【摘 要】
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我国东南沿海地区有丰富的海上风资源,发展海上风电技术能够有效缓解沿海地区的电力负荷大的问题。但因为地理位置原因,我国沿海会受频繁登陆的热带气旋影响,对该地区的风电场建设与运营产生影响。因此分析研究热带气旋下风力机的载荷有着重要的理论意义和实际的工程价值。本文首先简化构建了可以用来表示热带气旋主流方向上的风场模型,然后开展了对典型热带气旋作用下单台NERL 5MW风力机偏航时的尾流特性和载荷变化特性
【基金项目】
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国家重点基础研究发展计划（973计划）（2014CB046201）:风力机非定常空气动力学机理和高精度数值模拟研究； 国家自然科学基金项目（51766009）:基于Stokes数的风力机叶片风沙冲蚀磨损特性研究； 国家自然科学基金项目（51766009）:风力机非定常空气动力学机理和高精度数值模拟研究；
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我国东南沿海地区有丰富的海上风资源,发展海上风电技术能够有效缓解沿海地区的电力负荷大的问题。但因为地理位置原因,我国沿海会受频繁登陆的热带气旋影响,对该地区的风电场建设与运营产生影响。因此分析研究热带气旋下风力机的载荷有着重要的理论意义和实际的工程价值。本文首先简化构建了可以用来表示热带气旋主流方向上的风场模型,然后开展了对典型热带气旋作用下单台NERL 5MW风力机偏航时的尾流特性和载荷变化特性的研究,分析不同偏航角时风力机尾流和载荷的变化规律。（1）以NREL 5MW风力机作为研究对象,基于Open FOAM软件,研究在20m/s均匀来流时,风力机未偏航、偏航15°、偏航30°、偏航45°时尾流的速度特性和湍流特性;以及在典型效益型热带气旋来流时,风力机未偏航、偏航15°、偏航30°、偏航45°时尾流的速度特性和湍流特性。通过研究发现,同一偏航角下,热带气旋对风力机尾流速度和湍流强度的影响远远小于热带气旋本身所携带的风速和湍流强度对其影响;同一来流下,风力机尾流速度和湍流强度变化量随偏航角的增大而减小,且未偏航时尾流速度和湍流强度沿风轮中心线对称分布,偏航时则非对称。（2）以NREL 5MW风力机作为研究对象,基于FAST软件,研究在均匀来流和典型效益型热带气旋来流时,风力机未偏航时的各个载荷;以及在典型破坏型热带气旋来流时,风力机顺桨停机状态时的各个载荷。通过研究发现,效益型热带气旋来流条件下的风力机的各载荷幅值波动都大幅增加。破坏型热带气旋来流条件下停机的风力机的俯仰力矩和挥舞力矩幅值波动更大,效益型热带气旋的摆振力矩幅值波动更大,风轮推力更大,风轮推力幅值波动基本相同。（3）研究在20m/s均匀来流和典型效益型热带气旋来流时,风力机未偏航到偏航45°各工况时的各个载荷;以及在典型破坏型热带气旋来流时,风力机未偏航到偏航40°不同停机状态时的各个载荷。通过研究发现,随着偏航角的增大,均匀来流下的各载荷周期和幅值都会增大;典型效益型热带气旋时,偏航角的增大对各载荷周期和幅值影响小,对叶根摆振力矩和低速轴转矩均值影响小,对挥舞力矩和偏航力矩均值影响大。典型破坏型热带气旋时偏航10°以内对风力机载荷的影响小,10°以上随着偏航角度的增大,各载荷均有大幅度提升。
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