摘要：风力机通常运行在非定常工况中,其气动性能及尾迹会随着工况的变化而变化.风剪切是风力机长期所处的环境,它会影响到叶片气动载荷、尾迹形状、总体性能等,分析风剪切作用下的叶片气动性能对风力机的设计有重要意义.本文采用一种时间步进自由涡尾迹(free vortex wake,FVW)方法,耦合FVW方法与风剪切模型,计算不同风剪切因子作用下叶片的气动力系数、推力以及风轮后的尾迹形状变化,研究尾迹形状变化对风轮旋转平面诱导速度及风力机叶片气动性能的影响.结果表明:在风剪切入流条件下,随着风剪切因子的增大,风力机的气动力系数随时间做周期性波动的幅度加剧,推力的平均值逐渐减小,尾迹倾斜程度增大,尾迹在轮毂下方的倾斜程度更明显;尾迹形状的变化使风轮平面轴向诱导速度因子分布不均匀,同时使风力机的总体性能降低且偏离较大;倾斜尾迹相比于对称尾迹对风轮平面处的诱导影响有明显差别,波动幅值增大,气动力系数在波谷处的偏差比波峰处大.尾迹越倾斜,风轮旋转平面处的载荷不对称性越明显.

摘要：目前风力发电机逐步大型化，塔架越来越高，结构尺寸越来越大，风剪切对风力发电机组的影响也越来越大。为改善风剪切对风力发电机零部件和发电功率的影响，提出基于线性二次调节（LQR）的独立变桨控制策略，利用FAST和MATLAB7．1／Simulink进行联合仿真，对仿真结果与统一变桨控制策略的结果进行了分析。分析结果表明：通过独立变桨控制，能够减小风力发电机的输出功率波动及主要零部件的疲劳载荷，进而能够有效地延长设备的使用寿命。

摘要：风力发电机组的风剪切强度是引起风力发电机组疲劳失效的重要因素之一,以风力发电机组的叶片根部载荷为基础,建立了一种基于叶根载荷分析风力发电机组风剪切强度的分析理论,并根据实际叶根测试数据对理论模型进行分析与验证。研究结果表明:实测的载荷强度比值处于标准风剪切模型的载荷比值之上,位于极限风剪切模型的载荷比值之下;进而判断得出实际的风力发电机组风剪切强度位于标准风剪切强度之上,而位于极限风剪切强度之下,且最大的风剪切强度为标准风剪切强度的1.64倍,为极限风剪切强度的0.6倍,从而验证了理论模型进行风剪切强度分析的可行性及有效性。

摘要：根据指数律的风速分布函数,对风轮扫掠面积上的实际风功率与以风轮中心风速为设计风速产生的风功率的差值做精确计算,得到了风功率的增量。在四类廓线指数、七种塔架高度情况下,利用数值积分方式计算得到的结果表明,采用风轮中心风速做为单一的设计风速是切实可行的,风剪切对于风力机的气动设计基本无关。

摘要：采用SSTk-ω模型,分别对均匀风和剪切风下1.2 MW水平轴风力机在11.26m/s来流风速下的绕流流场进行三维数值模拟。根据模拟结果分析均匀来流和动态风剪切来流对风力机输出功率的影响以及风剪切对风力机三维流场的气动性能影响。研究结果表明:均匀风下,风力机功率计算值与设计值吻合较好;风力机受到风剪切的影响时,能导致叶片表面的载荷和性能发生变化。

摘要：在复杂工况下,大型风力机受到载荷更加严重,导致风力机气动和结构耦合响应问题更加明显。主要针对稳态偏航、动态偏航、风剪切和随机风速场等复杂工况,采用非定常自由涡尾迹方法计算尾迹形状和气动载荷,加入了复杂工况的模型,进行了动态失速模型和三维旋转效应模型修正。在考虑气动载荷、惯性载荷和重力载荷影响下,采用有限元法结合模态法建立起风力机解耦动力学方程,并且通过Newmark方法进行数值求解该方程。实现了复杂工况数值模拟计算,比较不同复杂工况的气动弹性响应结果。最后,得出大型风力机在复杂工况下的气动性能、载荷、动态响应和尾迹叶尖涡线特性,并计算出风力机在复杂工况下的迟滞时间。这为推进自由涡尾迹方法应用于大批工况载荷计算,以及提高大型风力机载荷计算精度和设计水平等具有重要意义。

摘要：在复杂工况下,大型风力机非定常特性会更严重,导致风力机气动性能变化和尾迹预测更加复杂。本文主要针对稳态偏航、动态偏航、风剪切和随机风速场等复杂工况,基于自由涡尾迹方法,嵌入复杂工况的模块,加入了动态失速模型和三维旋转效应模型修正,实现了复杂工况数值模拟计算,比较了不同复杂工况的气动载荷和尾迹形状。最后,得出了风力机在复杂工况下的气动性能、载荷和尾迹叶尖涡线特性,并计算出风力机在复杂工况下的气动载荷超调量和迟滞时间。对推进自由涡尾迹方法应用于风力机工程的大批工况载荷计算,提高大型风力机的载荷计算精度和设计水平等具有重要意义。

摘要：基于叶素理论,建立在风剪切、风尾流以及塔影效应影响下5 MW风力机叶片转矩特性数学模型,采用分段差分方法拟合风力机升力系数和阻力系数,采用动态尾流模型和差分算法计算诱导速度,通过设定风速得出了叶轮转矩、机械功率等仿真结果,仿真结果验证了理论分析的正确性。研究结果对独立变桨控制器的设计具有参考价值。

摘要：针对现有风轮直径计算精度的不足,根据提出的下风向风力机风轮扫掠面积上能量分布数学模型,推导出了考虑风剪切与塔影效应在内的精确能量获取计算式。结合具体算例,对风轮直径的3种不同计算格式分别予以求解。计算结果表明:风剪切对风力机风轮直径的影响甚小,塔影效应影响明显,塔架高度影响最大;风轮直径与塔架直径近似成线性关系;塔架高度存在极值;存在满足能量输出要求的最优尺寸匹配关系。

摘要：通过风剪切和脉动风谱程序建立了模拟工况的风场,以某大型风力机实体模型作为研究对象,运用有限元软件ANSYS数值模拟了流固耦合作用下风力机结构动态响应。结果表明:与脉动风相比,风剪切对叶片的最大位移和应力影响更显著;叶轮与塔架耦合作用会显著增大叶片最大位移和应力响应值;考虑耦合作用后叶片最大应力由相对翼展0.5处移动到0.7处。该研究结果可为风力机的优化设计提供技术参考。