海上风电向深远海发展,漂浮式风电机组成为发展方向。漂浮式风电机组存在多自由度平台运动,同时伴随海上多变的风况,叶片的气动特性和结构响应非常复杂。本文基于自由涡尾迹法与模态法建立了漂浮式风电机组叶片气弹模型,对NREL 5MW风电机组叶片的气弹特性进行了模拟,与采用BEM和GDW方法的计算结果进行对比。在对比验证的基础上,采用耦合模型研究了平台纵摇运动下NREL 5MW风电机组叶片气弹特性,结果表明,本文建立的耦合模拟方法可以准确地模拟平台运动下的气动性能与结构动态响应;平台运动会显著增加叶片气动性能的波动,平均功率明显增大,平均推力略有降低;平台运动使叶片表面等效应力发生波动,叶尖变形增大,中内叶展较外叶展更容易受到平台运动的影响。

研究了水平轴浮式风力发电机CFD数值模拟的有效性,探讨了在相同来流速度、不同纵摇角度时对风力发电机计算结果的影响,最后得出在不同纵摇角度位置,气流对风力发电机输出功率以及对叶片表面压力、功率系数均产生了一定影响,同时分析了各个位置的尾流场,对以后海上风力发电机的研究提供了理论依据和参考资料。