大氣邊界層對方柱繞流的影響研究.pdf

1、現(xiàn)代大型風力機處于貼近地表的大氣邊界層流場內(nèi)，大氣邊界層中的非均勻、非定常流動直接影響著風力機的發(fā)電質量，同時對風力機葉片穩(wěn)定性、安全性都有很重要的影響。這其中兩個關鍵的物理過程對風力機安全性至關重要，一是大氣邊界層造成的風力機非定常載荷，即大氣邊界層對風力機流場的干擾；另一個是大型風力機葉片的振動問題。因此本文針對這兩個問題展開了實驗及數(shù)值模擬研究。
　　本文采用了實驗及數(shù)值模擬的方法，對不同大氣邊界層工況條件下，下游鈍體繞流的

2、氣動響應問題進行了研究。另外，本文針對三類典型的風力機內(nèi)部結構進行了一階固有頻率及應力剛化效應的研究，以此來尋求既能避免共振又能更好增加剛度性能的葉片內(nèi)部結構。
　　本文具體完成了以下幾個方面的工作：
　　1、通過在風洞內(nèi)鋪設粗糙元和尖劈來模擬大氣邊界層，測量結果表明，這種近地干擾裝置，能初步仿真出相關地形近地面大氣邊界層的速度分布及湍流狀態(tài)。
　　2、在上述邊界層的下游放置鈍體（方柱）來模擬風力機，以此來模擬大氣邊界

3、層對下游風力機繞流影響。通過對干擾條件下的速度場及湍流強度分析，得到了不同大氣邊界層工況對速度和湍流強度分布的影響規(guī)律。
　　3、通過對速度脈動數(shù)據(jù)的分析，分別研究了8種工況的泰勒微尺度和湍流耗散率，總結了工況間湍流耗散率差別的原因。
　　4、采用計算流體力學的方法，對上述實驗進行了計算。數(shù)值模擬的速度分布與實驗值的分布基本一致。
　　5、本文還研究了復合材料不同鋪層角度風力機葉片固有頻率的影響，同時對比分析了不同葉片

4、內(nèi)部結構對應力剛化特性的影響。
　　本文主要采用實驗與數(shù)值模擬相結合的方法，研究了影響風力機葉片安全性的兩個重要問題，一是流場干擾問題，由大氣邊界層帶來的氣動載荷波動；二是葉片的振動問題，受內(nèi)部結構及復合材料鋪層的影響。前一個問題涉及非定常、非均勻及互相干擾的高湍流流動，后一個問題涉及復合材料、應力剛化等問題。因為實驗條件、研究時間及研究者能力有限，本文僅能夠開展一些初步的研究和分析工作，同時文中出現(xiàn)的錯誤、不當之處，還請讀者諒解