基于非定常面元法的海上浮式风机气动性能研究

作     者：刘利琴 陈迪郁 沈文君 李昊 邓万如 LIU Liqin;CHEN Diyu;SHEN Wenjun;LI Hao;DENG Wanru

作者机构：天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 交通运输部天津水运工程科学研究所工程泥沙交通行业重点实验室天津300456 

出 版 物：《海洋工程》 (The Ocean Engineering)

年 卷 期：2021年第39卷第5期

页      面：16-27页

学科分类：081505[工学-港口、海岸及近海工程] 080703[工学-动力机械及工程] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0815[工学-水利工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51879190) 

主　　题：非定常面元法 气动载荷 浮式风机 尾流 非定常流动 

摘      要：对于海上浮式风机而言,由于受到剪切风、塔影效应、浮式基础运动等因素的共同影响,其气动载荷会更加复杂,因此如何准确快速地对海上风力机的气动性能进行预估显得尤为重要。基于速度势的非定常面元法理论,研究海上浮式风机气动载荷特性,编制了相关的计算程序。以NREL 5 MW风机为例,建立了叶片和尾流的三维数值模型,计算得到了不同风速下风机的输出功率以及叶片表面的压力分布,对比数据结果分析了该方法的可靠性。针对非定常流动,模拟了剪切风和塔影效应的作用,并重点分析了浮式基础运动对风机气动载荷的影响。研究表明,浮式基础的纵荡和纵摇会增加输出功率的波动幅值,艏摇运动会导致单个叶片上的气动载荷产生较大的波动,为浮式风机叶片控制提供了参考。