2024中國可再生能源大會：基于 Kriging 代理模型的串列雙翼型氣動降載優(yōu)化

基于Kriging代理模型的串列雙翼型氣動降載優(yōu)化武漢科技大學城市建設學院武漢科技大學城市建設學院武漢科技大學高性能鋼鐵材料及其應用省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心22風力機發(fā)展及大型化趨勢現(xiàn)代社會對于能源的需求日益增加，全球范圍內一度出現(xiàn)了能源短缺危機。海上風力發(fā)電產業(yè)在我國屬于清潔能源戰(zhàn)略新興產業(yè)和科技先導產業(yè)，己納入《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》與《“十四五”海洋經濟發(fā)展規(guī)劃》的相關任務之列，始終受到黨中央、國務院的高度重視，陸續(xù)出臺了一系列相關支持政策。隨著陸上風電開發(fā)趨于飽和，越來越多沿海國家安裝海上風機，海上風電成為風能開發(fā)的熱點。33風機名稱時間/年份風機名稱時間/年份葉片長度/米VestasV164-9.5MWMHIVestasV236-15.0MW風-浪運行工況復雜提高輸出功率超長葉片（主流）柔性增大、剛度降低風-浪運行工況復雜提高輸出功率超長葉片（主流）柔性增大、剛度降低海上風力發(fā)電44雙轉子風力機發(fā)展新型漂浮式雙轉子海上風力機新型漂浮式雙轉子海上風力機海上風力發(fā)電改進風機結構（潛力）雙轉子風力發(fā)電機利用掠過前輪葉片的尾流提高風能利用系數雙轉子風力機對海上風力發(fā)電具有巨大潛力5停機工況下風力機降載方法雙翼型雙轉子風力機雙翼型雙轉子風力機機理易分析計算時間短工況易設計計算成本低雙變槳雙偏航葉片降載復雜三維流場二維翼型簡化尾流影響槳距角偏航角機理易分析計算時間短工況易設計計算成本低雙變槳雙偏航葉片降載復雜三維流場二維翼型簡化尾流影響槳距角偏航角停機工況下，尋找串列雙翼型最優(yōu)降載工況時設計降載工況數6技術路線訓練更新模型末模型否最優(yōu)降載工況Kriging數學代理模型是下游翼型風攻角上游翼型風攻角流場特性機理分析數值計算構建均勻實驗樣本最優(yōu)降載工況Kriging數學代理模型是下游翼型風攻角上游翼型風攻角流場特性機理分析數值計算構建均勻實驗樣本7數值模擬設置三分力系數三分力系數 ucl三分力系數三分力系數 ucl網格數量（w） 0.00000.00050.00100.00150.00200.0025-0.4-0.42.02.00.80.00.40.80.00.4100層邊界層，上游翼型尾緣與下游翼型前緣間距10c,均8-15°+15°9數值模擬設置Kriging元模型Kriging模型驗證L-L工況L-T工況T-L工況T-L工況T-T工況T-T工況Kriging模型驗證L-L工況T-L工況T-T工況T-L工況T-T工況Kriging模型驗證L-L工況L-T工況T-L工況T-T工況上游翼型最大均方誤差不超過0.015，相鄰兩工況下對應MSE值差別較大上游翼型/下游翼型大攻角下MSE值較大，小攻角下MSE值較小 上游翼型/下游翼型大攻角下MSE值較大，小攻角下MSE值較小Kriging模型驗證L-L工況L-T工況T-L工況T-T工況MSE值波動穩(wěn)定整體設計域合力系數預測↓整體設計域合力系數預測↓!模型更新的必要性Kriging模型更新…合力系數樣本值：CFA合力系數預測值：CFK…更新采樣點更新采樣點上游攻角/°下游攻角/°CFA上游/下游CFK上游/下游相對誤差/%00336699……以L-L工況為例，通過不斷更新，最終得到誤差收斂的末模型最優(yōu)降載工況搜索串列雙翼型合力系數：Kriging模型合力系數預測最小值：0.0229，對應上游翼型攻角0°,下游翼型攻角181°降載工況流場特征來流上游翼型表面均為附著流狀態(tài)下游翼型表面均為附著流狀態(tài)，鈍體處存在兩個小旋渦脫落上游翼型對下游翼型無明顯影響上游翼型表面均為附著流狀態(tài)下游翼型表面均為附著流狀態(tài)，鈍體處存在兩個小旋渦脫落上游翼型對下游翼型無明顯影響上游翼型表面均為附著流狀態(tài)，下游翼型表面存在大尺度旋渦上游翼型上表面來流對下游翼型 結論及展望lKriging模型在連續(xù)設計域中所得預測值與樣本實際值誤差在6%以內，數學代理模型預測串列雙翼型靜氣動力系數可行性較高。l以串列雙翼型合力系數值最小為降載最優(yōu)，由Kriging數學代理模型預測得到的最優(yōu)降載工況為上游翼型攻角0°,下游翼型攻角181°,最不利降載工況為上游翼型攻角+15l結合串列雙翼型樣本值、Kriging數學代理模型預測值和流場分析可知，上游翼型處于小攻角時對下游翼型無明顯影響，大攻角時下游翼型上下表面流場主要受上游翼型上表面流場干擾。l基于數值計算和Kriging數學代理模型的串列雙翼型靜氣動力分析大大減少了計算工作量，能夠應用于串列雙翼型的最優(yōu)降載工況搜索，對