非均匀风影响下风力机三维气动粘性流场的数值模拟-海洋工程.PDF

第３３卷第 １期 海 洋 工 程 Ｖｏｌ. ３３ Ｎｏ. １ ２０１５年１月 ＴＨＥ ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｊａｎ. ２０１５ 　 　 文章编号:１００５￣９８６５(２０１５)０１￣００９０￣１０ 非均匀风影响下风力机三维气动粘性流场的数值模拟 周　 胡ꎬ赵文超ꎬ万德成 (上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室 高新船舶与海洋开发装备协同创新中 心ꎬ上海　 ２００２４０) 摘　 要:基于面向对象的开源软件ＯｐｅｎＦＯＡＭꎬ选择美国国家新能源实验室(ＮＲＥＬ)Ｐｈａｓｅ ＶＩ风力机为对象ꎬ对以往研究较少 的非均匀来流风速作用下风力机三维气动粘性流场进行数值模拟ꎮ 采用较为接近于真实情况的指数型风剖面ꎬ计算了轮毂 处风速分别为５、１０、１５和２５ ｍ/ ｓ 四种工况下的叶片表面压力分布、叶片的推力、尾涡等气动力数据ꎬ并与均匀来流风速下的 风力机气动力学性能进行详细的对比ꎬ探讨非均匀风剖面对风力机流场结构和流动特性影响的物理现象和规律ꎮ 关键词:风力机ꎻ非均匀风ꎻＯｐｅｎＦＯＡＭꎻ空气动力特性ꎻ风能开发ꎻ海上风电 中图分类号:ＴＫ８３　 　 　 文献标志码:Ａ　 　 　 ＤＯＩ:１０.１６４８３/ ｊ.ｉｓｓｎ.１００５￣９８６５.２０１５.０１.０１１ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ ｖｉｓｃｏｕｓｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｕｎｄｅｒ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍ ｗｉｎｄ ＺＨＯＵ ＨｕꎬＺＨＡＯ ＷｅｎｃｈａｏꎬＷＡＮ Ｄｅｃｈｅｎｇ ( Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｏｃｅａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬ Ｏｃｅａｎ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏ Ｔｏｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｈｉｐ ａｎｄ Ｄｅｅｐ￣Ｓｅａ ＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎꎬＳｈａｎｇｈａｉ ２００２４０ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ３Ｄ ｖｉｓｃｏｕｓ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ａｒｏｕｎｄ ＮＲＥＬ Ｐｈａｓｅ ＶＩ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｗｉｔｈ ｏｐｅｎ ｓｏｕｒｃｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＯｐｅｎＦＯＡＭ ｕｎｄｅｒ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍ ｗｉｎｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬａｂｏｕｔ ｗｈｉｃｈ ｌｉｔｔｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｄｏｎｅ. Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ ｗｉｎｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｌｏｓｅ ｔｏ ｒｅａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｉｓ ｃｈｏｓｅｎ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ ｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓꎬｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄꎬｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｅｃｔｉｏｎｓꎬａｎｄ ｒｏｔｏｒ ｔｈｒｕｓｔ ａｎｄｗａｋｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｔ ｍｅａｎｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄｓ ｏｆ ５ ｍ/ ｓꎬ１０ ｍ/ ｓꎬ１５ ｍ/ ｓ ａｎｄ ２５ ｍ/ ｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ. Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅꎬ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｕｎｄｅｒ ｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍ ｗｉｎｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｏｓｅ ｕｎｄｅｒ ｕｎｉｆｏｒｍ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｔｏ ｄｅｅｐｅｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｗｉｎｄ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅｆｌｏｗ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｆｌｏｗ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅꎻｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍ ｗｉｎｄꎻＯｐｅｎＦＯＡＭꎻａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ