根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)與GL準(zhǔn)則定義極端風(fēng)速模型對(duì)某1.5 MW的水平軸風(fēng)力機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,研究極端風(fēng)況下風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩、空氣動(dòng)力系數(shù)等的變化規(guī)律.研究發(fā)現(xiàn),風(fēng)力機(jī)在非穩(wěn)態(tài)工況下運(yùn)行時(shí),高風(fēng)速時(shí)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩與低風(fēng)速時(shí)風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律相比有明顯差異,葉根到葉尖產(chǎn)生不同程度的失速.在風(fēng)速增大和減小的不同過(guò)程中,非穩(wěn)態(tài)工況下風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩、升力系數(shù)和阻力系數(shù)隨攻角的變化有顯著地差別,葉輪的升力系數(shù)和阻力系數(shù)的最大值均高于穩(wěn)態(tài)下的系數(shù). 

【文章來(lái)源】：蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2019,45(03)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１極端運(yùn)行陣風(fēng)模型

擇與網(wǎng)格劃分采用某１．５ＭＷ風(fēng)力機(jī)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，風(fēng)輪直徑８３ｍ，額定風(fēng)速１０．４ｍ／ｓ，額定轉(zhuǎn)速１７．２ｒ／ｍｉｎ，輪轂高度６５ｍ，葉片截面翼型為ＮＨ０２ＸＸ．選擇風(fēng)輪的１／３區(qū)域作為計(jì)算域并在對(duì)稱邊界設(shè)置周期性邊界條件．內(nèi)部旋轉(zhuǎn)域采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，外域選用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，在Ｆｌｕｅｎｔ中縫合處理以使ｉｎｔｅｒｆａｃｅ界面處的數(shù)據(jù)進(jìn)行正常的傳輸，網(wǎng)格數(shù)總計(jì)９００萬(wàn)．采用３２核處理器與２５６Ｇ內(nèi)存的服務(wù)器進(jìn)行數(shù)值計(jì)算．三維計(jì)算區(qū)域如圖２所示．圖１極端運(yùn)行陣風(fēng)模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｅｘｔｒｅｍｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｇｕｓｔ圖２三維計(jì)算區(qū)域模型Ｆｉｇ．２Ｍｏｄｅｌｏｆ３－Ｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｄｏｍａｉｎ１．２．２邊界條件設(shè)置在進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)，湍流模型采用ＳＳＴｋ－ω模型，進(jìn)口為速度入口，出口為壓力出口，葉片和輪轂表面均為黏性無(wú)滑移邊界，計(jì)算域繞ｙ軸旋轉(zhuǎn)，設(shè)定轉(zhuǎn)速為恒值１７．２ｒ／ｍｉｎ．動(dòng)量和湍動(dòng)能均選擇二階迎風(fēng)格式進(jìn)行離散，壓力－速度耦合采用ＳＩＭＰＬＥＣ算法．假設(shè)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行，空氣為理想氣體，忽略重力影響．所選擇的邊界條件均經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，符合本次數(shù)值計(jì)算的要求．對(duì)于非穩(wěn)態(tài)情況，選取葉輪每轉(zhuǎn)３°為一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)，根據(jù)葉輪的額定轉(zhuǎn)速得到時(shí)間步長(zhǎng)Δｔ＝０．０２９０６９７７ｓ．選取低湍流強(qiáng)度值，即Ｉ＝０．１６．通過(guò)ＵＤＦ給定極端運(yùn)行陣風(fēng)工況作為入口邊界條件，進(jìn)行非定常計(jì)算．對(duì)于穩(wěn)態(tài)情況，選取極端運(yùn)行陣風(fēng)的不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的風(fēng)速作為入口邊界條件，其他邊界條件不變，進(jìn)行定常計(jì)算．２模擬結(jié)果與分析風(fēng)力機(jī)中葉

ｌ與Ｃｄ的定義式為Ｃｌ＝２ＦｌρＳｖ２（３）Ｃｄ＝２ＦｄρＳｖ２（４）式中：ｖ為風(fēng)速；ρ為空氣密度；Ｓ為風(fēng)輪掃掠面積．阻力作用在風(fēng)輪上會(huì)產(chǎn)生軸向轉(zhuǎn)矩Ｍ，根據(jù)葉素理論，轉(zhuǎn)矩為Ｍ＝∫ｒ０１２ρｗ２ＮｃＣｙｒｄｒ（５）Ｃｙ＝Ｃｌｓｉｎφ－Ｃｄｃｏｓφ（６）式中：ρ為空氣密度；ｗ為相對(duì)速度；Ｎ為葉片數(shù)；ｃ為弦長(zhǎng)；φ為相對(duì)風(fēng)向角；ｒ?yàn)轱L(fēng)輪半徑．２．１風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩分析圖３ａ給出了風(fēng)輪在極端運(yùn)行陣風(fēng)下風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩、風(fēng)速隨時(shí)間變化的曲線．從圖中可以看出，當(dāng)時(shí)圖３極端運(yùn)行陣風(fēng)轉(zhuǎn)矩變化的曲線Ｆｉｇ．３Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｔｏｒｑｕｅｖｓｔｉｍｅｕｎｄｅｒｅｘｔｒｅｍｅｏｐｅｒ－ａｔｉｎｇｇｕｓｔ間在ａ點(diǎn)之前和ｂ點(diǎn)之后這兩個(gè)時(shí)間段時(shí)，不同時(shí)刻的風(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩的變化趨勢(shì)接近．而在ａ～ｂ時(shí)間段，不同時(shí)刻的風(fēng)速對(duì)應(yīng)的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩的變化趨勢(shì)有較大差別．通過(guò)觀察圖３ｂ，可以更加直觀地反映轉(zhuǎn)矩隨風(fēng)速變化的規(guī)律．ｃ點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速為８．０４６３ｍ／ｓ，ｄ點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速為１１．６５６８ｍ／ｓ，ｅ點(diǎn)對(duì)應(yīng)的風(fēng)速為１５．８３４６ｍ／ｓ．當(dāng)風(fēng)速在ｃ、ｄ之間時(shí)，無(wú)論在風(fēng)速增大還是減小過(guò)程，轉(zhuǎn)矩Ｍ在四個(gè)風(fēng)速變化階段差異很��；當(dāng)風(fēng)速在ｄ、ｅ之間時(shí)，對(duì)比風(fēng)速增大和減小兩個(gè)過(guò)程的轉(zhuǎn)矩，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)階段風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩差值較大．這是由于風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)失速和風(fēng)輪的三維旋轉(zhuǎn)效應(yīng)導(dǎo)致的．２．２葉片截面流動(dòng)特性及壓力當(dāng)風(fēng)速ｖ＝１５．８６７６ｍ／ｓ，為解釋上述失速情況，選取葉片展向的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)響應(yīng)特性分析[J]. 趙榮珍,蘆頡,蘇利營(yíng).  蘭州理工大學(xué)學(xué)報(bào). 2016(06)
[2]強(qiáng)陣風(fēng)條件下風(fēng)電機(jī)組鋼-混凝土塔架瞬態(tài)響應(yīng)分析[J]. 曹莉,孫文磊,周建星.  可再生能源. 2015(07)
[3]立軸風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)態(tài)失速特性與氣動(dòng)性能分析[J]. 劉占芳,顏世軍,張凱,鄧智春.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2012(02)
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碩士論文
[1]極端風(fēng)況下水平軸風(fēng)力機(jī)的非定常氣動(dòng)特性研究[D]. 劉恒.蘭州理工大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3434999