發(fā)布時間：2019-07-28 15:51

【摘要】：海上垂直軸風力機受浮式基礎運動的影響,氣動載荷非常復雜,討論浮式基礎運動對風力機氣動性能的影響尤為重要。本文分析葉片數量、翼型、形狀和風輪實度對風機功率系數的影響,確定最佳風機結構參數;討論塔柱與浮式基礎運動對風機功率系數的影響。采用基于葉素動量理論的雙致動盤多流管模型計算風機功率系數,運用CFD方法研究風機的氣動特性,并與理論結果對比。結果表明:塔柱對風機功率的影響在大尖速比時更為明顯;基礎的垂蕩運動會影響風機的功率系數,不同尖速比的影響結果不同;尖速比增大,不同垂蕩周期的基礎運動影響差別逐漸顯現。
【圖文】：

證明了穩(wěn)定狀態(tài)的流場變化具有周期性，尾流區(qū)域隨風流動逐漸變窄，流場分布與風機相位角有關［9］。Mohamed等對比分析了CFD求解格式對不同網格劃分軟件的適用條件，并對不同翼型的H型風機氣動性能進行了比較［10］。Bedon等對三葉片垂直軸風力機在縱傾條件下的氣動性能進行了研究［11］。本文綜合采用雙盤面多流管理論和CFD數值模擬方法，研究了Spar型浮式基礎支撐的2.6MW－Φ型風力機的氣動載荷特性，分析了浮式基礎的運動對風力機氣動性能的影響。1浮式風力機形式及參數本文采用的浮式風力機形式如圖1所示。風力機安裝在桁架式Spar型浮式基礎之上，葉片帶動塔柱在風力作用下旋轉，將風能轉化為機械能，并通過安裝在基礎艙室內的傳動機構與發(fā)電裝置將塔柱旋轉的機械能轉化為電能，上部風力機和下部浮式基礎的具體參數如表1和表2所示。2風力機氣動載荷的理論計算方法2.1雙致動盤多流管理論Strickland在單流管模型的基礎上提出多流管模型，假定各個流管之間互不影響。這一理論更加全面可靠，但計算過程相對復雜。Paraschivoiu在多流管模型的基礎上做了改進，提出雙致動盤多流管模型，將流管分為上風區(qū)和下風區(qū)兩部分。圖1浮式風力機示意圖Fig．1Diagramoffloatingwindturbine表1風力機參數Table1Parametersofwindturbine項目數值額定轉速/(r·min－1)12.0額定風速/(m·s－1)15.0葉片弦長/m3.5風輪高/m72.0風輪直徑/m74.0塔柱直徑/m3.0葉片截面翼型NACA0018葉片線型拋物線表2浮式基礎參數Table2Parametersoffloatingfoundationm項目數值總吃水43.0上部浮力艙直徑12.0上部浮力艙高度10.0主動壓載艙直徑20.0主動壓載艙高度6.0垂蕩板邊長6.0桁架直徑1.2桁架高度31.0混凝?

率系數。2.2計算結果及分析采用雙致動盤多流管理論，，利用Matlab軟件編程，計算風機氣動性能。利用循環(huán)迭代求解，流程如下:當給定轉子幾何型線、來流速度以及轉速時，假定干擾因子初值為1，可得到局部尖速比，雷諾數等條件。根據已知翼型參數CL和CD進行差值得到新值，可求得CN和CT，再根據上風函數得到干擾因子新值，如此循環(huán)迭代，直到兩次得到的干擾因子相差不到10－4即循環(huán)結束［12］。由干擾因子可求誘導速度，進而得到葉片受力情況。變換不同的風速和轉速，得到一系列功率系數曲線，如圖2所示。圖2不同速度下的功率系數曲線Fig．2Powercoefficientcurvesatdifferentspeeds由圖2可以看出，當風速一定時功率系數隨轉速的增加先增大后減小，不同風速條件下的最大功率系數不變，但所對應的轉速隨風速的增加而增加;當轉速一定時，功率系數隨風速的增加先增大后減小，不同轉速條件下的最大功率系數保持不變，但所對應的風速隨轉速的增加而增加。給定尖速比定義如下λ=ωＲ/V∞式中:ω為風機轉速，Ｒ為風機赤道截面半徑，V∞為赤道截面無窮遠處來流風速。根據上述計算結果，繪制CP-λ曲線，如圖3所示。綜合以上兩種情況，當風力機模型參數確定時，功率系數變化僅與尖速比λ有關。圖3CP-λ曲線Fig．3CP-λcurve圖3表明，風機額定工況下功率系數CP為0.354，最大功率系數為0.46，對應最佳尖速比為5.4，適應尖速比最大為10.7。根據不同風速條件下的CP值可以求得風力機對應的功率P，繪制功率－風速曲線，如圖4所示。圖4風機功率曲線與CP曲線Fig．4CurvespowerofwindturbineandCP以下依次改變葉片數量n、葉片截面翼型、風輪實度δ和葉片形狀，分別計算風機功率系
【作者單位】： 天津大學水利工程仿真與安全國家重點實驗室;滄州市華油飛達石油裝備有限公司;
【基金】：國家自然科學基金項目(51579176)
【分類號】：TM315

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9 朱

本文編號：2520162