针对风力机动态环境变化时诱导速度滞后的特征,本文基于叶素动量理论、加速势流理论进一步修正平衡尾流模型,提取出一种新型的附加质量力表达式m_(A)=128/75ρR^(3),并建立考虑附加质量力的小型风力机风轮气动载荷数值模型。利用该模型计算拥有自主知识产权300 W S型风力机在三种定常风、湍流风作用下的风轮非定常动态气动载荷。经风洞实验及GH bladed验证,考虑附加质量力的数值模型能够更真实准确地反映风轮气动性能,风轮功率波动幅度小于不考虑附加质量力的平衡尾流模型计算值,计算结果更加准确。风轮轴向载荷、叶根挥舞弯矩与风轮轴功率,均表现出与湍流风速变化一致的随机特性;叶根摆振由于受到叶片自身重力交变载荷作用呈现出周期性脉动;风轮轴向推力系数、风轮轴功率系数表现与湍流风相反的变化趋势。本课题研发的动态气动数值模型具有较高的准确度,为快速获取小型水平轴风力机风轮气动载荷提供一种新思路。
针对地形及城市建筑屋顶风能情况复杂多变的问题,探究入流条件对屋顶风力机输出功率的影响.依据3种典型的城市及郊区地表粗糙度,拟合对应的指数、对数及半对数入流风剖面.选取自制S翼型300 W水平轴风力机,安装于平屋顶合适的位置,采用User Defined Functions接口分别加载3种入流条件,对屋顶流场湍流特性及风轮输出功率进行数值计算.对比分析发现:城市郊区地形的指数入流下建筑屋顶加速效果较小,湍流强度大,不宜安装风力机;城市市区地形的对数入流下风速加速效果最明显,风轮输出功率较高,但其屋顶流场分离、阻滞和湍流程度较大,湍流强度也较大,风力机安装的适宜位置和台数将减少,且存在结构破坏和成本增加等问题;高大建筑城市市区地形的半对数入流下的流场分离、速度阻滞和湍流强度较小,建筑集风效果较明显,适宜安装多台风力机,并可避免风力机结构破坏等问题.
