周期艏摇运动对浮式风力机的气动影响

发布时间：2024-05-25 12:40

　　相比于偏航工况,浮式风力机在风波联合作用下的艏摇运动不仅改变了来流的入射角度,又给叶片附加了牵连角速度,对其气动特性及稳定性带来巨大的影响。基于升力面自由尾迹方法研究周期艏摇运动对NERL 5 MW浮式风力机的气动影响,从入流速度的角度分析艏摇运动的作用机制,捕捉到了艏摇运动下的畸变尾迹,评估了风轮-尾迹效应。结果表明:幅值为3°的周期艏摇运动下,风力机平均功率上升了1.49%,波动幅值接近100 kW,最低功率值等于3°偏航工况;充分发展的尾迹对风轮的诱导作用略有减小,但对特定叶片的诱导作用反而加强:初始时刻位于特定方位角的某叶片会持续过载,且整机的艏摇及横摇力矩波动剧烈,不利于风力机长时平稳运行。

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【部分图文】：

图1NREL5MW叶片及翼型示意图[11]

图1为NREL5MW叶片及翼型示意图,其在不同半径位置采用了不同的翼型,其中0.3折合半径以下是圆柱及其连接段,正常工况下往往处于失速状态,因此关于叶片的气动参数不含这部分的影响。建立浮式风力机坐标系如图2所示,包括全局坐标系O(X,Y,Z)、塔架坐标系O1(X1,Y1,Z1....

图2坐标系示意图

建立浮式风力机坐标系如图2所示,包括全局坐标系O(X,Y,Z)、塔架坐标系O1(X1,Y1,Z1)、机舱坐标系以及叶片坐标系。风轮逆时针旋转,定义叶片与Z轴正向夹角为方位角φ,初始时刻φ=0°的叶片为叶片1,逆时针方向依次定义叶片2以及叶片3。1.2升力面自由尾迹方法

图3涡格法原理图

升力面法在叶片参考面沿展向和弦向布置涡片或涡线以代替真实叶片。采用涡格法(vortexlatticemethod)作为升力面法的数值求解方法,如图3所示,将叶片划分为M×N个网格,网格3/4弦向处、1/2展向处布置控制点;1/4弦向处布置叶片附着涡线,同时向后脱出等环量的半....

图4简化的叶片尾迹结构

式中:U→∞—入流速度,m/s;v→r—叶片旋转速度,m/s;v→i—流场中所有涡系对控制点的诱导速度,m/s;n→c—控制点物面的法向量。v→i=v→b+v→n+v→f?????????(2)

本文编号：3982124