近日，中科院工程熱物理研究所國家能源風(fēng)電葉片研發(fā)（試驗）中心對風(fēng)力機(jī)非定常氣動過程的流動特點和載荷變化規(guī)律開展了相關(guān)研究，極大地優(yōu)化了葉片設(shè)計和風(fēng)力機(jī)控制策略。風(fēng)力機(jī)是大型的外流旋轉(zhuǎn)機(jī)械，繞風(fēng)力機(jī)葉片的流動十分復(fù)雜。在運行環(huán)境中，由于風(fēng)切變、塔影效應(yīng)、陣風(fēng)以及變槳和偏航調(diào)節(jié)的影響，風(fēng)力機(jī)的氣動特性是高度非定常的。到目前為止，對風(fēng)力機(jī)氣動特性的研究還集中在均勻恒定的入流風(fēng)速條件下，而對非定常情況下的流動機(jī)理的認(rèn)識還非常有限。
　　首先采用基于RANS方程的CFD方法，分析了湍流模型的選取對風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪氣動性能預(yù)測精度的影響，得到了適合風(fēng)力機(jī)流動狀況的湍流模型。在此基礎(chǔ)上對切變?nèi)肓髑闆r下風(fēng)力機(jī)的氣動特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了載荷波動變化的規(guī)律和非定常載荷的滯后效應(yīng)。
　　采用CFD方法對風(fēng)力機(jī)進(jìn)行非定常模擬時對計算資源占用大，耗時長，因此尋找一種高效、準(zhǔn)確的載荷計算方法是非常必要的。在后續(xù)的研究中，研究人員用計算域中的體積力空間分布替代葉片實體，該方法不需要對葉片表面粘性邊界層流動進(jìn)行求解，減少了葉片附近的網(wǎng)格數(shù)量，節(jié)省了建模和數(shù)值求解的時間。采用上述理論編寫致動盤、致動線數(shù)值計算程序，通過與實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對其在風(fēng)力機(jī)載荷預(yù)測的準(zhǔn)確度進(jìn)行驗證。在此基礎(chǔ)上，對風(fēng)力機(jī)的快速變槳過程和不同切變風(fēng)速情況下的載荷動態(tài)變化特點和尾流流動特性進(jìn)行了深入的研究。
　　風(fēng)電葉片研發(fā)（試驗）中心通過上述研究，實現(xiàn)了致動線方法在風(fēng)力機(jī)葉片整體載荷和截面氣動力計算中的高效、準(zhǔn)確應(yīng)用。