董依帆， 柯世堂， 杨 青

(南京航空航天大学 土木工程系，南京 210016)

近年来随着国内能源结构转型步伐的加快，风力发电设施陆续兴建。其中我国西部风能资源充沛[1]，为更好的捕捉风能，风力机必然朝着高大化方向发展。然而此地区戈壁沙漠面积广大，沙粒受到近地边界层风场的驱动，在一定高度范围内随机运动，两者之间相互耦合并发生能量迁移，使得沙粒以较大速度冲击至风力机表面，形成附加荷载及风蚀效应，对风力机的安全性能和使用寿命产生显著影响[2-3]。因此，开展气-固两相流理论研究，探讨不同风速和沙粒粒径组合对风力机气动载荷的作用机理，具有重要的工程意义和理论价值。

当前国内外对风-沙共同作用的研究多集中在风沙现象和风沙运动本身，包括沙粒运动力学过程[4]、输沙量的垂直分布[5]、输沙率模型[6]、临界起沙风速[7]和风速廓线规律[8]。相较于风荷载作用，风-沙共同作用下建筑物或构筑物荷载效应更加显著[9]。文献[10]通过风洞测力试验，研究了不同沙浓度和风速条件下风沙对低矮建筑整体受力影响，主要考察风沙环境中建筑物表面的风压特性；文献[11]模拟了大气边界层中单体及两相邻对称高层建筑的风沙流场，并指出随着沙粒相体积分数的增大，风压系数不断增大；文献[12]对风沙环境下水平轴风力机进行数值模拟，研究了在某一来流风速和不同沙粒直径组合工况下的风力机风轮转矩。已有研究均未基于风力机整机和沙粒真实环境分布特性展开多参数条件下大型风力机风沙特性的系统研究。……