以NREL 5 MW风力机后掠叶片为研究对象,结合复合材料铺层在ANSYS APDL中设计叶片有限元模型,通过CFD方法求解剪切指数为0.2时直叶片和两种后掠叶片(后掠2 m和后掠4 m)在0°和180°方位角下的气动载荷发现后掠4 m叶片在后掠段有明显的降载功能,随后使用ANSYS静力学模块对各叶片进行模态、静力学计算,分析不同后掠叶片的结构特性。结果表明相较于直叶片,后掠4 m叶片有较好的降载性能,在0°和180°方位角下轴向力在0.8R处最大可降低7.5%和9.1%;随着后掠量的增加,一阶模态频率逐渐减小,一阶频率与3倍基频3P分别相差13.4%,11.9%及10.2%,因此不会发生共振;同一方位角下,后掠4 m叶片的叶尖位移最大,直叶片次之,后掠2 m叶片叶尖位移最小。

风力机通常运行在非定常工况中,其气动性能及尾迹会随着工况的变化而变化.风剪切是风力机长期所处的环境,它会影响到叶片气动载荷、尾迹形状、总体性能等,分析风剪切作用下的叶片气动性能对风力机的设计有重要意义.本文采用一种时间步进自由涡尾迹(free vortex wake,FVW)方法,耦合FVW方法与风剪切模型,计算不同风剪切因子作用下叶片的气动力系数、推力以及风轮后的尾迹形状变化,研究尾迹形状变化对风轮旋转平面诱导速度及风力机叶片气动性能的影响.结果表明在风剪切入流条件下,随着风剪切因子的增大,风力机的气动力系数随时间做周期性波动的幅度加剧,推力的平均值逐渐减小,尾迹倾斜程度增大,尾迹在轮毂下方的倾斜程度更明显;尾迹形状的变化使风轮平面轴向诱导速度因子分布不均匀,同时使风力机的总体性能降低且偏离较大;倾斜尾迹相比...

漂浮式风电机组浮式平台在风浪流耦合作用下存在六自由度运动,使风轮旋转平面内的气动力不均匀,导致风轮产生气动失谐。而风剪切使风电机组的失谐特性更加明显。文中使用计算流体力学方法(CFD)研究风剪切来流与平台纵摇运动分别对风电机组总体性能与叶片不同展向截面气动载荷的影响。结果表明纵摇运动使风电机组的总体性能发生波动,且随着幅值的增加而增加。风剪切0.2与0.3使风电机组总体气动性能增加,且随着风剪切系数的增加而增加。平台纵摇使截面气动载荷的波动从外叶展到内叶展逐渐增大,风剪切造成的截面气动载荷的波动从外叶展到内叶展逐渐减小。风剪切与幅值较低的纵摇运动对截面气动载荷的影响相当。

以NH1500三叶片上风向型水平轴风力机为研究对象,基于CFD方法分析了风剪切来流下塔影效应对风力机叶片与风轮的气动载荷、空间流场的影响.结果表明对于风剪切条件下有/无塔架的2种模型,叶片表面压力分布的差异主要体现在前缘和吸力面;在1个旋转周期内,有塔模型的载荷波动幅值大于无塔的风轮模型,风轮的载荷波动幅值相对于单支叶片的较小;方位角150°~210°的时域为塔架模型的塔影中心区;塔影效应是导致风力机输出功率周期性波动的主要因素;塔架模型在叶片相位角180°时刻较无塔的风轮模型流场结构更为复杂;当叶片经过塔架时,流动分离点发生偏移,引起塔架两侧速度不对称.该研究结果为进一步研究塔影效应对风力机气动特性和空间流场的影响提供了一定参考.

针对不同来流条件引起的风力机叶片振动问题,通过数值方法研究流速以及风剪切指数对叶片流固耦合振动的影响规律。以NREL 5MW风力机叶片实尺度模型为研究对象,采用不同风剪切指数的来流入口条件,利用数值方法获取不同来流工况下叶片表面载荷、压力分布以及载荷随方位角的变化规律;基于单向流固耦合方法计算不同工况下结构耦合形变、应力、应变以及模态频率。结果表明:叶片主要承受轴向载荷作用,叶片表面载荷最值主要在叶展方向85%至90%截面段;与均匀流作用下的耦合结果对比,风剪切来流作用下叶片截面载荷、压力分布以及结构耦合变形、应力、应变以及模态频率均增大,且随风剪切指数的增大而增大;因此,在开展风力机叶片流固耦合研究时,考虑风剪切的影响能够更准确地反映大气边界层中流体对叶片的耦合作用,对风力机叶片流固耦合动力...