考虑平稳风修正和塔架干扰的风力机叶片3-D风场模拟.pdf

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1、第47卷第1期2015年2月南京航JournalofNanjingDOI：10．16356／j．1005—2615．2015．01．022空航天大学学报UniversityofAeronautics&AstronauticsV01．47No．1Feb．2015考虑平稳风修正和塔架干扰的风力机叶片3一D风场模拟柯世堂曹九发王珑王同(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光，南京，210016)摘要：为准确模拟风力机纵向、横向和垂直向的3一D随机风场，以南京航空航天大学自主研发的NHl500风力机为例，首先采用考虑沿高度变化的指数模型、塔影效应影响的潜流模型和上游风机尾

2、流影响的涡流粘度模型对平稳风进行修正。然后基于空间变化的改进VonKarman风谱模型，结合谐波叠加法模拟风力机的来流脉动风速时程，再利用改进的叶素一动量理论获得考虑叶片旋转效应和塔架一叶片相干效应的风力机纵向、横向和垂直向3一D随机风场。该方法充分考虑风力机风场模拟的外界干扰因素和自身特性，提高了风力机系统风场模拟的准确度。算例分析表明，本文方法可以准确地模拟给定风环境的风力机系统3一D风场。关键词：风力机；3一D风场模拟；平稳风修正；塔架干扰；改进的叶素一动量理论中图分类号：TK83；TU279．7文献标志码：A文章编号：1005—2615(2015)01一0153一07Nu

3、mericalSimulationOf3一DWindFieldforWindTurbineCOnsideringTowerInteractionandModificationofSteadyWindKPS^i￡口咒g，Cno．，izt加，’耳厂n729Lo咒g，Ⅵ，n挖gTb扎gg“口咒g(JiangsuKeyLaboratoryofHi-TechResearchforWindTurbineDesign，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Inordertoaccura

4、telysimulate3一Dwindfieldofwindturbines，takingtheNHl500windtur-bineresearchedbyNanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsasanexample，theexponentialmodelforchangingheight，theundercurrentmodelfortowershadoweffectandtheeddyViscositymodelforwakeeffectfromupstreamwindturbineareusedtomodifytheste

5、adywind．Thenbasedonthemod—ifiedVonKarmanwindspeedspectrummodel，theincomingwindspeedtimehistoryissimulatedbytheharmonysuperpositionmethod．Finallythe3一Dwindfieldconsideringtherotationaleffectandblade—towerinteractioneffectisobtainedwiththemodifiedbladeelementmomentumtheorv．Theexternalin—terfere

6、ncefactorsanditselfcharacteristicsarefullyconsideredtoimprovetheaccuracyofwindfieldsim—ulation．Theresultsshowthattheproposedalgorithmisofhighaccuracy，whichcanbeusedtosimulate3一Dwindfieldofwindturbinesundergivenwindcondition．Keywords：windturbine；3一Dwindfieldsimulation；modificationofsteadywind；

7、towerinteraction；modifiedbladeelement—momentumtheory水平轴风力机系统主要由高耸的塔架和轻柔叶片组成，属于典型的风敏感结构阻2

8、。随着发电功率的增大，叶片旋翼直径和塔架高度已达到百米量级，以满足其捕捉风能的需求，但同时也会增大基金项目：国家重点基础研究计划(“九七三”计划)(2014CB046200)资助项目；江苏高校优势学科建设工程资助项目；南京航空航天大学科研基金(XCAl2003)资助项目。收稿日期：2013一08—22；修