中小尺度嵌套下考虑停机位置的大型风力机体系风振响向应分析

摘要：

国内外风工程界采用的风力机体系风效应分析方法通常基于良态气候模式,而台风边界层风特性不同于良态气候模式,台风作用过程中会表现出明显的开时空变异性和多尺度涡结构.针对现存土木工程台风模型理论体系过度简化的问题,引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式(WRF)对“鹦鹉”台风进行高时空分辨率模拟,重点对比台风登陆前、登陆时和登陆后台风风向和风强特征,并结合模拟台风中心路径与实测路径的对比结果验证了中尺度台风“鹦鹉”模拟的有效性.以中国东南沿海地区某风电厂5 MW水平轴风力机为对象,基于WRF模拟获得近地面三维风场数据,并结合小尺度CFD大涡模拟技术分别对叶片单个旋转周期不同停机位置工况进行三维非定常数值模拟.在此基础上,结合有限元完全瞬态法对不同停机工况进行了风振响应动力时程分析,提炼出停机位置对体系风振响应和风振系数的影响规律,最终归纳总结了台风作用下大型风力机体系最不利停机位置.结果 表明:采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,拟合的台风剖面指数为0.076;台风下塔架内力和风振系数显著增大,尤其是与塔架相对位置最近的叶片风振响应最为不利,内力最大增幅达35％.分析发现:当台风作用下大型风力机处于停机状态,下叶片与塔架完全重合(工况1)时为最不利,旋转至上叶片完全重合(工况5)时安全余度最大.

关键词：风力机、中小尺度嵌套、大涡模拟、停机位置、风振响应、风振系数

所属期刊栏目：39

分类号：TK83(风能、风力机械)

资助基金：国家自然科学基金NSFC-RGC合作研究项目;国家自然科学基金;国家自然科学基金面上项目;国家973计划项目;中国博士后科学基金;江苏省六大人才高峰高层次人才计划项目

在线出版日期：2020-04-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共12页

页码：91-101,130