摘要
随着全世界光伏发电市场飞速发展，单轴跟踪式光伏支架作为应用最广泛的光伏支架类型，其安全性和耐用性也受到越来越广泛的关注。单轴跟踪式光伏支架通常安装在平坦开阔的地面上，其风致破坏除了静风荷载导致的极限承载能力破坏以外，风的动态效应引起的颤振等气动弹性失稳现象更为常见，也更难以防范。近年来，快速发展的计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）模拟技术，在设计阶段为该结构颤振稳定性分析提供了有效研究方法。 以颤振导数理论为基础，利用CFD技术建立了基于分状态强迫振动法的颤振导数提取方法。采用该方法对均匀流场中的薄平板进行研究，将颤振导数提取结果与理想平板颤振导数理论解及文献中的风洞试验结果进行比较，验证了该数值方法的准确性。随后采用两种颤振临界风速计算方法对薄平板临界风速进行估计，结果均能与风洞试验实测值保持较好的一致性，证明了本文对于颤振临界风速的计算路线具有较好的准确性。 为了研究均匀流场中工作倾角对单轴跟踪式光伏支架颤振稳定性的影响，分别建立-11°~11°不同倾角的节段模型，提取各工况下节段模型的颤振导数。观察到当倾角增大到±7o后，关键颤振导数A2*由负转正，表明此时结构钝体性质显著，颤振形态由弯扭耦合颤振转变为扭转颤振。并计算得出各倾角下单轴跟踪式光伏支架结构的颤振临界风速，结果表明±9o是结构颤振稳定性最低的工作倾角，此时关键颤振导数A2*提供了最大的气动负阻尼。 为了模拟单轴跟踪式光伏支架实际工作面临的紊流风环境，利用CDRFG（Consistent Discrete Random Flow Generation）方法生成紊流场作为大涡模拟入口边界条件。在两种不同湍流强度的紊流场中研究各倾角下支架结构颤振稳定性。结果表明紊流风对跟踪支架结构的颤振稳定性有一定的积极作用。但是对于0o与+7o工况，可以发现较强的紊流使气动阻尼项A2*的值明显增大，反而降低了结构的颤振临界风速。对于负向倾角工况，在-9o倾角出现了颤振临界风速的最小值。与均匀流场中不同的是，颤振导数H1*为系统提供了气动负阻尼，是颤振临界风速最小值出现的原因。
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