考虑停机位置风力机塔架-叶片耦合体系风致稳定性能分析

发布时间：2024-03-13 01:27

　　强风停机状态下叶片位置会显著影响风力机塔架的绕流及稳定性能。以南京航空航天大学自主研发的3 MW水平轴风力机为研究对象,采用CFD方法对叶片单个旋转周期间8个停机位置下风力机塔架-叶片体系的流场进行数值模拟,并与规范曲线进行对比验证数值方法的有效性。此外,结合有限元方法计算不同停机位置下风力机体系动力特性、静风响应、屈曲稳定性能和极限承载力。在此基础上,提炼出停机状态下叶片位置对风力机体系风致响应和稳定性能的演化规律,归纳总结出此类风力机体系风致失稳破坏的最不利控制工况。研究表明:在风力机叶片的1个旋转周期内,当叶片与塔架完全重合(即工况1)时,体系气动性能最差但静风响应较小;随着叶片顺时针旋转,其风致稳定性能呈现先增大后减小的规律,在工况3处其临界失稳风速达到最大,在工况6处临界失稳风速最小。同时研究发现:风力机塔架与叶片的耦合效应会产生一种能显著提高体系极限承载能力的"逆向效应",并且随着叶片对塔架遮挡面积的减小,该"逆向效应"愈加显著。

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【部分图文】：

图1计算域及网格划分示意图

为保证流动能够充分发展，计算域取12D×5D×5D（流向X×展向Y×竖向Z,D为风轮直径），风力机置于距离计算域入口3D处。叶片表面扭曲复杂，故采用混合网格离散形式，并将整个计算域分为内、外2个部分：核心区域采用四面体网格，并对风力机周围局部网格进行加密，外围区域采用高质量六面体....

图1计算域及网格划分示意图

图1计算域及网格划分示意图2.2模型选取

图2平均风速剖面及湍流强度分布示意图

风力机塔架表面压力系数是评价气动性能的主要指标[10]，将数值模拟结果代入式（9）和式（10）进行转换，最后将计算结果与规范曲线[17]进行对比。式中，Cpi——i点的平均风压系数；pi——测点平均压力；pH——参考高度处远前方压力；VH——参考高度处远前方平均风速；Cpi——i....

图3数值模拟结果与规范曲线对比示意图

通过上述计算方法将各点压力系数转换为体型系数，图3给出了8个工况塔架30m高度环向压力系数分布图。对比可知各工况平均风压系数分布曲线的负压极值点和分离点对应角度与规范曲线一致，迎风和侧风区域风压系数数值吻合较好，仅在背风区负压系数小于规范值，对比结果验证了数值模拟的有效性。2.....

本文编号：3926977