1.0兆瓦風機的外部流場氣動仿真研究

1、國家自然科學(xué)基金項目（ 國家自然科學(xué)基金項目（61271321,60802051, 61401303, 61473207）1.0 兆瓦風機的外部流場氣動仿真研究 兆瓦風機的外部流場氣動仿真研究Aerodynamic Characteristics Simulationof The External Flow Field of The 1.0MWWind Turbine學(xué)科專業(yè)：控制工程研 究 生：趙元元指導(dǎo)教師：曾明 副教授企業(yè)導(dǎo)師：劉

2、靖 高級工程師天津大學(xué)電氣與自動化工程學(xué)院二零一四年十二月摘 要為了保護我們賴以生存的環(huán)境，許多國家開始重視并開發(fā)風能,已經(jīng)具備較完整的風電產(chǎn)業(yè)鏈,風電技術(shù)也在快速發(fā)展。近年來，風力發(fā)電機氣動特性的仿真研究中較多的用到了空氣動力學(xué)理論，該理論通常和計算機科學(xué)相結(jié)合使用。 在解決風電機組運行中出現(xiàn)的故障問題及風電設(shè)備的研發(fā)時，該方法都起著很重要的作用。本文研究的是標準等級為 1.0MW 的風力發(fā)電機組。風力發(fā)電機整機流場模型的建立采用的是

3、滑移網(wǎng)格計算方法。首先對標準等級為 1.0MW 的風機葉片進行建模，涉及到了風機葉片的各項參數(shù)的設(shè)計，要滿足最大升阻比的要求。然后對整機及風機外部流場進行建模， 外部流場由靜止域和運動域共同組成。 分別對靜止域和運動域建模。 兩者之間的數(shù)據(jù)交換則通過設(shè)置內(nèi)部面實現(xiàn)。 通過查閱風力發(fā)電機組設(shè)計要求標準， 選擇其中具有代表性的四種風況， 分別是垂直速度切變風、 陣風、 極端相關(guān)陣風和風向角變化的極端相關(guān)陣風的模型。 使用 UDF（用戶定義函

4、數(shù)）的編程方式來完成模型的建立。針對垂直速度切變風、陣風、極端相關(guān)陣風和風向角變化的極端相關(guān)陣風這四種特定風況進行了仿真模擬。本文對仿真的正確性進行了驗證， 首先要判定外部流場的收斂性。 判定方法包括殘差曲線、進出口流量、特征量監(jiān)測等，還要檢驗旋轉(zhuǎn)區(qū)域和靜止區(qū)域的交界面上的數(shù)據(jù)是否統(tǒng)一。 其次驗證了八個恒定風速工況的功率的準確性。 討論了影響計算精度的因素有哪些， 提出了提高計算精度的方法。 我們以切變風模型為例進行了詳細的仿真計算，