1.0兆瓦風(fēng)機(jī)的外部流場氣動仿真研究

1、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（ 國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（61271321,60802051, 61401303, 61473207）1.0 兆瓦風(fēng)機(jī)的外部流場氣動仿真研究 兆瓦風(fēng)機(jī)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(hù)我們賴以生存的環(huán)境，許多國家開始重視并開發(fā)風(fēng)能,已經(jīng)具備較完整的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)鏈,風(fēng)電技術(shù)也在快速發(fā)展。近年來，風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合使用。 在解決風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的故障問題及風(fēng)電設(shè)備的研發(fā)時(shí)，該方法都起著很重要的作用。本文研究的是標(biāo)準(zhǔn)等級為 1.0MW 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。風(fēng)力發(fā)電機(jī)整機(jī)流場模型的建立采用的是

3、滑移網(wǎng)格計(jì)算方法。首先對標(biāo)準(zhǔn)等級為 1.0MW 的風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行建模，涉及到了風(fēng)機(jī)葉片的各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)計(jì)，要滿足最大升阻比的要求。然后對整機(jī)及風(fēng)機(jī)外部流場進(jìn)行建模， 外部流場由靜止域和運(yùn)動域共同組成。 分別對靜止域和運(yùn)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(shí)現(xiàn)。 通過查閱風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)， 選擇其中具有代表性的四種風(fēng)況， 分別是垂直速度切變風(fēng)、 陣風(fēng)、 極端相關(guān)陣風(fēng)和風(fēng)向角變化的極端相關(guān)陣風(fēng)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(fēng)、陣風(fēng)、極端相關(guān)陣風(fēng)和風(fēng)向角變化的極端相關(guān)陣風(fēng)這四種特定風(fēng)況進(jìn)行了仿真模擬。本文對仿真的正確性進(jìn)行了驗(yàn)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(jìn)出口流量、特征量監(jiān)測等，還要檢驗(yàn)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(yàn)證了八個(gè)恒定風(fēng)速工況的功率的準(zhǔn)確性。 討論了影響計(jì)算精度的因素有哪些， 提出了提高計(jì)算精度的方法。 我們以切變風(fēng)模型為例進(jìn)行了詳細(xì)的仿真計(jì)算，