2024中国可再生能源大会：基于 Kriging 代理模型的串列双翼型气动降载优化

基于Kriging代理模型的串列双翼型气动降载优化武汉科技大学城市建设学院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22风力机发展及大型化趋势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。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。33风机名称时间/年份风机名称时间/年份叶片长度/米VestasV164-9.5MWMHIVestasV236-15.0MW风-浪运行工况复杂提高输出功率超长叶片（主流）柔性增大、刚度降低风-浪运行工况复杂提高输出功率超长叶片（主流）柔性增大、刚度降低海上风力发电44双转子风力机发展新型漂浮式双转子海上风力机新型漂浮式双转子海上风力机海上风力发电改进风机结构（潜力）双转子风力发电机利用掠过前轮叶片的尾流提高风能利用系数双转子风力机对海上风力发电具有巨大潜力5停机工况下风力机降载方法双翼型双转子风力机双翼型双转子风力机机理易分析计算时间短工况易设计计算成本低双变桨双偏航叶片降载复杂三维流场二维翼型简化尾流影响桨距角偏航角机理易分析计算时间短工况易设计计算成本低双变桨双偏航叶片降载复杂三维流场二维翼型简化尾流影响桨距角偏航角停机工况下，寻找串列双翼型最优降载工况时设计降载工况数6技术路线训练更新模型末模型否最优降载工况Kriging数学代理模型是下游翼型风攻角上游翼型风攻角流场特性机理分析数值计算构建均匀实验样本最优降载工况Kriging数学代理模型是下游翼型风攻角上游翼型风攻角流场特性机理分析数值计算构建均匀实验样本7数值模拟设置三分力系数三分力系数 ucl三分力系数三分力系数 ucl网格数量（w） 0.00000.00050.00100.00150.00200.0025-0.4-0.42.02.00.80.00.40.80.00.4100层边界层，上游翼型尾缘与下游翼型前缘间距10c,均8-15°+15°9数值模拟设置Kriging元模型Kriging模型验证L-L工况L-T工况T-L工况T-L工况T-T工况T-T工况Kriging模型验证L-L工况T-L工况T-T工况T-L工况T-T工况Kriging模型验证L-L工况L-T工况T-L工况T-T工况上游翼型最大均方误差不超过0.015，相邻两工况下对应MSE值差别较大上游翼型/下游翼型大攻角下MSE值较大，小攻角下MSE值较小 上游翼型/下游翼型大攻角下MSE值较大，小攻角下MSE值较小Kriging模型验证L-L工况L-T工况T-L工况T-T工况MSE值波动稳定整体设计域合力系数预测↓整体设计域合力系数预测↓!模型更新的必要性Kriging模型更新…合力系数样本值：CFA合力系数预测值：CFK…更新采样点更新采样点上游攻角/°下游攻角/°CFA上游/下游CFK上游/下游相对误差/%00336699……以L-L工况为例，通过不断更新，最终得到误差收敛的末模型最优降载工况搜索串列双翼型合力系数：Kriging模型合力系数预测最小值：0.0229，对应上游翼型攻角0°,下游翼型攻角181°降载工况流场特征来流上游翼型表面均为附着流状态下游翼型表面均为附着流状态，钝体处存在两个小旋涡脱落上游翼型对下游翼型无明显影响上游翼型表面均为附着流状态下游翼型表面均为附着流状态，钝体处存在两个小旋涡脱落上游翼型对下游翼型无明显影响上游翼型表面均为附着流状态，下游翼型表面存在大尺度旋涡上游翼型上表面来流对下游翼型 结论及展望lKriging模型在连续设计域中所得预测值与样本实际值误差在6%以内，数学代理模型预测串列双翼型静气动力系数可行性较高。l以串列双翼型合力系数值最小为降载最优，由Kriging数学代理模型预测得到的最优降载工况为上游翼型攻角0°,下游翼型攻角181°,最不利降载工况为上游翼型攻角+15l结合串列双翼型样本值、Kriging数学代理模型预测值和流场分析可知，上游翼型处于小攻角时对下游翼型无明显影响，大攻角时下游翼型上下表面流场主要受上游翼型上表面流场干扰。l基于数值计算和Kriging数学代理模型的串列双翼型静气动力分析大大减少了计算工作量，能够应用于串列双翼型的最优降载工况搜索，对