看速度、壓力等工程所需的計算結果。
展開 FENSAP-ICE應用實例--多因素影響下的風力機結冰模擬 ￥69.9
導讀：
風能具有可再生、無污染而且儲量大的優勢，采用風力發電機將風能轉化成電能是現在綠色能源的重要來源之一。為了提高風力機的裝機容量，在寒冷地區(高山)安裝風力機的情況越來越多，主要原因是寒冷地區的空氣密度更高，大溫差形成的風更強，有利于風能的利用。風力機葉片表面的形狀對風能的利用效率影響很大，在高緯度或高海拔地區的冬季，空氣中的過冷水滴碰到運行的風力機葉片會引起葉片表面結冰，對風力機運轉的安全性和經濟性造成嚴重的影響。
人工為風電葉片除冰
葉片大量覆冰會造成風力機功率損失、機械故障、墜冰引發的安全隱患等問題：改變葉片的氣動性能，造成葉輪氣動、質量不平衡；升力系數下降和風能利用率降低，造成發電量的損失；阻力系數增加，導致傳動鏈軸向載荷過大；葉片質量增加，輪轂轉矩增大，影響葉根處疲勞壽命；葉片旋轉過程中容易出現冰塊脫落，發生墜落傷害等事故。
鑒于以上葉片結冰的巨大危害，所以本文通過仿真方法確定多個因素對結冰的影響，盡可能優化設計以減少結冰情況的發生。另外，通過仿真方法分析結冰厚度、結冰位置，為后續除冰提供指導依據。
1 仿真前處理
1.1 幾何模型處理
在進行數值計算之前，往往需要將數模進一步的處理，以方便而準確地得到數值解。這部分數模處理工作使用ANSYS SCDM中的建模工具完成。
風力發電葉片計算域數模
建立的數模為典型的方型遠場。
1.2 網格劃分和邊界條件
網格生成是采用計算流體力學方法對流場進行數值模擬的基礎，常用的網格分為結構網格和非結構網格兩大類。本文工作要借助通用的網格生成軟件FLUENT MESHING生成計算區域內的網格。該類型的網格尺度容易控制，對復雜外形和不規則壁面邊界的適應性強，有助于后續的流場計算結果的收斂性。
劃分網格需建立相應的遠場邊界面、地面以及葉片表面分區。
展開 
被動網格6DOF技術在垂直風力機優化設計中的應用
本案例的模擬得到了陜西工業科技攻關項目的支持，公開將模擬中的相關參數及成果與大家分享
傳統對于垂直風力機的模擬多采用滑移網格法，將流域分為旋轉區域和靜止區域，認為設定風力機轉速，這種方法操作簡單且能較為精確模擬出風力機的運動狀況，但這種方法做了過多簡化和假設與實際尚存在出入，如圖1所示為滑移網格模擬得到風垂直風力機速度場三維分布圖。
圖1滑移網格法得到的垂直風力機速度場三維分布圖
1.本案例采用的技術介紹
1.1 針對垂直風力機旋轉模擬最佳方法即被動網格法，但存在如下操作難度亦也是本案例的創新點：
（1）采用被動網格，對網格質量要求很高，很容易出現負體積；
（2）由于采用被動網格考慮的因素會更多，風力機的中心，慣性矩及體積等參數都需要借助solidworks，UG，ProE等進行獲取；
（3）需要編寫UDF函數
如圖2所示為本案例中采用的分析模型；
圖2本案例采用的五葉片分析模型
1.2 圖3為本例中采用的UDF函數；
圖3 本例UDF函數
1.3 網格劃分
建立局部網格的加密區，如圖4所示
圖4 網格劃分圖
2 結果分析圖
模擬可得垂直風力機葉片周圍的速度、壓力、湍流強度分布圖，以及不同葉片寬度下風力機的功率系數，從而可以用于確定風力機的最優設計，在保證功率系數最大的情況下，減少葉片表面風壓。
圖7為轉速為17rpm時不同葉片寬度的的力矩系數-時間曲線，從圖中可以看出，當葉片寬度為0.76m時力矩系數的周期性不是很明顯，同一周期內差別明顯，隨著葉片寬度的增加，力矩系數的變化出現了明顯周期性規律，同時可以看出葉片寬度在0.8m和0.82m時相同周期內各力矩系數的峰值之間差距相比于其他兩種葉片寬度最小。
展開 NREL VI 期風力渦輪機 CFD 分析和驗證 ￥8
您將學
到什么 模擬 NREL 第六階段風力渦輪機案例
參加本課程
后，學生將能夠模擬任何類型的風力渦輪機 您將獲得創建水平軸風力渦輪機
CAD 模型的技能 您應該能夠使用本課程中教授的技能以及任何其他風力渦輪機獲得 NREL 第六階段的準確結果
要求
對使用 ANSYS （ICEMCFD、Spaceclaim、Fluent） 和 solidworks 軟件有很好的理解。雖然我們將從頭開始，但一些基本的工作知識將非常有幫助。
計算機至少具有 32 GB RAM 和具有良好顯卡的 i7 處理器。
尺寸為 23 英寸或更大（最好是 29 英寸）的 LED 顯示器，以正確可視化結果。
風力渦輪機理論
的基本知識 CFD 的基本知識以及一些簡單的 CFD 問題（如機翼或平板 CFD）的應用
描述
在本課程中，您將學習對 NREL Phase VI 風力渦輪機進行 CFD 分析。您將從頭開始學習所有內容，并且僅使用 NREL 網站上提供的基本數據（NREL 第六階段報告、文檔編號 29955.pdf），例如翼型坐標、沿徑向站的扭轉角和弦長以及不同風速的扭矩值。在本課程中，您將使用 solidworks 創建 NREL 六期風力渦輪機的 CAD 模型，使用 ANSYS Spaceclaim 創建內部和外部域，使用 ICEMCFD 創建域的混合網格，使用 Fluent 進行求解和后處理。最后，您將當前的 CFD 結果與 NREL 提供的實驗數據進行比較。
展開 【CFD數值仿真算例】風力發電機尾流數值仿真
通過建立數學模型，我們可以模擬流體在風力發電機周圍的流動情況，并分析尾流及其相互作用的流場分布。
在風力發電機尾流的研究中，CFD數值仿真可以幫助我們了解尾流的形成、擴散和再附著過程。尾流是指風力發電機在運行過程中，在葉片后方形成的渦旋流動區域。這個區域的流場分布對風力發電機的性能和穩定性有著重要影響。通過CFD仿真，我們可以觀察尾流的動態變化，分析尾流與周圍氣流的作用機制，以及尾流對風力發電機性能的影響。
此外，通過CFD數值仿真，還可以研究多個風力發電機之間的尾流相互作用。當多臺風力發電機在同一個風場中運行時，它們之間的尾流相互作用會對各自的性能產生影響。通過模擬和分析這些相互作用，我們可以評估風場中多臺風力發電機的整體性能，并優化它們的布局和配置。
風力發電機尾流仿真可從以下幾個步驟展開
01 幾何建模
在CFD仿真中，首先需要對風力發電機及其周圍流場進行幾何建模。這包括風力發電機的葉片、塔筒以及周圍的氣流區域。建模的精度和范圍取決于研究的目標和需求。
02 建立數學模型
基于流體力學的原理，需要建立描述流體流動的控制方程，如Navier-Stokes方程、傳熱方程等。這些方程描述了流體的速度、壓力、溫度等隨時間和空間的變化規律。
03 離散化與求解
將連續的控制方程離散化為網格上的離散方程，然后通過數值方法（如有限體積法、有限元法等）進行求解。這一步涉及到選擇合適的離散化方法和數值求解器，以確保模擬的精度和穩定性。
04 后處理與可視化
通過后處理技術，可以對仿真結果進行進一步的分析和處理，例如提取流場的速度矢量、壓力分布、湍流統計量等。可視化技術則可以幫助我們直觀地觀察和分析流場的結構和動態變化。
展開 仿真APP應用案例——垂直風力機仿真分析
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</figure><p><br></p><p><strong>垂直風力機</strong>是一種以垂直旋轉軸為核心的風力發電裝置，其葉片圍繞塔筒水平旋轉，與傳統水平軸風力機形成鮮明對比。這種設計賦予了它三大核心優勢：</p><p><br></p><p>1.<strong>無需對風，適應性強：</strong>垂直風力機無需尾翼或偏航系統調整方向，可在任意風向條件下穩定運行，尤其適合復雜地形與城市環境。</p><p>2.<strong>低風速啟動，發電曲線優化</strong>：通過葉片空氣動力學設計，其啟動風速低至 2.5m/s，且在 5-8m/s 風速區間發電量較水平軸機型高 10%-30%，顯著提升低風速地區的能源利用率。</p><p>3.<strong>結構簡化，維護便捷</strong>：發電機與傳動系統位于地面，無需高空作業，維護成本降低約 40%。</p><p><br></p><p><strong>垂直風力機仿真分析APP</strong>封裝了計算域網格疏密參數、吹風條件參數、葉輪旋轉參數以及計算控制參數等，可快速計算風力狀況及電機轉速等改變的情況下對葉輪氣動壓力及旋轉區域附近流場分布的影響。垂直風力機仿真分析APP可查看速度、壓力等工程所需的計算結果。
展開 風力發電機組的噪聲控制
風力發電機組的噪聲控制
http://www.newenergy.com.cn 2006-6-7 14:24:00 中國風能協會
摘 要：
簡要分析了風力發電機組的噪聲源，重點介紹了阻尼減振降噪控制和噪聲傳播降噪控制的原理和方法，提出風力發電機組的噪聲控制措施和方法。
關鍵詞：風力發電機 阻尼減振 噪聲控制
0 引言
能源是現代社會和經濟發展的基礎。在常規能源告急和全球生態環境惡化的雙重壓力下，風能作為最有開發利用前景和技術最成熟的一種新能源和可再生能源之一，已成了全球能源工業關注的熱點。自二十世紀七十年代以來，風能開發和利用在歐美發達國家發展非常迅速，風力發電的技術也日趨成熟。中國國家計委于1996 年3 月制定了“乘風計劃”，以風力發電機的國產化來帶動風電場建設的產業化。該計劃旨在采取技貿結合的形式，引進國外先進技術，通過消化吸收，達到自主開發，自行設計和制造大型風力發電機的能力[1]。
風能開發能減輕空氣污染和水污染，但如果處理不當，則會增加噪聲污染。近幾年，隨著風力發電機國產化程度的不斷擴大，而我國制造業與歐美發達國家還有一定的差距，因此國產化風力發電機振動噪聲問題逐漸顯現出來。風力發電場附近居民對風力發電機組產生大噪聲煩擾的投訴、申告也越來越多，甚至威脅到風力發電機的正常國產產業化，因此，風力發電機的減振降噪控制是非常重要和必要的。本文將重點討論阻尼減振降噪技術和噪聲傳播降噪技術在風力發電機組噪聲控制中的應用。
1 噪聲源分析
風力發電機組工作過程中在風及運動部件的激勵下，葉片及機組部件產生了較大的噪聲，其噪聲源主要有：
（1）機械噪聲及結構噪聲
齒輪噪聲。
展開 Fluent實用案例 | 6DOF垂直軸風力機被動旋轉仿真
垂直軸立風機是一種新型風力發電機，其特點是風輪軸線與風向垂直，與傳統的水平軸風力發電機相比，具有結構簡單、啟動風速低、噪音小、適用于復雜風場等優點。本案例利用Fluent中的6DOF模型與滑移網格，對垂直軸風力機被動旋轉展開了相關仿真計算，本案例僅進行了簡單的教學演示，依據該案例的設置方法，后續可以對不同的垂直軸風力機展開更為精準復雜的仿真計算。
1 workbench 設置
本案例具體設置如下圖，其中紅色框內的模塊用來進行網格劃分，黑色框內的模塊進行仿真計算，藍色框內的模塊進行模型屬性求解 ：
2 幾何設置
2.1 導入幾何
本案例的模型十分簡單，分為旋轉域與靜止域，葉片采用NACA0012型翼型，長0.4m，高3m，三片葉輪。具體尺寸參數如下圖所示：
靜止域尺寸如下所示，長25嗎，寬10m，高4m。
2.2 幾何屬性求解
首先將風力機模型導入DM，進行初步處理，將壁面設置為8mm進行抽殼。抽殼后模型如下圖所示：
在DM中進行屬性求解，可以得到對應的質量和轉動慣量。
3 Fluent Meshing 設置
3.1 網格設置
采用 Fluent meshing 進行網格劃分，采用六面體網格劃分。具體的網格劃分如下圖所示：
4 FLUENT 設置
4.1 General設置與網格導入
導入網格的方式和前幾篇RBM求解的方式相同，先導入旋轉域網格，再通過附加cas的方法導入靜止域網格，有不了解的可以閱讀 Fluent旋轉機械瞬態計算（一） 中的4.1部分。然后勾選為瞬態計算，并選擇壓力基求解器。
展開 Neptun風力發電機運輸船設計獲ABS原則批復
Neptun船舶設計公司的風力發電機運輸船設計近日獲得美國船級社（ABS）頒發的原則批復（AIP）。
據悉，這種風力發電機運輸船設計是首個運輸功率超過9兆瓦的風力發電機部件的船舶。該型船設計名為Blue Azurit，長178米，使風力發電機制造商能生產全尺寸的焊接風力發電機，隨時準備進行安裝。
該船型的設計能在風力發電機供應商的碼頭直徑裝載、運輸風力發電機部件，可運輸至海上港口，也可接駁至一艘風電安裝船。
Neptun公司總經理Gerald Hadaschik指出，“美國船級社在海工行業的專業地位成為我們這個項目支援的自然選擇，這個船型將有助于海上風電行業降低成本、減少項目風險，提供更可靠的可再生能源。”
展開 
案例分析 | 使用Cradle CFD評估韓國摩天大樓中的風力渦輪機
但是，英國媒體對風力渦輪機關注很少。盡管市民認為風力渦輪機應該連續運轉，但倫敦的風速普遍較低，以及其所在的地形，導致風力渦輪機未到達預期的效果。
（a）風力渦輪機背面的照片；
（b）在水平橫截面上的風速云圖（頂部）和通過孔的流線（底部）
（來自作者的CFD）
圖 2. Strata SE1公寓的流量分析
團隊的主要CFD研究基于在首爾建造的一座新高層建筑，這是世界上第八高的獨立式建筑，即樂天世界大廈。首爾是韓國最大的大城市之一，人口達一千萬，但與沿海韓國城市相比，內陸地區的風向稍弱。因此，研究人員需要進行風能資源評估，以評估這座位于市中心的555 m的高層BIWT的潛在性能。在這樣的高度下，執行原位測量非常復雜。因此，需要采用諸如LIDAR和SODAR的地面遠程傳感器來進行風力資源評估。
此外，需要設計一種數值天氣預報（NWP）模型和度量相關預測（MCP）方法，擴展通過遙感測得的短期數據，以產生多年來的風力數據。然后，使用三維地理信息系統（GIS）數據庫和Cradle CFD來預測建筑物對盛行風的影響以及BWIT的可行性。團隊的工作流程如圖3所示，完整的細節可以在他們所做的工作的原始論文中找到（參考文獻 1）。
圖 3: 使用RS–NWP–CFD對高層BIWT進行風力
資源評估的程序
由于種種限制，研究中的遙感活動持續了兩個月。他們采取的第二步是創建風能圖，顯示塔架安裝區域中風能的空間變異性，從而確定渦輪機的布局。為了進行風力資源映射，首先使用CFD，模擬了按風向在目標區域的風流場。在這種情況下，總共模擬了16個風向.第三步是選擇一種風力渦輪機并確定最佳布局。盡管如果將風力渦輪機安裝在最高風能密度位置可以使能量產生最大化，但是還需要考慮尾流損失。
展開 學術論文|面向深遠海的新型海上風力機浮式平臺水動力性能研究
論文題目：面向深遠海的新型海上風力機浮式平臺水動力性能研究
論文作者：蔡新，張洪建，王浩，謝姣潔，汪亞洲
所屬單位：河海大學力學與材料學院，大連理工大學建設工程學部，江蘇省風電機組結構工程研究中心，南京皖工高新技術研究院，沿海開發與保護協同創新中心
發表期刊：中國電機工程學報
01
問題的引入
目前海上風機浮式平臺相關研究主要均針對某一特定指標進行個性化方案設計，尚未建立較為完善的海上風力機浮式平臺設計體系，并對海上風力機浮式平臺的水動力性能進行系統研究
Ansys助力Vestas完成風力渦輪機控制器的復雜安全設計，推動零排放進程
Vestas在其整個產品鏈上擴展Ansys仿真解決方案的使用，幫助其開發更安全的風力渦輪機控制解決方案（圖片由Vestas提供）
Vestas使用Ansys SCADE的基于模型的軟件開發環境來設計風力渦輪機控制器，成功滿足其獨特的系統設計與認證要求。SCADE支持與產品平臺無關的可變部分開發，僅修改極少的參數就可以從一臺渦輪機更改到另一臺渦輪機，這項工作為客戶帶來性價比更高、品質更優的渦輪機設計。
Vestas功能安全業務部電源解決方案高級專家Keld Hammerum表示：“SCADE依然是我們解決風力渦輪機組件固有復雜性的首選工具。對于在過去三年中SCADE Test的持續改進以及我們從Ansys得到的支持，我們倍感欣喜。在我們自己的仿真框架中重復使用Ansys SCADE應用軟件模型有助于推動更可靠、更優異的仿真，最終讓我們推出更具競爭力的風力渦輪機設計。”
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler指出：“Ansys SCADE幫助Vestas開發客戶在風力渦輪機設計中所需的先進、復雜的軟件，讓設計更容易符合IEC 61508等相關安全標準。在不同的仿真環境下運行專門的SCADE模型可以改善仿真結果，我們將繼續支持Vestas致力于開發安全、可持續的能源解決方案。”
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Vestas在其整個產品鏈上擴展Ansys仿真解決方案的使用，幫助其開發更安全的風力渦輪機控制解決方案（圖片由Vestas提供）
Vestas使用Ansys SCADE的基于模型的軟件開發環境來設計風力渦輪機控制器，成功滿足其獨特的系統設計與認證要求。SCADE支持與產品平臺無關的可變部分開發，僅修改極少的參數就可以從一臺渦輪機更改到另一臺渦輪機，這項工作為客戶帶來性價比更高、品質更優的渦輪機設計。
Vestas功能安全業務部電源解決方案高級專家Keld Hammerum表示：“SCADE依然是我們解決風力渦輪機組件固有復雜性的首選工具。對于在過去三年中SCADE Test的持續改進以及我們從Ansys得到的支持，我們倍感欣喜。在我們自己的仿真框架中重復使用Ansys SCADE應用軟件模型有助于推動更可靠、更優異的仿真，最終讓我們推出更具競爭力的風力渦輪機設計。”
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler指出：“Ansys SCADE幫助Vestas開發客戶在風力渦輪機設計中所需的先進、復雜的軟件，讓設計更容易符合IEC 61508等相關安全標準。在不同的仿真環境下運行專門的SCADE模型可以改善仿真結果，我們將繼續支持Vestas致力于開發安全、可持續的能源解決方案。”
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