杨 瑞，全 佩，张康康

（兰州理工大学能源与动力工程学院，甘肃 兰州 730050）

1 引言

在大气层中，平均风速会随着高度的增加而增加，这种变化规律称为风切变。一般到距离地面（300～500）m 以上的高度后，平均风速才会趋于常数[1]。由于存在风切变效应，所以风力机叶片不可避免会受其影响。风力机叶片在运行一周的过程中会受到风速的周期性变化的影响，导致风力机在整个扫风面上受到的风载荷不均匀，而对风力机的使用寿命和运行安全产生影响。

目前，对于风切变效应的研究主要是在风力机叶片的气动性能方面[2，4]。文献[5]通过对风力机叶片进行数值模拟计算，发现风剪切使叶片在运行周期内经历变化的风速，从而使尾迹不对；非稳态来流时，尾迹结构非对称性更明显，载荷波动更明显。文献[6]通过对风力机叶片的尾流研究，发现在没有风切变影响的时候，尾流内的叶尖涡和中心涡呈对称显示；当有风切变影响的时，尾流内叶尖涡则呈非对称显示；当入流湍流强度一样时，有、无风切变入流对尾流内的湍流强度的变化没有影响，入流风切变对尾流内湍流强度的影响较小。文献[7]使用非结构化网格以及滑移网格法，分析了不同风速轮毂线指数下的风力机的气动性能，结果表明载荷波动幅度随风速轮廓线指数的增大而增加，且出现根部载荷滞后现象。

风力机叶片的运行环境比较复杂，从而对风力机叶片结构的安全性要求越高。采用更适用于风力机叶片的流场计算的kωSST 模型[8]，在风速入流条件为风切变效应的情况下，以某5WM 大型风力机叶片为研究对象，对风轮叶片进行了结构特性研究。……