7-2024可再生能源大会汇报-周乐-2024.08.17(1)(1).pdf

1、第十九届中国可再生能源大会-风能分会汇报人：周乐作者：周乐，沈昕，杜朝辉2024年8月17日浮台运动工况下15 MW级风力机气弹响应特性分析目录研究背景12研究方法与对象3结果与讨论4总结与展望01研究背景研究背景：风能产业发展趋势4/23 趋势二：风轮直径趋于大型化、叶片结构趋于柔性化20055MW62m20107.5MW63m201810MW77m202015MW117m风力机大型化发展趋势126米叶片在载荷作用下的弹性弯曲变形 趋势一：从陆上向海上过渡，海上风电成为主流陆上风力机海上风力机近海固定式风电远海漂浮式风电课题背景：大型浮式风力机风的运行特点5/230.020.15Hz大型浮式

2、风力机的运行特点：1.浮台运动和叶片形变相互叠加，使得风力机的气弹耦合特性更加复杂；2.下一代的15 MW级以上风电叶片长度突破百米，叶片大幅度非线性弯曲及扭转形变的影响不可忽略。浮台塔筒风轮机舱研究现状：风力机气弹耦合模型6/23通过求解NS方程，获得流体域的详细流动参数及风力机的气动特性。计算精度较高，但计算效率低。计算流体力学方法涡流尾迹理论基于结构动力学模型及有限元理论，求解叶片的形变特征。计算精度较高，但计算效率低。有限元方法多体动力学方法梁理论通过求解涡动量方程结合Biot-Savart定律求解风力机气动特性。计算效率较高，考虑了尾迹的外形，但对尾流粘性做了简化。一维动量叶素理论通

3、过结合动量理论及叶素理论求解风力机的气动特性。计算效率高，但无法考虑风轮尾迹的真实外形。将叶片划分成由虚拟连接副连接的有限段，基于多体动力学方程求解叶片的变形特征。计算效率较高，但连续性受限。将叶片视为悬臂梁，通过求解梁运动方程及求解叶片的形变特征。可以实现不同程度的简化，形式灵活，计算效率较高。气动模型 结构模型 气动模型：能够考虑浮式风力机尾迹畸变及叶片-尾迹交互作用。结构模型：能够考虑大型复材叶片大幅度非线性形变。研究现状：浮式风力机的气动/气弹耦合特性7/23Tran et al(2016)采用CFD方法研究了浮式风力机的非定常气动特性。Wen et al(2018)采用涡尾迹方法研究

4、了浮式风力机的功率系数过冲问题。Kyle et al(2013)采用CFD方法研究了浮式风力机纵荡过程中的涡环及螺旋桨状态。Fu et al(2023)采用CFD方法研究了浮式风力机纵摇过程中的尾迹畸变特性。Kim et al(2019)采用BEM-欧拉伯努利梁模型研究了浮台的纵荡及纵摇运动对叶片变形及其载荷的影响。Liu et al(2018)采用CFD-MBD方法研究了纵荡过程中浮式风力机的功率及叶片形变特性。1.Tran T T,Kim D-H.A CFD study into the influence of unsteady aerodynamic interference on w

5、ind turbine surge motionJ.Renewable Energy,2016,90:204-228.2.Wen B,Tian X,Dong X,et al.On the power coefficient overshoot of an offshore floating wind turbine in surge oscillationsJ.WIND ENERGY,2018,21(11):1076-1091.3.Kyle R,Lee Y C,Fr h W-G.Propeller and vortex ring state for floating offshore wind

6、 turbines during surgeJ.Renewable Energy,2020,155:645-657.4.Fu S,Li Z,Zhu W,et al.Study on aerodynamic performance and wake characteristics of a floating offshore wind turbine under pitch motionJ.Renewable Energy,2023,205:317-325.5.Liu Y,Xiao Q,Incecik A,et al.Aeroelastic analysis of a floating offs