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第３１卷第３期兰州工业学院学报Ｖｏｌ.３１Ｎｏ３
２０２４年６月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＬａｎｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪｕｎ.２０２４
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文章编号:１００９２２６９(２０２４)０３０００１０６
水平轴风力机叶片风雨作用下气动性能分析
１ａꎬ２１ａ３１ｂꎬ４
孙芳锦ꎬ曾倩ꎬ刘甜甜ꎬ张大明
(１.桂林理工大学ａ.土木工程学院ꎻｂ.信息科学与工程学院ꎬ广西桂林５４１００４ꎻ
２.广西岩土力学与岩土工程重点实验室ꎬ广西桂林５４１００４ꎻ
３.辽宁工程技术大学土木工程学院ꎬ辽宁阜新１２３０００ꎻ
４.广西嵌入式技术与智能系统重点实验室ꎬ广西桂林５４１００４)
摘要:基于Ｎ￣Ｓ方程和欧拉￣拉格朗日法对ＮＲＥＬ５ＭＷ风机叶片在风雨共同作用下的气动性能
展开研究ꎮ通过数值模拟不同风速对雨滴轨迹的影响ꎬ探究风力机叶片表面在不同风速下的雨
滴收集情况和在风雨共同作用下风力机叶片表面的压力分布ꎮ结果表明:风速对雨滴在流场中
的运动轨迹影响十分显著ꎻ无论何种风速ꎬ风力机收集到的绝大多数雨滴直径范围为１.７５~３.７５
ｍｍꎬ占有率在８５％左右ꎻ相较与纯风场ꎬ风力机在风雨共同作用下ꎬ雨滴的撞击会增强风力机叶
片表面的压力ꎮ研究结果可为风机的叶片设计和在风电场中的合适布置提供参考ꎮ
关键词:水平轴风力机ꎻ风雨作用ꎻ欧拉￣拉格朗日法ꎻ气动性能
中图分类号:ＴＫ８３文献标志码:Ａ
风能作为清洁无公害能源ꎬ具有良好的发展前拟ꎬ探究了风雨荷载在风力机上的分布规律ꎮ上述
景ꎮ风能资源开发利用的核心装备水平轴三叶片文献研究了纯风、风雨共同作用下风力机的相关特
型风力机ꎬ对风的敏感性使其在实际运行过程中受性ꎬ但在风力机风驱雨作用下的气动性能研究甚少ꎮ
风速、风向和降雨等天气因素严重影响ꎮ近年来ꎬ为进一步探究风力机在风雨下的叶片气动性
学者对风力机在风雨两相流共同作用下开展了大能ꎬ本文利用ＡＮＳＹＳＦｌｕｅｎｔ软件ꎬ基于Ｎ￣Ｓ方程和
[１]
量研究ꎬ获得不少成果ꎮＡｂｄｏｌｌａｈ分别采用经验ＲＮＧｋ￣ω湍流模型ꎬ对风雨共同作用下水平轴风力
刚性尾涡模型和自由尾涡模型ꎬ研究了尾流对风力机全尺寸叶片进行数值模拟ꎬ分析了不同情况下整
[２]
机气动性能的影响ꎮ全佩利用ＣＦＤ技术ꎬ风剪个流场的雨滴轨迹、撞击叶片雨滴的占有率和叶片
切来流通过加载ＵＤＦ函数ꎬ研究了风剪切效应对表面压力的情况ꎮ
风力机叶片气动性能和结构性能的影响ꎮ耿直[３]
１风力机模型
等用ＦＬＵＥＮＴ数值仿真软件ꎬ对不同进口风速下Ｈ
型垂直轴风力机运行过程中的速度场、压力场等气本文选用美国可再生能源实验室(简称
动特性进行分析ꎬ结果表明ꎬ当外界来流风速从ＮＲＥＬ)提供的５ＭＷ风力机的公开数据开展建模
５ｍ/ｓ增加到１５ｍ/ｓ时ꎬ最大压力差增加到原来的及研究ꎮＮＲＥＬ５ＭＷ是水平轴三叶片风力机ꎬ每
[４]
６.５倍ꎮ高乾丰等利用数值模拟方法ꎬ在风场中利
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