韩中合, 李 引, 季 剑

(华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,保定071003)

风轮是风力发电机的核心部件.为了利用更多的风能,风轮直径不断增加,国产5 MW 海上风力机风轮直径已达115 m.对于大尺寸风力机,风轮的垂直高度、风力机所处的地理位置及地形地貌和风轮与塔架的相互作用等因素带来了气流的不均匀性[1-13].因此,考虑风剪切影响的风力机整机数值模拟对了解和改进风力机气动性能具有实际意义.

采用NUMECA软件,对1.3 MW失速调节风力机整机在8 m/s和13 m/s来流风速下的绕流流场进行了全三维定常数值模拟,分析了叶片不同截面的压力系数分布及叶展方向的功率分布、风轮三维流场细节、下游不同距离处的静压分布以及二维相对速度矢量分布情况.

1 研究模型

1.1 风剪切模型

风剪切采用的指数模型[14-15]为

式中:H为高度;HR为参考高度;vR为参考高度处风速;ε为风剪切指数.

风剪切指数随地形、地表粗糙度和空气温度的变化而变化,其数值通常取在0.1～0.4,本文中取为0.166 67.

1.2 计算模型

采用水平轴三叶片失速调节风力机模型[16],风轮直径为61 m,设计功率为1.3 MW,风轮转速为19.27 r/min,切入风速为5 m/s,切出风速为25 m/s,额定风速为13 m/s.图1给出了包括机舱、塔架的风力机三维模型,计算其在轴向均匀来流和考虑风剪切条件下的三维流动情况.图2为轮毂附近表面网格及局部放大图.

图1 风力机三维模型Fig.1 3D model of wind turbine

2 数值方法及边界设定

图2 计算网格及局部放大图Fig.2 Computational g rid with a local zoom

采用NUMECA的FineTM/turbo软件包进行数值计算,选用……