近日，中科院工程熱物理研究所國家能源風(fēng)電葉片研發(fā)（試驗(yàn)）中心對(duì)風(fēng)力機(jī)非定常氣動(dòng)過程的流動(dòng)特點(diǎn)和載荷變化規(guī)律開展了相關(guān)研究，極大地優(yōu)化了葉片設(shè)計(jì)和風(fēng)力機(jī)控制策略。風(fēng)力機(jī)是大型的外流旋轉(zhuǎn)機(jī)械，繞風(fēng)力機(jī)葉片的流動(dòng)十分復(fù)雜。在運(yùn)行環(huán)境中，由于風(fēng)切變、塔影效應(yīng)、陣風(fēng)以及變槳和偏航調(diào)節(jié)的影響，風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性是高度非定常的。到目前為止，對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性的研究還集中在均勻恒定的入流風(fēng)速條件下，而對(duì)非定常情況下的流動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)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(duì)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪氣動(dòng)性能預(yù)測精度的影響，得到了適合風(fēng)力機(jī)流動(dòng)狀況的湍流模型。在此基礎(chǔ)上對(duì)切變?nèi)肓髑闆r下風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了載荷波動(dòng)變化的規(guī)律和非定常載荷的滯后效應(yīng)。
　　采用CFD方法對(duì)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行非定常模擬時(shí)對(duì)計(jì)算資源占用大，耗時(shí)長，因此尋找一種高效、準(zhǔn)確的載荷計(jì)算方法是非常必要的。在后續(xù)的研究中，研究人員用計(jì)算域中的體積力空間分布替代葉片實(shí)體，該方法不需要對(duì)葉片表面粘性邊界層流動(dòng)進(jìn)行求解，減少了葉片附近的網(wǎng)格數(shù)量，節(jié)省了建模和數(shù)值求解的時(shí)間。采用上述理論編寫致動(dòng)盤、致動(dòng)線數(shù)值計(jì)算程序，通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)其在風(fēng)力機(jī)載荷預(yù)測的準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)力機(jī)的快速變槳過程和不同切變風(fēng)速情況下的載荷動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)和尾流流動(dòng)特性進(jìn)行了深入的研究。
　　風(fēng)電葉片研發(fā)（試驗(yàn)）中心通過上述研究，實(shí)現(xiàn)了致動(dòng)線方法在風(fēng)力機(jī)葉片整體載荷和截面氣動(dòng)力計(jì)算中的高效、準(zhǔn)確應(yīng)用。