作者：周樂(lè)，沈昕，杜朝輝研究背景研究背景2錄2錄研究方法與對(duì)象結(jié)果與討論結(jié)果與討論4總結(jié)與展望4總結(jié)與展望研究背景研究背景：風(fēng)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)4/2362m117m課題背景：大型浮式風(fēng)力機(jī)風(fēng)的運(yùn)行特點(diǎn) 大型浮式風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)：1.浮臺(tái)運(yùn)動(dòng)和葉片形變相互疊加，使得風(fēng)力機(jī)的氣彈耦合特性更加2.下一代的15MW級(jí)以上風(fēng)電葉片長(zhǎng)度突破百米，葉片大幅度非線(xiàn)研究現(xiàn)狀：風(fēng)力機(jī)氣彈耦合模型6/23氣動(dòng)模型結(jié)構(gòu)模型通過(guò)求解NS方程，獲得流體域的詳細(xì)流動(dòng)參數(shù)及風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性。計(jì)算精度較高，但計(jì)算效率低。通過(guò)結(jié)合動(dòng)量理論及葉素理論求解風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)特性。計(jì)算效率高，但無(wú)法考慮風(fēng)輪尾跡的真實(shí)外形。通過(guò)求解渦動(dòng)量方程結(jié)合Biot-Savart定律求解風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)特性。計(jì)算效率較高，考慮了尾跡的外形，但對(duì)尾流粘性做了簡(jiǎn)化?；诮Y(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型及有限元理論，求解葉片的形變特征。計(jì)算精度較高，但計(jì)算將葉片劃分成由虛擬連接副連接的有限段，基于多體動(dòng)力學(xué)方程求解葉片的變形特征。將葉片視為懸臂梁，通過(guò)求解梁運(yùn)動(dòng)方程及求解葉片的形變特征?？梢詫?shí)現(xiàn)不同程l結(jié)構(gòu)模型：能夠考慮大型復(fù)材葉片大幅度非線(xiàn)研究現(xiàn)狀：浮式風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)/氣彈耦合特性氣動(dòng)研究氣彈研究采用CFD方法研究了浮式風(fēng)力氣動(dòng)研究氣彈研究采用CFD方法研究了浮式風(fēng)力機(jī)的非定常氣動(dòng)特性。Tranetal(2016)采用渦尾跡方法研究了浮式風(fēng)力機(jī)的功率系數(shù)過(guò)沖問(wèn)題。Wenetal(2018)采用CFD方法研究了浮式風(fēng)力采用CFD方法研究了浮式風(fēng)力機(jī)縱蕩過(guò)程中的渦環(huán)及螺旋槳采用BEM-歐拉伯努利梁模型研究了浮臺(tái)的縱蕩及縱搖運(yùn)動(dòng)對(duì)葉片變形及其載荷的影響。采用CFD-MBD方法研究了縱蕩過(guò)程中浮式風(fēng)力機(jī)的功率及l(fā)關(guān)于浮式風(fēng)力機(jī)氣彈的研究還多局限于基本氣動(dòng)特性和葉片形變特性。1.TranTT,KimD-H.ACFDstudyintotheinfluenceofunsteadyaerodynamicinterferenceonwindturbinesurgemotion[J].RenewableEnergy,2016,90:204-228.2.WenB,TianX,DongX,etal.Onthepowercoefficientovershootofanoffshorefloatingwindturbineinsurgeoscillations[J].WINDENERGY,2018,21(11):1076-1091.3.KyleR,LeeYC,FrühW-G.Propellerandvortexringstateforfloatingoffshorewindturbinesduringsurge[J].RenewableEnergy,2020,155:645-657.4.FuS,LiZ,ZhuW,etal.Studyonaerodynamicperformanceandwakecharacteristicsofafloatingoffshorewindturbineunderpitchmotion[J].RenewableEnergy,2023,205:317-325.5.LiuY,XiaoQ,IncecikA,etal.Aeroelasticanalysisofafloatingoffshorewindturbineinplatform-inducedsurgemotionusingafullycoupledCFD-MBDmethod[J].Windenergy,2019,22(1):1-20.6.Kim,Kwon.EffectofPlatformMotiononAerodynamicPerformanceandAeroelasticBehaviorofFloatingOffshoreWindTurbineBlades[J].Energies,2019,12(13).研究方法與對(duì)象研究方法：升力線(xiàn)自由尾跡模型&幾何精確梁模型9/23i+2i+1i+2i+1rBoundvortexrBoundvortexLagrangianmarkersr(Ψ,ζ)ζControlpointzr2r1Inducedvelocityxh將葉片沿展向劃分為若干段，在每一段設(shè)置附著渦段來(lái)代替ζControlpointzr2r1Inducedvelocityxhi+NTipvortexrΩi+NTipvortexrΩ▲ShedTrailingvortex▲ShedTrailingvortexvortexRootvortex=V0Velast+w,free+ΓllRootvortexCurvedvortexfilamentStraightlinevortexapproximationCurvedvortexfilament升力線(xiàn)自由尾跡模型原理圖升力線(xiàn)自由尾跡模型原理圖風(fēng)力機(jī)動(dòng)態(tài)尾跡示意圖擺振變形IEA-15MW風(fēng)力機(jī)基本參數(shù)風(fēng)輪直徑風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)速浮式風(fēng)力機(jī)縱蕩運(yùn)動(dòng)浮式風(fēng)力機(jī)六自由度運(yùn)VV縱蕩過(guò)程中風(fēng)力機(jī)位移及入流速度隨縱蕩相位角的結(jié)果與討論風(fēng)輪入流速度隨縱蕩相位的變化風(fēng)輪功率因縱蕩而發(fā)生波動(dòng)，且相較于剛性葉片，柔性葉片功率有所下降；180°和360°相位處功率的變化變化存在延遲；延遲在90°和270°相位同樣有所體現(xiàn)；葉片柔性會(huì)加劇相位延遲現(xiàn)象。（1）剛性葉片-固定工況（2）剛性葉片-縱蕩工況（3）柔性葉片-固定工況（4）柔性葉片-縱蕩工況浮臺(tái)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步加劇了各葉片間載荷的差異的，載荷波動(dòng)的相位及幅值均出現(xiàn)差異，結(jié)果與討論：3.2縱蕩過(guò)程中風(fēng)力機(jī)葉片形變特性縱蕩工況下風(fēng)力機(jī)葉片的形變波動(dòng)幅度進(jìn)一步縱蕩工況下風(fēng)力機(jī)葉片的形變波動(dòng)幅度進(jìn)一步揮舞形變主要縱蕩頻率擺振變形同時(shí)受縱蕩和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)頻率（重力作扭轉(zhuǎn)變形除了上述頻率外，還出現(xiàn)了縱蕩和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)兩種的頻率的干涉頻率。揮舞形變擺振形變扭轉(zhuǎn)形變揮舞形變擺振形變扭轉(zhuǎn)形變結(jié)果與討論：3.2縱蕩過(guò)程中風(fēng)力機(jī)葉片形變特性的幾何造型，產(chǎn)生彎扭耦合效應(yīng)影響攻結(jié)果與討論：3.3縱蕩過(guò)程中的風(fēng)輪尾跡特性縱蕩工況風(fēng)力機(jī)剛性葉片尾跡輪廓縱蕩工況風(fēng)力機(jī)剛性葉片尾跡波動(dòng)頻域特性縱蕩工況風(fēng)力機(jī)剛性葉片尾跡輪廓縱蕩工況風(fēng)力機(jī)剛性葉片尾跡波動(dòng)頻域特性在縱蕩工況下，風(fēng)輪入流速度的波動(dòng)會(huì)使風(fēng)輪尾跡發(fā)生明顯的畸變；在考慮葉片形變后，由于風(fēng)風(fēng)輪載荷降低，風(fēng)輪的畸變對(duì)于剛性風(fēng)輪，尾跡的畸變主要由浮臺(tái)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致，而對(duì)于柔性風(fēng)輪，葉片的形變也會(huì)影響尾跡的發(fā)展?？v蕩工況風(fēng)力機(jī)柔性葉片尾跡輪廓縱蕩工況風(fēng)非定常工況下風(fēng)輪的尾跡時(shí)刻處于動(dòng)態(tài)發(fā)展之中，而當(dāng)前時(shí)刻風(fēng)輪平面處的誘導(dǎo)速度受歷史尾跡的影響，從而產(chǎn)生一定的延遲。非定常工況下所產(chǎn)生的脫落渦以及翼型表面邊界層的分離和再附著在對(duì)翼型氣動(dòng)力產(chǎn)生影響的過(guò)程中所導(dǎo)致的滯后，即遲滯環(huán)現(xiàn)象。在一定的滯后，且相位滯后的角度從葉在考慮葉片柔性后，風(fēng)力機(jī)載荷響應(yīng)的滯后主要來(lái)自葉片的形變，且相位滯后不同推力延遲延遲角度下風(fēng)力機(jī)-浮臺(tái)系統(tǒng)氣動(dòng)功變0-結(jié)果與討論：3.5縱蕩頻率和幅值影響在高風(fēng)速點(diǎn)靠近葉根處的截面會(huì)進(jìn)入失速狀態(tài)，而在低風(fēng)速點(diǎn)葉片大部分截面會(huì)進(jìn)入負(fù)風(fēng)力機(jī)會(huì)在高風(fēng)速點(diǎn)進(jìn)入失速狀態(tài)，在低風(fēng)結(jié)果與討論：3.5縱蕩頻率和幅值影響V在不考慮葉片柔性情況下，折合頻率