風力機葉片非定常氣動特性研究取得進展

　　近日，中科院工程熱物理研究所國家能源風電葉片研發（試驗）中心對風力機非定常氣動過程的流動特點和載荷變化規律開展了相關研究，極大地優化了葉片設計和風力機控制策略。風力機是大型的外流旋轉機械，繞風力機葉片的流動十分復雜。在運行環境中，由于風切變、塔影效應、陣風以及變槳和偏航調節的影響，風力機的氣動特性是高度非定常的。到目前為止，對風力機氣動特性的研究還集中在均勻恒定的入流風速條件下，而對非定常情況下的流動機理的認識還非常有限。
　　首先采用基于RANS方程的CFD方法，分析了湍流模型的選取對風力機風輪氣動性能預測精度的影響，得到了適合風力機流動狀況的湍流模型。在此基礎上對切變入流情況下風力機的氣動特性進行了數值模擬，研究了載荷波動變化的規律和非定常載荷的滯后效應。
　　采用CFD方法對風力機進行非定常模擬時對計算資源占用大，耗時長，因此尋找一種高效、準確的載荷計算方法是非常必要的。在后續的研究中，研究人員用計算域中的體積力空間分布替代葉片實體，該方法不需要對葉片表面粘性邊界層流動進行求解，減少了葉片附近的網格數量，節省了建模和數值求解的時間。采用上述理論編寫致動盤、致動線數值計算程序，通過與實驗數據進行比較，對其在風力機載荷預測的準確度進行驗證。在此基礎上，對風力機的快速變槳過程和不同切變風速情況下的載荷動態變化特點和尾流流動特性進行了深入的研究。
　　風電葉片研發（試驗）中心通過上述研究，實現了致動線方法在風力機葉片整體載荷和截面氣動力計算中的高效、準確應用。