水平轴风力机气动性能数值模拟及塔影效应研究

发布时间：2020-06-26 00:06

【摘要】：随着风力机单机容量大型化的发展趋势，风力机的尺寸在不断的扩大，一些之前只在下风型风力机中影响较为严重的问题，目前也逐步在上风型风力机中突显出来，较为突出的就是塔影效应，这种塔架对流动的阻塞作用，会导致风力机气动载荷的瞬时降低，同时对塔架产生周期性载荷冲击，严重影响风力机的寿命和运行安全。目前国内外对下风型风力机的塔架干涉流动的研究，从实验、塔影模型以及CFD方法等方面开展的研究已经积累了很多研究成果，但专门针对上风型风力机塔架干涉的研究还很少。文章采用CFD方法对NREL Phase VI上风型风力机的塔影效应进行全三维非定常数值模拟，通过对NREL Phase VI风力机模型气动性能数值模拟方法的确认研究，验证了Fluent求解器结合SST k-ω湍流模型并采用ICEM划分的六面体网格对风力机气动性能模拟的方法的可靠性和准确性，并采用该模拟方法，对NRELPhase VI上风型风力机的塔影效应进行了数值模拟研究，对比了有无塔架两个模型分别在7m/s，10m/s和20m/s三个来流风速下气动载荷和流场的差别，对比结果发现，受塔影效应的影响，轴扭矩和推力在180°方位角左右都有一个突降又快速回升的过程，随着风速的提高塔影效应对风力机的影响存在一个滞后现象，在同一风速下，塔影沿叶片展向上也是在逐渐减弱的。另外，在对减弱塔影效应方法探索中发现，钝尾缘（Blunttrailing edge）在叶片的应用，能够较好的提高风力机的气动性能，但是在减弱塔影效应方面，并不能起到作用，而翼型塔架（Aerofoil tower）的导流作用明显，对塔影的减弱，有一定帮助，但也理解为是塔架直径的减小对减弱塔影效应的贡献。最后，加工制造出叶轮1:14缩小模型，并对接下来的塔影风洞实验方案进行了具体介绍。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK83
【图文】：

风力机,发展趋势,统计报告,风电机组

[1]。图1-1 风力机发展趋势[1]从目前国内风电的发展来看，根据中国可再生能源学会风能专业委员会的近两年中国风电装机统计报告显示，2011 年中国（不包括台湾地区）新增安装风电机组 11409

国风,电装,装机容量

华中科技大学硕士学位论文台，装机容量 17630.9MW，累计安装风电机组 45894 台，装机容量 62364.2MW，年增长 39.4%。2012 年中国新增安装风电机组 7872 台，装机容量 12960MW，累计安装风电机组 53764 台，装机容量 75324.2MW，同比增长 20.8%。[2, 3]另外，国家发改委能源研究所最新发布的《中国风电装机容量发展路线图 2050报告显示，到 2020 年、2030 年和 2050 年，中国风电装机容量将分别达到 2 亿、4 亿和 10 亿 KW，将成为中国的五大电源之一。到 2050 年，风电将满足国内 17%的电力需求。“十二五”规划中也特别强调了电网输配能力与风电建设协调发展。同时智能电网的建设将更有利于风电的并网，随着我国自主技术与运行质量的不断提高，实现投资成本的下降，风力发电成本将逐步能与常规发电方式相竞争。[4]

【相似文献】