動態(tài)來流對水平軸風力機氣動性能影響研究.pdf

1、化石燃料等傳統能源的利用導致的環(huán)境問題已經成為21世紀世界各國面臨的焦點問題之一。隨著新能源技術核心問題的不斷突破，以及各國對新能源領域的政策傾斜加速了新能源產業(yè)的發(fā)展。本文根據目前風力發(fā)電中風力機在運行中存在的諸多問題為基礎，以PhaseⅥ風力機和某1.5MW風力機為研究對象，研究風力機在動態(tài)來流的作用下其流場和氣動性能的變化規(guī)律。本文利用CFD技術對PhaseⅥ風力機的流場進行了數值模擬。首先，通過模擬結果與實驗結果的對比，驗證了數

2、值方法的準確性；其次，為了研究風速變化率對風力機氣動性能的影響，通過分析隨機風速的變化率分布規(guī)律，建立了一種簡化的基于風速變化率的動態(tài)風速模型，該模型包括風速增大和減小兩個過程；然后，模擬風力機在該風速模型下運行的氣動性能，對比分析兩種過程下風力機氣動性能的差異，進而研究了動態(tài)來流下風力機三維旋轉效應對氣動性能的影響機理；最后，以一年一遇的極端運行陣風模型（EOG）作為動態(tài)來流模型，研究某1.5MW風力機的動態(tài)失速問題。
　　本研

3、究主要內容包括：⑴風力機在動態(tài)來流作用下，由于風速隨時間不斷變化，短時間內要捕捉到不同時刻的風速值，因此對網格質量要求很高。對比風速增加過程和減小過程風力機葉片的轉矩，發(fā)現其在兩個過程的風速變化率較低時，轉矩系數沒有明顯差異。而當風速變化率較高時，兩種過程下的轉矩系數有明顯的差異。就此提出氣動敏感性的定義，把風速變化率作為影響風力機氣動敏感性的影響因子，即當ΔV/Δt≥4.23時，轉矩系數會存在較大差值，當ΔV/Δt≤4.23時,轉矩系

4、數則沒有明顯變化。⑵風力機葉片的旋轉會使葉片吸力面的極限流線出現徑向流動現象。當風速大于10m/s時，風力機葉片將發(fā)生失速，風速越大，失速程度越嚴重。動態(tài)來流下風速減小過程的失速程度小于增大過程。⑶通過對比二維翼型計算結果，動態(tài)三維旋轉效應使葉片處葉素的流線分離程度降低，造成失速延遲，導致其升、阻力系數和臨界攻角增大。動態(tài)過程中的風速增大過程的升、阻力系數在較低攻角時變化差異不大，而在較高攻角時，風速增大過程的升、阻力系數小于風速減小過