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20MW级漂浮式风电机组气动特性研究

摘要

随着全球能源转型的加速推进，20MW级漂浮式风电机组作为海上风电领域的前沿技术，其气动特性的研究对于提升风能转换效率、降低运行成本及增强机组稳定性具有至关重要的作用。本研究通过综合运用理论分析与数值模拟、仿真及实验验证等手段，对20MW级漂浮式风电机组的气动特性进行了全面深入的研究。研究重点探讨了风轮叶片的气动设计优化、机组气动性能评估模型构建，以及气动特性与载荷分析等方面。结果表明，优化的叶片设计能够显著提升机组的气动效率和结构可靠性，而考虑叶片柔性、平台运动及环境湍流等因素的气动性能评估模型，则能够较为准确地预测机组在不同工况下的关键性能指标。此外，研究还发现，在极端风速下，叶片的柔性效应和平台的运动对机组气动性能的影响显著，而环境湍流也会增加叶片的载荷和疲劳损伤风险。

在仿真与实验方面，本研究构建了基于计算流体动力学的详细仿真模型，并通过与实际实验数据的对比验证，确保了仿真模型的准确性和可靠性。实验方案涵盖了风洞实验和海上实验两部分，采用了先进的测量技术和数据采集系统，实验结果进一步验证了理论分析和仿真结果的正确性。这些研究成果不仅为20MW级漂浮式风电机组的设计优化提供了理论依据和技术支持，也为推动海上风电技术的持续发展做出了重要贡献。同时，本研究还指出了未来研究的方向，包括进一步探索复杂海况下的气动性能评估方法、优化漂浮式平台设计以降低对机组气动特性的影响等，以期不断提升漂浮式风电机组的整体性能和运行稳定性。

关键词：20MW级漂浮式风电机组；气动特性；风轮叶片气动设计；气动性能评估；仿真与实验验证；海上风电技术

ABSTRACT

Withtheaccelerationofglobalenergytransition,theresearchontheaerodynamiccharacteristicsof20MWfloatingwindturbines,asacutting-edgetechnologyinthefieldofoffshorewindpower,playsacrucialroleinimprovingwindenergyconversionefficiency,reducingoperatingcosts,andenhancingunitstability.Thisstudyconductedacomprehensiveandin-depthstudyontheaerodynamiccharacteristicsofa20MWfloatingwindturbinethroughthecomprehensiveapplicationoftheoreticalanalysis,numericalsimulation,simulation,andexperimentalverification.Theresearchfocusesontheaerodynamicdesignoptimizationofwindturbineblades,theconstructionofaerodynamicperformanceevaluationmodelsforunits,andtheanalysisofaerodynamiccharacteristicsandloads.Theresultsindicatethatoptimizedbladedesigncansignificantlyimprovetheaerodynamicefficiencyandstructuralreliabilityoftheunit,whiletheaerodynamicperformanceevaluationmodelconsideringfactorssuchasbladeflexibility,platformmotion,andenvironmentalturbulencecanaccuratelypredictthekeyperformanceindicatorsoftheunitunderdifferentoperatingconditions.Inaddition,thestudyalsofoundthatunderextremewindspeeds,theflexibilityeffectofthebladesandthemoti