《多自由度風力機柔性葉片槳渦干擾問題的研究》是依託上海交通大學，由沈昕擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：多自由度風力機柔性葉片槳渦干擾問題的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：沈昕
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
風力機葉片近場複雜流動和強烈的葉頂葉尖渦是風力機轉子近體非定常流場的重要特徵。受葉片及塔架柔性形變，浮式風力機組基礎、波浪等震盪作用影響，在多自由度運動下柔性葉片及葉尖渦相互耦合的槳-渦效應產生的非定常氣動力對風力機的氣動性能、載荷特徵及氣彈、水動力等多物理場耦合作用的穩定性問題有著重要影響。.本項目緊密圍繞認識和分析多自由度運動機制下風力機槳-渦干擾問題，槳-渦干擾之後近場粘性葉尖渦破裂、合併、纏繞及耗散的發展機理這一關鍵科學問題，(1)進行風力機柔性葉片槳-渦干涉問題的理論研究，完成適用於風力機特有流動特徵“粘性渦”計算方法；(2) 開展計及葉片柔性的風力機槳-渦干涉問題的實驗研究，分析葉片近場流場及葉尖渦的影響尺度；(3) 建立槳-渦干擾分區的多尺度數值計算方法，完成可考慮多自由度運動及葉片柔性特徵的風力機氣動性能快速計算模型，以滿足風力機性能，載荷、氣動彈性、控制及振動分析的需要。
結題摘要
本項目將緊密圍繞認識和分析風力機槳-渦干擾問題的機理，以及槳-渦干擾之後近場粘性葉尖渦的破裂、合併、纏繞及耗散的發展機理這一關鍵科學問題，1.建立體現粘性渦渦量運輸的運動學和動力學方程，在此基礎上建立以近場葉尖渦為直接求解對象的粘性渦發展模型。2.採用非接觸式流場測量技術對葉片近體區域以及風力機近場流場進行測量，以驗證數值計算方法對流場細節的捕捉能力；3.建立可快速計算渦元間互誘導速度的數學方法，並在此基礎上建立多自由度下風力機氣動性能預測模型。 基於時間步進法，推導了自由尾跡的控制方程以及離散格式，對差分算法的穩定性進行了分析和改進，確定了空間和時間步長。基於預測模型研究分析風力機在葉片槳距角突變時的過沖以及下沖現象。通過建立的塔架影響模型，研究了塔架對風力機運行時的氣動性能影響。對實驗拍攝得到的流場速度信息進行分析，討論了葉尖渦的形成和發展過程，對風力機三維現象中的葉尖渦在不同尾跡壽命角時刻的變化進行定量分析，並結合現有渦核模型定量描述風力機葉尖渦的特性。對風力機在不同浮台自由度運動條件下的非定常氣動性能進行預測分析，分析了在浮式平台在縱搖和縱盪條件下的非定常氣動性能。考慮葉片柔性特徵時，當作用有氣動扭矩，葉片發生了較明顯的低頭即沿順槳方向的扭轉變形。葉片低頭扭轉變形導致其上的氣動力明顯下降，因此導致風輪輸出功率出現顯著降低。
