王新茹， 陈 刚， 肖龙飞， 温斌荣， 田新亮

(上海交通大学 a.海洋工程国家重点实验室； b.高新船舶与深海开发装备协同创新中心， 上海 200240)

0 引 言

近年来，随着海上风电的快速发展，海上风能的利用已成为可再生能源发展的重要方向[1]。风机的气动力性能直接影响其发电效率和使用寿命。因此，对风机周围流场的精细化模拟和分析作为海上风机组设计和研究的基础，逐渐成为人们关注的关键技术之一[2-3]。

随着计算机性能的提高和数值计算方法的发展，人们对风机周围流场的数值分析方法进行了大量的研究和探索。

INGRAM[4]在一维动量理论的基础上，提出叶素动量理论，该理论是计算风机叶片气动力性能的经典方法。但是，叶素动量理论在不同雷诺数和攻角下对二维翼型升力系数和阻力系数的依赖使其难以精确模拟复杂工况下风机的三维旋转运动。为减小误差，人们引入叶尖损失修正模型、动态失速修正模型、轮毂损失修正模型和偏航尾迹修正模型等诸多修正方法[5]。这些方法虽基本实现了快速高效地计算风机载荷情况，但在风机周围流场分布方面却显得无能为力。为进一步精确计算风机气动力性能，并提供风机周围流场信息，KEITH等[6]和LANDAHI等[7]分别提出各种气动力学势流模型，如面源法、升力面理论等，对风机的三维旋转进行较为准确的近似模拟。这类势流方法在大型风机非定常气动分析方面取得了较好的结果[8-10]。然而，这类方法通过工程模型的方式近似模拟叶片周围的流体黏性和流动分离等关键现象，不能提供叶片周边精密细致的流场分布。……