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《第27届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅱ册)》2018年
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风-沙环境下考虑叶片停机位置大型风力机塔架气动力与受力性能分析

董依帆  柯世堂  
【摘要】:强风停机状态下叶片位置会显著影响风力机塔架的绕流及稳定性能,且风沙极端天气条件下沙粒的附着亦会影响风的湍流特征并对塔架产生附加冲击力,现行规范和文献均缺乏风-沙共同作用对大型风力机体系荷载分布及响应的系统研究。以南京航空航天大学自主研发的5MW水平轴风力机体系为对象,采用k-ε湍流模型模拟来流风场,同时添加DPM自定义沙粒模型实现与来流空气的双相耦合,对叶片单个旋转周期间八个停机位置下风力机塔架-叶片体系的流场进行了数值模拟,获得表面沙粒分布、压力系数与载荷分布;此外,结合有限元方法计算了不同停机位置下风力机体系动力特性、屈曲稳定性能、风-沙致响应。最终提炼出不同停机位下风-沙荷载特征值作用规律。研究表明:风沙共同作用后,沙粒在风力机塔架迎风面底部产生的荷载效应尤为显著,部分区域沙压系数可达0.549,沙粒冲击荷载与风荷载的比值最高可达23.7%;不同停机位下,风荷载对塔架响应起主导作用,沙粒冲击作用在塔架底部具有放大效应。研究结论可为此类复杂环境下大型风力机结构精细化设计提供科学依据。

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