风轮不平衡载荷下超大型风电机组叶片颤振极限研究 被引量：2

1

作者 田德 李贝 +3 位作者 吴晓璇 孟慧雯 王浩东 苏怡 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期198-205,共8页

以IEA Wind 15 MW参考风电机组为研究对象,基于非线性时域气弹耦合分析工具,研究风剪切、偏航入流、质量不平衡3种不平衡载荷单一或共同作用时,超大型风电机组叶片的颤振极限。结果表明,单一不平衡载荷作用时,风剪切和±15°以... 以IEA Wind 15 MW参考风电机组为研究对象,基于非线性时域气弹耦合分析工具,研究风剪切、偏航入流、质量不平衡3种不平衡载荷单一或共同作用时,超大型风电机组叶片的颤振极限。结果表明,单一不平衡载荷作用时,风剪切和±15°以内的偏航角会增大临界颤振速度,而质量不平衡会降低临界颤振速度,且质量偏重时颤振速度下降更加明显。3种不平衡载荷共同作用时,临界颤振速度的最大值和最小值都出现在剪切系数为0.3时;最大值总是在偏航角为非负值时取得,最小值在偏航角为-20°时取得;质量不平衡对临界颤振速度的影响与其单一作用时的规律一致。因此,在进行气弹稳定性分析时,应考虑多种风轮不平衡载荷共同作用,尤其是叶片质量偏重和偏航角度为-20°时这种最不利的情况。 展开更多

关键词 风电机组叶片 颤振 稳定性 气动弹性 风轮不平衡载荷

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大型柔性风电叶片气弹响应分析

2

作者 高龙 林立辉 +2 位作者 杨宛生 高尔杰 朱磊 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期572-580,共9页

风力机的大型化、深水化发展使得叶片尺寸急剧增加,长柔叶片的气弹效应日趋显著。该文以某95 m叶片为研究对象,基于BEM方法和多体动力学理论构建气动结构耦合方程并求解极端风载条件下的叶片气弹响应。系统地研究了发生颤振现象后叶片... 风力机的大型化、深水化发展使得叶片尺寸急剧增加,长柔叶片的气弹效应日趋显著。该文以某95 m叶片为研究对象,基于BEM方法和多体动力学理论构建气动结构耦合方程并求解极端风载条件下的叶片气弹响应。系统地研究了发生颤振现象后叶片的振动特征及不同转速条件下的叶片阻尼特性,发现摆振负阻尼是诱导叶片发生颤振失稳的关键因素;同时通过平行对照分析了空气密度、变桨角度等因素对大型叶片气弹稳定性的影响。 展开更多

关键词 风电叶片 气动弹性 阻尼 稳定性分析 叶素动量方法

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大型水平轴风轮转子/塔架耦合系统的气动弹性稳定性分析 被引量：8

3

作者 窦修荣 黄珊秋 宋宪耕 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第3期278-285,共8页

建立了大型水平轴风轮转子／塔架耦合系统的气动弹性模型，推导了转子／塔架耦合系统周期系数运动方程，给出了气动弹性稳定性分析方法。对一风力机模型进行气动弹性稳定性计算。

关键词 风轮 转子 塔架 气动弹性 稳定性 耦合系统

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大型风力机复合材料叶片动态特性及气弹稳定性分析 被引量：10

4

作者 刘伟 尹家聪 +1 位作者 陈璞 苏先樾 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第3期391-395,共5页

采用参数化建模技术快速建立大型风力机复合材料叶片三维有限元壳模型,并在此基础上对叶片的固有动力学特性进行停机及以额定转速旋转两种工况下的模态分析,其中旋转工况考虑了离心力导致的应力刚化效应和旋转软化效应。通过编制插值程... 采用参数化建模技术快速建立大型风力机复合材料叶片三维有限元壳模型,并在此基础上对叶片的固有动力学特性进行停机及以额定转速旋转两种工况下的模态分析,其中旋转工况考虑了离心力导致的应力刚化效应和旋转软化效应。通过编制插值程序,将CFD计算所得的叶片表面分布压力,导算到叶片结构计算的有限元壳模型上,并以此为载荷对叶片进行静气弹稳定性分析。以某初步设计的1.5MW风机为例的计算结果表明:在参数化三维壳模型建模基础上进行的模态分析技术与结合CFD的静气弹稳定性分析技术,有利于快速、准确地计算大型复合材料叶片的动态特性、识别叶片结构的薄弱部位,并预测叶片发生局部屈曲的可能性及其发生的位置。 展开更多

关键词 风机叶片 壳模型 模态分析 气弹稳定性 屈曲分析

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大型风力机全机风振响应和等效静力风荷载 被引量：8

5

作者 柯世堂 王同光 +1 位作者 陈少林 葛耀君 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期686-692,共7页

建立新一代超大功率风力机系统,考虑风轮离心力的"风轮-机舱-塔体-基础"一体化有限元模型,输入采用基于谐波叠加法和叶素-动量理论计算的考虑风轮旋转、塔架-风轮模态和气动相干效应的脉动风荷载;结合考虑结构背景、共振及耦... 建立新一代超大功率风力机系统,考虑风轮离心力的"风轮-机舱-塔体-基础"一体化有限元模型,输入采用基于谐波叠加法和叶素-动量理论计算的考虑风轮旋转、塔架-风轮模态和气动相干效应的脉动风荷载;结合考虑结构背景、共振及耦合项的风振精细化计算方法,研究风力机塔-轮系统的风振响应、等效静力风荷载(ESWL)和动力放大系数的分布特性.结果表明:新一代大型风力机塔-轮系统的风振呈现多模态耦合、多振型响应和多目标等效3个显著特征,其中塔架中上部和风轮由共振响应主导,塔架底部背景和共振响应相当,背景和共振交叉项影响不能忽略. 展开更多

关键词 新一代风力机塔-轮系统 谐波叠加法 叶素-动量理论 风振响应 等效静力风荷载(ESWL)

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大型风力发电机组塔架优化设计 被引量：6

6

作者 刘胜祥 宋晓萍 +1 位作者 陈习坤 曾毅 《水电能源科学》 北大核心 2012年第7期210-213,共4页

鉴于塔架对风力发电机组的承载能力、使用寿命与安全的影响,因此对塔架进行科学、合理的设计尤为重要。提出了风力发电机组塔架的设计思路,总结了静强度、屈曲稳定及模态分析等理论基础的特点,通过整合这些理论基础给出了优化设计步骤,... 鉴于塔架对风力发电机组的承载能力、使用寿命与安全的影响,因此对塔架进行科学、合理的设计尤为重要。提出了风力发电机组塔架的设计思路,总结了静强度、屈曲稳定及模态分析等理论基础的特点,通过整合这些理论基础给出了优化设计步骤,并以湘潭电机股份有限公司某大型风机为例,采用Matlab对塔架进行了优化设计。结果表明,采用基础理论对塔架进行优化设计是简单有效的方法之一,且在满足各项安全指标的前提下,有效地控制了塔架重量,适合推广应用。 展开更多

关键词 风力发电机 塔架 优化设计 静强度 屈曲稳定 模态分析

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基于拟合气弹系数的气弹稳定性分析 被引量：4

7

作者 刘廷瑞 任勇生 杨兴华 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期513-516,共4页

鉴于多自由度大型风力机叶型气动系数计算以及气弹稳定性分析的复杂性,该文在一种四自由度叶型的基础上,采用拟合气弹系数简化了气动力计算过程及气弹稳定性分析过程,降低了非线性气动力模型的阶次。通过与相关文献以及Theodorsen方法... 鉴于多自由度大型风力机叶型气动系数计算以及气弹稳定性分析的复杂性,该文在一种四自由度叶型的基础上,采用拟合气弹系数简化了气动力计算过程及气弹稳定性分析过程,降低了非线性气动力模型的阶次。通过与相关文献以及Theodorsen方法进行气弹稳定性分析结果对比,验证了该方法的可靠性。拟合气动系数的方法可用于NACA的各类叶型。 展开更多

关键词 风力机叶片 气动系数 气弹稳定性 颤振

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风力机叶片挥舞/摆振的动力失速非线性气弹稳定性研究 被引量：13

8

作者 任勇生 林学海 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期121-124,共4页

研究动力失速风力机叶片的非线性气弹系统的稳定性。叶片结构采用具有挥舞/摆振耦合的典型截面模型,动力失速非线性气动载荷的计算采用基于半经验的ONERA非定常、非线性气动模型。为了减少由于线性化气弹稳定性分析模型带来的误差,直接... 研究动力失速风力机叶片的非线性气弹系统的稳定性。叶片结构采用具有挥舞/摆振耦合的典型截面模型,动力失速非线性气动载荷的计算采用基于半经验的ONERA非定常、非线性气动模型。为了减少由于线性化气弹稳定性分析模型带来的误差,直接采用时间域数值积分法,对叶片挥舞/摆振耦合非线性气弹方程组进行数值积分,研究叶片动力失速诱发颤振的稳定性,分析了缩减速度、预尖锥角的影响,并且针对目前文献很少报道的结构阻尼参数的影响问题进行了研究。 展开更多

关键词 动力失速 风力机叶片 挥舞/摆振气弹稳定性 时间域积分

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风力机叶片挥舞—摆振气弹稳定性分析 被引量：5

9

作者 李亮 李映辉 杨鄂川 《噪声与振动控制》 CSCD 2015年第5期30-34,共5页

根据Euler-Bernoulli梁理论和粘弹性材料的Kelvin-Voigt理论建立风力机叶片挥舞—摆振耦合非线性动力学方程。将位移视为静态位移和动态位移的叠加,进而将非线性动力学方程线性化为动态位移的线性方程,得到叶片耦合振动特征方程。使用... 根据Euler-Bernoulli梁理论和粘弹性材料的Kelvin-Voigt理论建立风力机叶片挥舞—摆振耦合非线性动力学方程。将位移视为静态位移和动态位移的叠加,进而将非线性动力学方程线性化为动态位移的线性方程,得到叶片耦合振动特征方程。使用基于加权残值的Galerkin方法求解特征方程,分析叶片气弹稳定性,讨论风速、安装角、耦合效应和材料阻尼对叶片颤振稳定性和非线性自激振动行为的影响。结果表明:摆振方向易出现不稳定振动,通过设置安装角,利用挥舞—摆振耦合可以控制不稳定振动,但当安装角太大时,挥舞—摆振耦合会引起不稳定振动。 展开更多

关键词 振动与波 风力机叶片 气弹稳定性 颤振 自激振动

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水平轴风力机叶片气动弹性稳定判别数的探索分析 被引量：2

10

作者 李仁年 申慧渊 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期2152-2158,共7页

为方便今后风力机叶片气动弹性稳定性问题的判别,进而得到工程上快速应用的方法,通过推导分析得到水平轴风力机叶片气动弹性稳定判别数Shy。结论表明Shy与材料属性、材料分布和叶片运动状态密切相关。最后将应用气动弹性稳定判别数Shy... 为方便今后风力机叶片气动弹性稳定性问题的判别,进而得到工程上快速应用的方法,通过推导分析得到水平轴风力机叶片气动弹性稳定判别数Shy。结论表明Shy与材料属性、材料分布和叶片运动状态密切相关。最后将应用气动弹性稳定判别数Shy得到的结论与叶片气动弹性问题数值计算的结果进行比较,验证了Shy的合理性。 展开更多

关键词 风力机叶片 气动弹性 稳定性 判别数 附着边界层

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风力发电机塔筒的强度、稳定性及动力学分析 被引量：6

11

作者 黄文怡 梁波 +1 位作者 代洪庆 户春影 《黑龙江八一农垦大学学报》 2010年第3期30-33,共4页

利用有限元分析方法,建立了塔筒的有限元分析模型,对塔筒在各种工况下的静强度进行了分析。同时对塔筒进行模态分析,得到了塔筒的固有频率和振型。对塔筒进行稳定性分析,建立了塔筒非线性稳定性分析模型,计算得到塔筒的临界屈曲载荷。... 利用有限元分析方法,建立了塔筒的有限元分析模型,对塔筒在各种工况下的静强度进行了分析。同时对塔筒进行模态分析,得到了塔筒的固有频率和振型。对塔筒进行稳定性分析,建立了塔筒非线性稳定性分析模型,计算得到塔筒的临界屈曲载荷。通过分析得到不同方向的载荷对塔筒稳定性的不同影响。 展开更多

关键词 风力发电机 塔筒 稳定性分析

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风力发电机塔架设计综述 被引量：20

12

作者 李宗福 张有闻 白云飞 《低温建筑技术》 2007年第4期79-80,共2页

分析了风力发电机塔架结构的动力学问题,包括塔架结构动力特性计算、整体稳定性分析、抗疲劳设计方法以及塔架所承受的荷载等问题。通过对目前的解决方法进行分析和总结,为大型风力发电机塔架结构的研究提供一定的帮助。

关键词 风力发电机塔架 耦合作用 固有特性 机械振动稳定性 疲劳

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基于塔筒力学性能的风机维修起重平台基本参数设计

13

作者 吴玉厚 马文文 +1 位作者 孙佳 张珂 《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2013年第6期1085-1091,共7页

目的分析风机维修起重平台对风机塔筒的影响，为平台基本参数的设计提供依据．方法通过对塔筒受力进行静力学分析，得到风机维修起重平台自质量和悬挂平台的缆绳合力方向对塔筒的影响；通过计算塔筒稳定性得到平台自质量的极限值；通过... 目的分析风机维修起重平台对风机塔筒的影响，为平台基本参数的设计提供依据．方法通过对塔筒受力进行静力学分析，得到风机维修起重平台自质量和悬挂平台的缆绳合力方向对塔筒的影响；通过计算塔筒稳定性得到平台自质量的极限值；通过对塔筒进行动力学分析得到塔筒固有频率、模态和谐响应曲线．结果风机维修起重平台自质量和悬挂平台的缆绳合力方向与风机塔筒强度、总体变形成正比例关系；在限制风机维修起重平台自质量前提下，塔筒能够满足稳定性要求；在0～10Hz频率段内塔筒谐响应曲线出现两处波峰即产生共振的频率点．结论悬挂平台的缆绳合力方向与塔筒中心线之间的夹角须小于40°，平台自质量须小于78t，各部件固有频率应避开塔筒各阶固有频率区域，分析结果对风机维修起重平台的基本参数设计工作有重要意义． 展开更多

关键词 风机维修起重平台 塔筒 稳定性计算 有限元分析

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基于整机刚柔耦合的风力机叶片气弹稳定性分析

14

作者 郭小锋 黄鑫祥 +1 位作者 车江宁 张忍 《可再生能源》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期772-777,共6页

为了研究弯扭柔性叶片在实际工况下的气弹变形及气弹稳定性问题,文章以某2 MW低风速风力机为对象,基于SIMPACK通用软件,构建了风力机整机刚柔耦合多体动力学气-弹-控联合仿真模型。文章提出了可定量分析叶尖截面失速特性的新方法,在控... 为了研究弯扭柔性叶片在实际工况下的气弹变形及气弹稳定性问题,文章以某2 MW低风速风力机为对象,基于SIMPACK通用软件,构建了风力机整机刚柔耦合多体动力学气-弹-控联合仿真模型。文章提出了可定量分析叶尖截面失速特性的新方法,在控制系统正常和控制系统失效两种工况下对叶片的气弹稳定性进行了时域和频域分析。在湍流风况下,对叶片的气弹变形进行了计算分析,通过与GH Bladed软件的分析结果进行对比,验证了风力机气弹动力学模型和气弹分析方法的正确性。基于整机刚柔耦合提出的风力机叶片气弹稳定性分析方法有利于解决风力机大型高效与轻量可靠之间的矛盾。 展开更多

关键词 叶片 刚柔耦合 气弹变形 气弹稳定性

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水平轴风电机组短时风速模型研究

15

作者 顾波 刘永前 +1 位作者 康顺 张晋华 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第10期1944-1949,共6页

提出一种建立水平轴风电机组短时风速模型的方法,首先根据自然风短时风速的湍流特性,建立自然风短时风速模型;然后研究风轮旋转效应和塔影效应对自然风短时风速的影响,建立包括风轮旋转效应和塔影效应的水平轴风电机组的短时风速模型。... 提出一种建立水平轴风电机组短时风速模型的方法,首先根据自然风短时风速的湍流特性,建立自然风短时风速模型;然后研究风轮旋转效应和塔影效应对自然风短时风速的影响,建立包括风轮旋转效应和塔影效应的水平轴风电机组的短时风速模型。对建立的短时风速模型进行仿真分析,证明该方法建立的水平轴短时风速模型能客观地反映自然风短时风速流经风电机组的短时风速动态过程。 展开更多

关键词 风电机组 风速模型 塔影效应 风轮旋转效应 湍流

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大型风力机系统运行模态分析研究 被引量：8

16

作者 钟灿堂 李德源 +2 位作者 汪显能 莫文威 刘雄 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期121-126,145,共7页

针对大型风力机在风轮静止、变速转动下振动模态及变化特点,研究弹性变形、惯性及陀螺效应引起的系统各阶模态变化及对系统气弹稳定性影响。通过研究现有线性特征值分析方法,考虑大型风力机非线性特性及风轮转动所致系统时变特性,基于... 针对大型风力机在风轮静止、变速转动下振动模态及变化特点,研究弹性变形、惯性及陀螺效应引起的系统各阶模态变化及对系统气弹稳定性影响。通过研究现有线性特征值分析方法,考虑大型风力机非线性特性及风轮转动所致系统时变特性,基于多体系统动力学理论及混合多体系统HMBS(Hybrid Multi-body Systems)建模方法,结合动力学分析软件ADAMS,分析静止状态整机系统线性特征值问题;考虑构件弹性变形及风轮旋转,用刚性积分方法对系统非线性控制方程进行数值求解,通过傅里叶谱分析方法实现风轮旋转下系统运转模态识别,并讨论、分析系统前十阶模态变化及影响因素。研究结果可作为风力机系统气弹稳定性判据,为避免共振、提高系统运行效率等提供有效的解决手段及分析方法。 展开更多

关键词 风力机 超级单元 模态分析 气弹稳定性

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考虑缺陷的大型风力机塔筒屈曲分析与稳定性设计 被引量：10

17

作者 潘方树 王法武 +1 位作者 柯世堂 唐敢 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第10期2659-2664,共6页

介绍了风力机塔筒在多荷载联合作用下临界屈曲荷载的工程算法与有限元分析方法,并以某5 MW风力机塔筒为研究对象,对比分析不同方法得到的临界屈曲荷载。计算结果表明,线性屈曲分析由于未考虑非线性因素的影响,得到的临界屈曲荷载偏大,... 介绍了风力机塔筒在多荷载联合作用下临界屈曲荷载的工程算法与有限元分析方法,并以某5 MW风力机塔筒为研究对象,对比分析不同方法得到的临界屈曲荷载。计算结果表明,线性屈曲分析由于未考虑非线性因素的影响,得到的临界屈曲荷载偏大,而非线性屈曲分析与工程算法得到的计算结果相近。根据计算结果得出,相关标准提出的工程算法存在一定的局限性,在实际验算中需采用有限元方法进行辅助分析,同时提出一种考虑初始缺陷的非线性屈曲分析方法。 展开更多

关键词 风力机塔筒 稳定性验算 工程算法 非线性屈曲分析 临界屈曲荷载

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塔架对风轮旋转过程中声场及流场的影响探究

18

作者 邵明雪 高志鹰 +2 位作者 苏日娜 张翠青 汪建文 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期327-335,共9页

基于压力脉动与声压之间的关系,利用Fluent数值模拟平台对风力机旋转过程中整机和单转子的声场和流场进行分析。对比2种模型的最大声压级位置,发现由于塔架的介入,整个模型的声场落后于流场约30°。分析塔旁y轴负向测点处压力脉动... 基于压力脉动与声压之间的关系,利用Fluent数值模拟平台对风力机旋转过程中整机和单转子的声场和流场进行分析。对比2种模型的最大声压级位置,发现由于塔架的介入,整个模型的声场落后于流场约30°。分析塔旁y轴负向测点处压力脉动与声压级第1个峰值对应的方位角,结果发现在y/R=0.14、y/R=0.42、y/R=0.71与y/R=1时声压级(SPL)分别落后于压力脉动22°、5°、9°与18°。分析风力机旋转过程中两种模型塔附近监测点的声压级与压力脉动的变化趋势,结果表明:声压级振幅沿展向先增大后减小,在y/R=0.71处达到最大值;同样,在y/R=0.71时压力波动幅度最大。 展开更多

关键词 风电机组 塔架 旋转 方位角 风轮 数值模拟

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湿热环境下复合材料风力机叶片气弹稳定性

19

作者 张康康 李亮 +1 位作者 罗杰 李映辉 《动力学与控制学报》 2016年第4期348-353,共6页

对湿热环境下复合材料风力机叶片气弹稳定性进行了分析.将细长叶片简化为Euler-Bernoulli型悬臂梁,基于复合材料梁理论,在本构方程中引入湿热效应,使用Hamilton原理,建立了湿热环境下复合材料叶片弯扭(挥舞-扭转)耦合动力学方程,进而得... 对湿热环境下复合材料风力机叶片气弹稳定性进行了分析.将细长叶片简化为Euler-Bernoulli型悬臂梁,基于复合材料梁理论,在本构方程中引入湿热效应,使用Hamilton原理,建立了湿热环境下复合材料叶片弯扭(挥舞-扭转)耦合动力学方程,进而得到叶片线性自由振动特征方程,使用假设模态法求解振动特性,讨论了截面扭角、湿热效应、铺层角等因素对叶片气弹稳定性的影响,得到如下结论:(1)扭转阻尼比非常小,易出现气弹不稳定,增加截面扭角可改善气弹稳定性;(2)当出现气弹不稳定时,温度的升高会加剧气弹不稳定;(3)湿度对气弹稳定性影响较小;(4)纤维铺层角对气弹性稳定性影响显著. 展开更多

关键词 风力机叶片 湿热效应 铺层角 气弹稳定性

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下击暴流不同高度水平最大风速对风力机气动载荷的影响

20

作者 张旭耀 李对 +3 位作者 寇海霞 杨从新 李泽 王倩玉 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期370-375,共6页

以理论解析模型结合IECKAI谱构建下击暴流三维脉动风场,将其作为OpenFAST代码的来流输入条件,计算并分析风轮和塔架的气动载荷。结果表明:当下击暴流水平最大风速对应的高度变化导致风轮平面内全部为负的风剪切来流时,风轮的推力和转矩... 以理论解析模型结合IECKAI谱构建下击暴流三维脉动风场,将其作为OpenFAST代码的来流输入条件,计算并分析风轮和塔架的气动载荷。结果表明:当下击暴流水平最大风速对应的高度变化导致风轮平面内全部为负的风剪切来流时,风轮的推力和转矩最小;当水平最大风速对应的高度从风轮扫掠面底部到顶部位置变化时,与最小值相比,风轮的横向力、纵向力、倾覆力矩和偏航力矩系数均方根的最大值分别增大29.01%、30.00%、38.79%和38.93%,在距离塔基19%的截面位置处,塔架前后方向气动阻力系数平均值的最大值增大5.6倍。 展开更多

关键词 风力机 气动载荷 风轮 塔架 下击暴流

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