强台风致风沙耦合运动及其对风力机气动力分布影响研究

作     者：董依帆 柯世堂 朱容宽 Dong Yifan;Ke Shitang;Zhu Rongkuan

作者机构：南京航空航天大学土木工程系南京210016 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南京210016 

基　　金：国家自然科学基金NSFC-RGC合作研究项目(51761165022) 国家重点基础研究发展(973)计划(2014CB046200) 

出 版 物：《太阳能学报》 (Acta Energiae Solaris Sinica)

年 卷 期：2021年第42卷第7期

页      码：316-324页

摘      要：针对现有土木工程领域台风理论模型过度简化的问题,首先引入基于非静力平衡欧拉方程模型的天气预报模式(WRF)对“鲇鱼”台风进行高时空分辨率模拟,并基于非线性最小二乘法拟合得到边界层风速剖面。同时,为系统对比台风与良态风场的差异性,设置与该台风风速剖面在规范A类地貌梯度高度处风速相同的良态风风速剖面,并分别集成至用户自定义函数(UDF程序)中作为小尺度CFD数值模拟入口条件。在此基础上,以中国东南沿海地区某风电场的5 MW水平轴风力机为研究对象,以风-沙双向耦合算法为核心,采用连续相和离散相模型(DPM)进行风场和沙粒组合的同步迭代模拟,对比研究台风和良态风作用对沙粒运动特征、结构表面等效压力分布模式和升阻力系数特性等的影响规律。结果表明:WRF模式可有效模拟近地面台风风场,拟合的“鲇鱼”台风剖面指数为0.091。与良态风相比,中尺度台风作用显著加剧了风力机结构表面三维气动力分布模式。相较于风荷载,沙荷载主要冲击塔架中下部迎风区域两侧各30°范围,沙荷载与风荷载比值达3.937%,沙压系数最大值为0.09。强台风与大粒径沙粒耦合冲击效应更显著,塔架阻力系数最大增幅可达9.80%,相较于良态风场塔架阻力系数极大值增大13.79%。

主 题 词：风力机 台风 气动荷载 WRF模式 中/小尺度耦合 风沙耦合运动 

学科分类：0830[工学-生物工程类] 0808[工学-自动化类] 080703[080703] 0809[工学-计算机类] 080704[080704] 08[工学] 0807[工学-电子信息类] 0805[工学-能源动力学] 0702[理学-物理学类] 

核心收录：

D　O　I：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2019-0284

馆 藏 号：203104564...