10-基于 Kriging 代理模型的串列双翼型气动降载优化.pdf

1、基于基于 Kriging 代理模型的串列双翼型代理模型的串列双翼型气动降载优化气动降载优化龚玲珑龚玲珑，胡传新，吴开明武汉科技大学城市建设学院武汉科技大学高性能钢铁材料及其应用省部共建协同创新中心33水平轴风力发电机（HAWT）垂直轴风力发电机（VAWT）风力发电机大型化趋势海上浮式风力发电机（OFWT）现代社会对于能源的需求日益增加，全球范围内一度出现了能源短缺危机能源短缺危机。海上风力发电产业在我国属于清洁能源战略新兴产业和科技先导产业，己纳入“十四五”可再生能源发展规划与“十四五”海洋经济发展规划的相关任务之列，始终受到党中央、国务院的高度重视，陆续出台了一系列相关支持政策。随着陆上风电

2、开发趋于饱和陆上风电开发趋于饱和，越来越多沿海国家安装海上风机，海上风电成为风能开发的热点海上风电成为风能开发的热点。风力机发展及大型化趋势风力机发展及大型化趋势4超长叶片超长叶片 超长叶片发展超长叶片发展海上风力发电海上风力发电提高输出功率（主流）生产运维风险生产运维风险经济效益有限经济效益有限GWH252-16 MW/123mV236-15.0 MW/115.5m东方风电/128mMySE 16.0-242/118m超长叶片超长叶片风机名称风机名称时间时间/年份年份叶片长度叶片长度/米米Suzlon S128201863.7Envision EN148-4.5201874Siemens G

3、amesa SG 6.6-155202177.5Siemens Gamesa SG 8.0-167 DD201881.4Vestas V164-9.5 MW201780Siemens Gamesa SG 11.0-200 DD2022100GE Haliade-X2019107MHI Vestas V236-15.0 MW2021115.5GWH252-16 MW2023123H256-16.7 MW2022126结构振动结构振动叶片变形叶片变形风沙冰雪阵风风-浪运行工况复杂柔性增大、刚度降低叶片变形与断裂叶片变形与断裂5双转子风力机双转子风力机新型漂浮式双转子海上风力机新型漂浮式双转子海上风

4、力机 双转子风力机发展双转子风力机发展风能利用系数高风能利用系数高单体容量大单体容量大双转子双转子风力发电机风力发电机（潜力）改进风机结构输出功率提高输出功率提高 双转子风力机对海上风力发电具有巨大潜力双转子风力机对海上风力发电具有巨大潜力海上风力发电海上风力发电利用掠过前轮叶片的尾流提高风能利用系数风能利用系数高风能利用系数高降低叶片长度降低叶片长度提高风能利用率提高风能利用率6 停机工况下风力机降载方法停机工况下风力机降载方法上游叶片桨距角下游叶片桨距角 停机工况下停机工况下，寻找串列双翼型最优降载工况时设计降，寻找串列双翼型最优降载工况时设计降载载工况数量庞大工况数量庞大，有必要改善优化

5、计算效率有必要改善优化计算效率叶片降载复杂二维翼型简化变变桨与偏航桨与偏航桨距角偏航角 停机工况下简单实用降载方法：停机工况下简单实用降载方法：主动变主动变桨与主动偏航桨与主动偏航双双转子风力机转子风力机双变桨双偏航三维流场尾流影响双双翼型翼型计算成本低工况易设计计算时间短机理易分析优点优点调节参数调节参数7训练构建均匀实验样本 技术路线技术路线数值计算Kriging数学代理模型网格及模型设置网格及模型设置无关性验证无关性验证升升/阻力系数统计阻力系数统计元模型目标参数上游翼型合力系数下游翼型合力系数更新模型收敛？末模型否是最优降载工况 优化对象：停机工况下串列双翼型静载优化对象：停机工况下串

6、列双翼型静载 目标参数：合力系数目标参数：合力系数C CF F表达式为：表达式为：上游翼型风攻角下游翼型风攻角机理分析流场特性8 数值模拟设置数值模拟设置 100100层边界层，上游翼型尾缘与下游翼型前缘间距层边界层，上游翼型尾缘与下游翼型前缘间距10c,10c,均为结构化网格均为结构化网格计算域及网格划分网格无关性0.00000.00050.00100.00150.00200.0025-0.40.00.40.81.21.62.0三分力系数时间步长（s）cl cd cm510152025-0.40.00.40.81.21.62.0三分力系数网格数量（w）cl cd cm时间无关性NACA001