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，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