工程师设计创新型 25 兆瓦转子，以跟上风力涡轮机的增长步伐

Josiah02 · 发表于 2024-11-7 23:31:14

弗吉尼亚大学工程与应用科学学院教授埃里克·洛斯曾领导一个多机构团队设计了世界上最大的风力涡轮机之一，他正在指导探索下一代风力涡轮机设计的下一代学生。
Loth 的研究生助理、博士生 Michael Jeong 是今年早些时候在《应用能源》杂志上发表的一篇论文的主要作者，该论文揭示了有前途的新型转子设计，可以显著提高海上风力涡轮机的功率和性能。该研究考虑了在这些极端尺度上变得至关重要的复杂流体结构动力学。
随着对更大、更高效涡轮机的需求不断增长，这项研究为最大限度地提高能量产量同时最大限度地减轻转子重量和相关成本提供了关键见解。
UVA 的研究人员与国家可再生能源实验室以及华盛顿州立大学和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的工程学教授合作。
郑先生说：“我们的研究重点是设计尺寸空前、成本高效的风力涡轮机转子，以便在风力较强的海上运行。”
“Loth 教授设想的 25 MW 分段式超轻变形转子 (SUMR) 等模型是已发表的最大设计之一，有望在优化成本的同时实现高能量捕获。随着风力涡轮机尺寸不断增大，改进设计策略并考虑这种规模的涡轮机的结构挑战变得至关重要。”
设计研究
该团队采用多学科计算方法，为三种不同的创新转子生成风力涡轮机叶片的尺寸和形状，旨在从空气动力学角度最大限度地提高发电量。
Jeong 表示：“我们设计了相对于叶片长度具有小、中、大叶片宽度的转子，并使用风力涡轮机模拟代码来预测在海上典型的高剪切风中，这三个转子中的哪一个表现最佳。”
通过调整转子“锥度”（代表标准旋转平面外的角度）、转子与垂直平面的倾斜度以及叶片设计的几何形状，可以最大限度地增加转子的面积，同时最大限度地降低成本，从而实现高效的能量捕获。
研究人员还重点研究了转子的“升力系数分布”，该术语描述了叶片的横截面形状沿其跨度捕捉风的能力。通过优化这些系数以及叶片角度，该团队创建了一个专门的框架，用于设计在空气动力学和结构上可行的超大叶片。
他们的模拟表明，其中一种设计（具有适度平衡的叶片宽度）总体表现最佳，可产生最高功率，同时保持较低的重量和成本。
“迈克尔的工作影响不仅限于一种涡轮机设计，”洛斯补充道。“它为未来风能技术的创新奠定了基础。”
洛斯是劳斯莱斯联邦教授，也是 UVA 流体研究与创新实验室主任。他是风能专家，曾向美国国会介绍其合作的 SUMR 项目。
他还曾应邀在剑桥大学、宾夕法尼亚大学、普林斯顿大学、牛津大学、哈佛大学和麻省理工学院发表演讲。
郑先生将于 12 月毕业，他表示很幸运能有洛斯作为他的研究生导师。

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