风剪切对风力机叶片气动性能及尾迹形状的影响1)

许波峰 朱紫璇 戴成军 蔡 新 王同光 赵振宙

∗(河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心,南京 210000)

†(河海大学江苏省风电机组结构工程研究中心,南京 210000)

∗∗(南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室,南京 210000)

引言

风力机运行在大气边界层中,其叶片性能会受到风剪切的影响.在风剪切入流条件下,风轮旋转平面速度分布不均匀,叶片载荷呈周期性变化,风力机的性能也会有所降低[1].此外,从叶片尖部拖出的尾流的畸变会反过来作用于风轮平面,进一步影响叶片气动性能.随着机组的大型化发展,风剪切对风力机叶片的影响会更加明显.

风力机叶片的气动性能计算方法主要有动量−叶素理论(blade element momentum,BEM)方法、CFD方法、自由涡尾迹方法.BEM 方法在科学研究与工业领域得到了广泛应用,对于非定常入流条件下的仿真需要加入相关修正模型来提高计算精准度[2-7].唐新姿等[8]基于修正的BEM 和非嵌入式概率配置点法,提出了一种风力机不确定空气动力学法,研究了不确定性风速对风力机的影响.Ali 等[9]采用一种经验非定常BEM 计算高空风力机气动特性,在峰值工况运行下的性能与CFD 方法结果相比,其偏差在4.1%以内.但在风轮平面上的入流分布明显不均匀的情况下,气动载荷的计算会有较大的偏差[10].CFD 方法的计算精度优于BEM,不少学者采用CFD 方法做了非定常工况下风力机的相关仿真[11-12].但CFD 方法的一些参数设置会对计算结果有一定的影响,并且……