内蒙古农业大学学报(自然科学版)2024,Vol.45Issue(1) :42-47.DOI:10.16853/j.cnki.1009-3575.2024.01.006

气流变化对柔性叶片颤振边界影响评估

Evaluation of the Effect of Airflow Variations on the Flutter Boundary of Flexible Blades

刘慧源 韩巧丽 田德 冯晓梅 郭志勇 张明慧
内蒙古农业大学学报(自然科学版)2024,Vol.45Issue(1) :42-47.DOI:10.16853/j.cnki.1009-3575.2024.01.006

气流变化对柔性叶片颤振边界影响评估

Evaluation of the Effect of Airflow Variations on the Flutter Boundary of Flexible Blades

刘慧源 1韩巧丽 2田德 3冯晓梅 1郭志勇 1张明慧1
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作者信息

  • 1. 内蒙古农业大学机电工程学院,呼和浩特 010018
  • 2. 内蒙古农业大学能源与交通工程学院,呼和浩特 010018
  • 3. 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学),北京 102206
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摘要

风力发电机组的叶片在接近颤振临界条件的复杂环境下运行时,可能会发生颤振并伴随着叶片的损坏.准确分析气动条件对颤振边界的影响,在大型风力发电机组的设计中起着至关重要的作用.本文研究对象为NREL 5 MW海上风电机组的柔性叶片,采用Beddoes-Leishman(B-L)模型与几何精确梁模型相结合的方法,对在不同气流条件下的柔性叶片进行模拟,研究风速和风向角对颤振边界的影响.研究结果表明,柔性叶片在21.5r/min的转速下会出现不稳定现象,伴随着弯曲和扭转的耦合.风速加速度线性增长导致颤振临界速度逐渐增加,最终在24 r/min左右稳定.风向角的影响范围是围绕风轮旋转平面法线对称的140°扇形区域,随着风向角的增大,颤振临界速度呈现先增加后减小的趋势,风向角60°时颤振临界速度最大可达到24.9 r/min.

Abstract

In complex environments,wind turbine blades nearing critical flutter thresholds may experience flutter,potentially caus-ing damage.This study focuses on the NREL 5 MW offshore wind turbine's flexible blades,utilizing a combination of the Beddoes-Leishman(B-L)model and a geometrically accurate beam model.This approach simulates the blades under varied airflow condi-tions to explore the effects of wind speed acceleration and wind direction angles on flutter boundaries.Results indicate that at a rota-tional speed of 21.5 r/min,the blades exhibit instability due to bending and torsion coupling.The linear increase in wind speed ac-celeration gradually raises the critical flutter speed,which stabilizes around 24 r/min.The effect of wind direction angles is signifi-cant within a 140° sector around the turbine's rotational plane,with the critical flutter speed initially increasing and then decreas-ing,peaking at 24.9 r/min at a 60° angle.This highlights the importance of aerodynamic considerations in wind turbine blade design to prevent flutter.

关键词

风电机组/叶片/颤振/FAST

Key words

Wind turbine/Blade/Flutter/FAST

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出版年

2024
内蒙古农业大学学报(自然科学版)
内蒙古农业大学

内蒙古农业大学学报(自然科学版)

北大核心
影响因子:0.384
ISSN:1009-3575
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