利用ANSYS软件的复合材料模块建立某5WM水平轴风力机叶片的铺层模型,通过静力分析和模态分析研究了风切变效应对叶片结构特性的影响。采用Fluent软件对风力机叶片在有无风切变來流的情况下进行数值模拟,将数值模拟所获得的载荷加载到叶片铺层结构上,研究风切变效应对风力机叶片结构特性是否产生影响。结果显示风切变效应使來流风速的均值减小,从而导致所获载荷降低,使叶片的最大应力和最大位移减小;当有预应力干扰时,叶片的模态频率和叶尖变形量都明显提高,这会对叶片的结构特性产生影响。

以NREL 5 MW大型风力机为研究对象,采用数值模拟的方法研究了风切变和塔影效应对风力机工作的影响。对均匀来流风轮模型、均匀来流整机模型、切变来流风轮模型、切变来流整机模型四种情况进行了研究。发现风切变会降低风力机平均推力和功率,降低值分别为3.2%和2.8%,塔影效应会使风力机在一个旋转周期出现3次明显压力脉冲。风切变与塔影效应共同作用使风力机平均功率降低更多。数值模拟能给出速度、压力分布等详细流场信息,为风力机的设计和安全运行提供参考。