大氣邊界層對(duì)方柱繞流的影響研究.pdf

1、現(xiàn)代大型風(fēng)力機(jī)處于貼近地表的大氣邊界層流場(chǎng)內(nèi)，大氣邊界層中的非均勻、非定常流動(dòng)直接影響著風(fēng)力機(jī)的發(fā)電質(zhì)量，同時(shí)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片穩(wěn)定性、安全性都有很重要的影響。這其中兩個(gè)關(guān)鍵的物理過程對(duì)風(fēng)力機(jī)安全性至關(guān)重要，一是大氣邊界層造成的風(fēng)力機(jī)非定常載荷，即大氣邊界層對(duì)風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)的干擾；另一個(gè)是大型風(fēng)力機(jī)葉片的振動(dòng)問題。因此本文針對(duì)這兩個(gè)問題展開了實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬研究。
　　本文采用了實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬的方法，對(duì)不同大氣邊界層工況條件下，下游鈍體繞流的

2、氣動(dòng)響應(yīng)問題進(jìn)行了研究。另外，本文針對(duì)三類典型的風(fēng)力機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一階固有頻率及應(yīng)力剛化效應(yīng)的研究，以此來尋求既能避免共振又能更好增加剛度性能的葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
　　本文具體完成了以下幾個(gè)方面的工作：
　　1、通過在風(fēng)洞內(nèi)鋪設(shè)粗糙元和尖劈來模擬大氣邊界層，測(cè)量結(jié)果表明，這種近地干擾裝置，能初步仿真出相關(guān)地形近地面大氣邊界層的速度分布及湍流狀態(tài)。
　　2、在上述邊界層的下游放置鈍體（方柱）來模擬風(fēng)力機(jī)，以此來模擬大氣邊界

3、層對(duì)下游風(fēng)力機(jī)繞流影響。通過對(duì)干擾條件下的速度場(chǎng)及湍流強(qiáng)度分析，得到了不同大氣邊界層工況對(duì)速度和湍流強(qiáng)度分布的影響規(guī)律。
　　3、通過對(duì)速度脈動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，分別研究了8種工況的泰勒微尺度和湍流耗散率，總結(jié)了工況間湍流耗散率差別的原因。
　　4、采用計(jì)算流體力學(xué)的方法，對(duì)上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了計(jì)算。數(shù)值模擬的速度分布與實(shí)驗(yàn)值的分布基本一致。
　　5、本文還研究了復(fù)合材料不同鋪層角度風(fēng)力機(jī)葉片固有頻率的影響，同時(shí)對(duì)比分析了不同葉片

4、內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)力剛化特性的影響。
　　本文主要采用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了影響風(fēng)力機(jī)葉片安全性的兩個(gè)重要問題，一是流場(chǎng)干擾問題，由大氣邊界層帶來的氣動(dòng)載荷波動(dòng)；二是葉片的振動(dòng)問題，受內(nèi)部結(jié)構(gòu)及復(fù)合材料鋪層的影響。前一個(gè)問題涉及非定常、非均勻及互相干擾的高湍流流動(dòng)，后一個(gè)問題涉及復(fù)合材料、應(yīng)力剛化等問題。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件、研究時(shí)間及研究者能力有限，本文僅能夠開展一些初步的研究和分析工作，同時(shí)文中出現(xiàn)的錯(cuò)誤、不當(dāng)之處，還請(qǐng)讀者諒解