5MW风力机塔影效应双向流固耦合分析

发布时间：2024-05-14 21:11

　　为了分析塔影效应对兆瓦级风力机的影响,以NREL 5 MW大型风力机为研究对象进行了风力机双向流固耦合的数值模拟。结果表明:塔筒会导致风力机叶片气动载荷的波动程度增加,叶轮受到的周向转矩与轴向推力的波动幅度是无塔筒时的3倍以上,这导致在风力机运行过程中叶轮和叶片产生的形变和应力波动加剧,且数值在总体上也有所增大,说明有塔筒时叶轮的运行状态更不稳定,塔影效应对风力机的稳定性有不利影响。

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【部分图文】：

图１流场域整体模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ

筒为圆台状，上底面直径为３．８７ｍ，下底面直径为６ｍ，高为８７．６ｍ。首先利用３Ｄ建模软件ＰｒｏＥ建立风力机整机模型和立方体流场域模型，再根据布尔运算得到风力机的计算流场。流场分为旋转域和静止域，旋转域是半径为７０ｍ、高为８ｍ的圆柱体，叶轮位于旋转域中央，被其完全包裹；静止域为长....

图２叶轮壳网格Ｆｉｇ．２Ｍｅｓｈｏｆｔｈｅｒｏｔｏｒ

ｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎ１．１．２划分计算网格利用流固耦合的Ｆｌｕｅｎｔ流体模块（ＦＦＦ）自带的Ｍｅｓｈ功能对流场进行网格划分，为能启用Ｆｌｕ－ｅｎｔ中动网格的弹簧光顺功能和网格重构功能，采用四面体网格，并对固体表面进行加密，网格单元个数为２５９万，最大网格偏斜小于０．８....

图３Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ模块结构图Ｆｉｇ．３ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＷｏｒｋｂｅｎｃｈｍｏｄｕｌｅ

场中的速度；ｐ为流场中的压力；δ为叶片位移；Ｒ为残差。如图３所示，利用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中的ＳｙｓｔｅｍＣｏｕｐｌｉｎｇ连接Ｆｌｕｅｎｔ模块和ＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ，并在ＳｙｓｔｅｍＣｏｕｐｌｉｎｇ中设置Ｆｌｕｅｎｔ的计算顺序为１，ＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｔｒｕｃｔｕ....

图４叶轮转矩曲线Ｆｉｇ．４Ｔｏｒｑｕｅｏｕｔｐｕｔｏｆｔｈｅｒｏｔｏｒ

计算顺序为１，ＴｒａｎｓｉｅｎｔＳｔｒｕｃｔｕｒａｌ的计算顺序为２，使流体先作用于固体，固体再反作用于流体。将固体耦合面和流体耦合面配对，设置时间步长为０．１ｓ，进行耦合计算。图３Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ模块结构图Ｆｉｇ．３ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅＷｏｒｋｂｅｎｃｈ....

本文编号：3973430