強風(fēng)停機狀態(tài)下葉片位置會顯著影響風(fēng)力機塔架的繞流及穩(wěn)定性能。以南京航空航天大學(xué)自主研發(fā)的3 MW水平軸風(fēng)力機為研究對象,采用CFD方法對葉片單個旋轉(zhuǎn)周期間8個停機位置下風(fēng)力機塔架-葉片體系的流場進行數(shù)值模擬,并與規(guī)范曲線進行對比驗證數(shù)值方法的有效性。此外,結(jié)合有限元方法計算不同停機位置下風(fēng)力機體系動力特性、靜風(fēng)響應(yīng)、屈曲穩(wěn)定性能和極限承載力。在此基礎(chǔ)上,提煉出停機狀態(tài)下葉片位置對風(fēng)力機體系風(fēng)致響應(yīng)和穩(wěn)定性能的演化規(guī)律,歸納總結(jié)出此類風(fēng)力機體系風(fēng)致失穩(wěn)破壞的最不利控制工況。研究表明:在風(fēng)力機葉片的1個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi),當葉片與塔架完全重合(即工況1)時,體系氣動性能最差但靜風(fēng)響應(yīng)較小;隨著葉片順時針旋轉(zhuǎn),其風(fēng)致穩(wěn)定性能呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律,在工況3處其臨界失穩(wěn)風(fēng)速達到最大,在工況6處臨界失穩(wěn)風(fēng)速最小。同時研究發(fā)現(xiàn):風(fēng)力機塔架與葉片的耦合效應(yīng)會產(chǎn)生一種能顯著提高體系極限承載能力的"逆向效應(yīng)",并且隨著葉片對塔架遮擋面積的減小,該"逆向效應(yīng)"愈加顯著。

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圖1計算域及網(wǎng)格劃分示意圖

為保證流動能夠充分發(fā)展，計算域取12D×5D×5D（流向X×展向Y×豎向Z,D為風(fēng)輪直徑），風(fēng)力機置于距離計算域入口3D處。葉片表面扭曲復(fù)雜，故采用混合網(wǎng)格離散形式，并將整個計算域分為內(nèi)、外2個部分：核心區(qū)域采用四面體網(wǎng)格，并對風(fēng)力機周圍局部網(wǎng)格進行加密，外圍區(qū)域采用高質(zhì)量六面體....

圖1計算域及網(wǎng)格劃分示意圖

圖1計算域及網(wǎng)格劃分示意圖2.2模型選取

圖2平均風(fēng)速剖面及湍流強度分布示意圖

風(fēng)力機塔架表面壓力系數(shù)是評價氣動性能的主要指標[10]，將數(shù)值模擬結(jié)果代入式（9）和式（10）進行轉(zhuǎn)換，最后將計算結(jié)果與規(guī)范曲線[17]進行對比。式中，Cpi——i點的平均風(fēng)壓系數(shù)；pi——測點平均壓力；pH——參考高度處遠前方壓力；VH——參考高度處遠前方平均風(fēng)速；Cpi——i....

圖3數(shù)值模擬結(jié)果與規(guī)范曲線對比示意圖

通過上述計算方法將各點壓力系數(shù)轉(zhuǎn)換為體型系數(shù)，圖3給出了8個工況塔架30m高度環(huán)向壓力系數(shù)分布圖。對比可知各工況平均風(fēng)壓系數(shù)分布曲線的負壓極值點和分離點對應(yīng)角度與規(guī)范曲線一致，迎風(fēng)和側(cè)風(fēng)區(qū)域風(fēng)壓系數(shù)數(shù)值吻合較好，僅在背風(fēng)區(qū)負壓系數(shù)小于規(guī)范值，對比結(jié)果驗證了數(shù)值模擬的有效性。2.....

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