摘要：塔架与叶片间的非定常相互作用是影响风力机气动性能、机组疲劳载荷和寿命的主要因素之一。本文采用NUMECA商用软件FINE^(TM)/Turbo,对上风向型风力机DF90的三维风轮叶片和塔架模型进行非定常数值模拟,详细分析了塔影效应对风力机气动性能的影响。结果显示:塔架的阻碍作用引起叶片载荷的剧烈变化(单叶片载荷波动20%～40%,风轮载荷波动6%～12%),与文献显示的风场试验结果一致。在此基础上从叶片表面压力、载荷和流场细节等角度分析了塔影效应的影响,揭示了三维非定常变化的发生机理,为风力机的设计运行提供参考。

摘要：基于刚性运动网格和动态拼接网格的两种非定常计算网格策略,对NREL Phase Ⅵ风力机非定常塔影效应开展数值模拟研究。流动控制方程选取雷诺平均N-S方程,时间求解应用＂双时间步＂离散求解,湍流模型为单方程SA模型。通过对有/无塔架流动情况进行模拟,发现有/无塔架两种状态得到的叶片各站位压力系数分布与试验值基本吻合,表明采用的非定常计算方法是可行的;有塔架下叶片相位角Φ=90°状态的前缘吸力峰较相位角Φ=270°偏低;有塔架相位角Φ=270°附近流场结构简单,而相位角Φ=90°附近流动受塔架干扰明显。在此基础上,分析有塔架下单个叶片推力与扭矩随相位角的变化曲线,发现扭矩与推力均存在随相位角变化的两种波动现象,表现为大＂凹坑＂与小幅抖动的特征。进一步的分析表明,载荷＂凹坑＂由风力机塔架引起,而载荷小幅抖动由叶根过渡区的流动分离引起。叶片载荷随相位角变化特性机理的阐明对于风力机叶片动态载荷设计具有一定工程价值。

摘要：针对均匀风荷载作用下5C3-SJ3型输电塔的绕流流场开展数值模拟,探究0°~180°风向角范围内,输电塔对气象监测的塔影干扰效应。通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程模拟输电塔周围绕流流场,湍流模型采用Realizable k-ε模型,并且运用切割体网格技术对计算域进行网格划分。通过探究各截面风速变化较小的区域,讨论不同风向下塔影干扰效应最小的截面,揭示了风向角对输电塔塔影干扰效应的影响规律。结果表明:塔腿横隔面和塔身横隔面中迎风侧杆件附近的塔影干扰效应最小,可考虑将气象监测点设置在相应位置上。通过三维计算流体动力学的方法,确定了塔影干扰效应较小的区域,并分析了风向角对塔影干扰效应的影响程度。研究结果对风资源数据的准确评估具有一定的指导意义。

摘要：以NREL 5 MW大型风力机为研究对象,采用数值模拟的方法研究了风切变和塔影效应对风力机工作的影响。对均匀来流风轮模型、均匀来流整机模型、切变来流风轮模型、切变来流整机模型四种情况进行了研究。发现风切变会降低风力机平均推力和功率,降低值分别为3.2%和2.8%,塔影效应会使风力机在一个旋转周期出现3次明显压力脉冲。风切变与塔影效应共同作用使风力机平均功率降低更多。数值模拟能给出速度、压力分布等详细流场信息,为风力机的设计和安全运行提供参考。

摘要：从风力机获取能量角度出发,充分考虑风剪切与塔影效应,精确推导出作用于下风向风力机风轮扫掠面积上理论风功率的计算式。研究表明,风功率是塔架高度、风速廓线指数和塔架直径的函数。通过算例得出塔影效应是不容忽略的,可采用减小塔架直径的方式使风力机输出更多的功率,所有这些都将进一步完善风力机的设计理论。

摘要：针对塔影效应引起风电机组载荷波动的情况进行研究,对其引入独立变桨距控制。建立风电机组风轮的线性时变模型,并将其写成状态方程的形式,进而引入Coleman变换将其变换成线性时不变模型。然后,在此模型基础上,加入PID控制器,从而完成独立变桨距控制系统的设计。在塔影效应的影响下,分别对独立变桨距控制和统一变桨距控制情况下风电机组的载荷波动进行仿真对比研究,并利用雨流统计法对风电机组进行疲劳分析。研究结果表明:在塔影效应影响下,采用独立变桨距控制策略的风电机组载荷波动较采用统一变桨距控制策略的风机有明显改善,削弱了塔影效应载荷波动的影响,并延长了机组的使用寿命。

摘要：台风是风力发电机组的主要故障因素之一。针对正常风况和极端风况进行了UDF建模,得到的动态来流模型还考虑了阵风及极端风向变化情况,基于FLUENT采用滑移网格技术和RNG研究了动态来流及塔影效应对风力机下游尾迹特性的影响。结果表明:通过UDF编译的动态来流与理论值完全吻合,验证了UDF的正确性;风机前端来流的随机波动会引起风力发电机输出功率波动,尾迹结构出现形变。此外,扭矩以及功率受风机塔影效应影响而下降,塔架表面升力突变,进而影响塔架疲劳寿命。数值计算的结果对风力机组结构设计和风电场机组阵列分析具有重要参考价值。

摘要：设计了包含剪切和塔影效应的等效转矩模型,并建立风机动态模拟系统。根据等效风速以及等效转矩模型,定量分析风机的剪切和塔影效应,详细研究由风速剪切、塔影效应造成的转矩3次脉动对风力机输出特性的影响。最后,在Simulink中仿真模拟,仿真结果表明,相比剪切效应,塔影效应对风机转矩脉动的影响更为显著,并且风力机动态特性更接近实际风机的输出特性,与理论分析相吻合。

摘要：海上测风塔塔架尺寸大、结构宽、塔影效应明显,会造成海上测风误差与风电场发电量计算偏差。然而,由于缺乏海上测风数据,目前对于大型海上测风塔塔影效应的研究较少。针对该问题,本研究采用计算流体力学方法研究海上测风塔的塔影效应。研究结果表明:在测风装置放置位置方面,不同方向测风点处风速与入流风速的差值有很大不同,外伸距离越小,速度衰减越快。在测风塔不同结构影响方面,对比测风塔内部结构的塔影效应,在各测风点位处横材的影响均大于斜材。在塔影效应规律方面,对比不同高度测风塔塔段,塔影效应均在外伸长度4m处后逐渐稳定,且塔影效应随外伸长度的变化规律符合指数衰减规律。研究结果对海上测风塔的结构设计及测风数据修订具有指导意义。

摘要：针对风切变和塔影效应对风电机组载荷波动性的影响问题,为改善风电机组的工作性能,提出采用独立变桨距控制策略来削弱风切变和塔影效应的影响。首先建立独立变桨距控制线性时变模型,通过Coleman变换将其变换成线性时不变模型,完成独立变桨距控制系统的设计。在Bladed软件中,建立独立变桨距控制模型,并对3MW三叶片风电机组独立变桨距和统一变桨距两种控制策略进行仿真对比分析。仿真结果表明:采用独立变桨距控制策略的风电机组相比于统一变桨距控制,削弱了风切变和塔影效应的影响,延长了机组的使用寿命。