风切变和平台俯仰对漂浮式风电机组气动失谐的影响研究.docx

风切变和平台俯仰对漂浮式风电机组气动失谐的影响研究

摘要

漂浮式风电机组作为海上风电领域的未来发展方向，其性能优化与运行安全备受关注。气动失谐作为影响漂浮式风电机组性能的关键因素之一，其成因复杂且涉及多方面因素。本研究聚焦于风切变和平台俯仰对漂浮式风电机组气动失谐的影响，旨在通过深入的理论分析与数值模拟，揭示两者对气动失谐的作用机制。通过建立基于幂律模型的风切变描述、多自由度运动方程的平台俯仰模拟，以及结合叶片元理论和非定常气动力模型的气动失谐分析框架，本研究系统探讨了风切变和平台俯仰对气动失谐的综合影响。

研究结果显示，风切变通过改变风轮旋转平面内的风速分布，显著影响气动力的均匀性，进而引发气动失谐。而平台俯仰运动则进一步加剧了这种不均匀性，导致叶片气动攻角的变化和载荷分布的不均衡。数值模拟结果与实验数据的对比分析验证了所建数学模型的准确性和可靠性。基于此，本研究提出了针对性的优化策略，旨在通过调整风电机组的设计参数和运行控制策略，减轻风切变和平台俯仰对气动失谐的不利影响。这些策略不仅有助于提升漂浮式风电机组的发电效率，还能增强其结构安全性，为漂浮式风电机组的广泛应用提供坚实的理论基础和技术支撑。

关键词：漂浮式风电机组；气动失谐；风切变；平台俯仰；数值模拟；优化策略

ABSTRACT

Floatingwindturbines,asthefuturedevelopmentdirectionofoffshorewindpower,haveattractedmuchattentionfortheirperformanceoptimizationandoperationalsafety.Pneumaticdetuning,asoneofthekeyfactorsaffectingtheperformanceoffloatingwindturbines,hascomplexcausesandinvolvesmultiplefactors.Thisstudyfocusesontheeffectsofwindshearandplatformpitchonaerodynamicdetuningoffloatingwindturbines,aimingtorevealthemechanismsoftheireffectsonaerodynamicdetuningthroughin-depththeoreticalanalysisandnumericalsimulation.Byestablishingawindsheardescriptionbasedonapowerlawmodel,aplatformpitchsimulationwithmultipledegreesoffreedommotionequations,andaaerodynamicdetuninganalysisframeworkcombiningbladeelementtheoryandunsteadyaerodynamicmodels,thisstudysystematicallyexploresthecomprehensiveeffectsofwindshearandplatformpitchonaerodynamicdetuning.

Theresearchresultsshowthatwindshearsignificantlyaffectstheuniformityofaerodynamicforcesbychangingthewindspeeddistributionwithintherotationplaneofthewindturbine,therebycausingaerodynamicdisharmony.Theplatformpitchmotionfurtherexacerbatesthisunevenness,resultinginchangesintheaerodynamicangleofattackofthebladesandunevenloaddistribution.Thecomparativeanalysisbetweennumericalsimulationresultsandexperimentaldatavalidatestheac