近日，中科院工程熱物理研究所國家能源風電葉片研發(fā)（試驗）中心對風力機非定常氣動過程的流動特點和載荷變化規(guī)律開展了相關研究，極大地優(yōu)化了葉片設計和風力機控制策略。風力機是大型的外流旋轉機械，繞風力機葉片的流動十分復雜。在運行環(huán)境中，由于風切變、塔影效應、陣風以及變槳和偏航調節(jié)的影響，風力機的氣動特性是高度非定常的。到目前為止，對風力機氣動特性的研究還集中在均勻恒定的入流風速條件下，而對非定常情況下的流動機理的認識還非常有限。
　　首先采用基于RANS方程的CFD方法，分析了湍流模型的選取對風力機風輪氣動性能預測精度的影響，得到了適合風力機流動狀況的湍流模型。在此基礎上對切變入流情況下風力機的氣動特性進行了數(shù)值模擬，研究了載荷波動變化的規(guī)律和非定常載荷的滯后效應。
　　采用CFD方法對風力機進行非定常模擬時對計算資源占用大，耗時長，因此尋找一種高效、準確的載荷計算方法是非常必要的。在后續(xù)的研究中，研究人員用計算域中的體積力空間分布替代葉片實體，該方法不需要對葉片表面粘性邊界層流動進行求解，減少了葉片附近的網(wǎng)格數(shù)量，節(jié)省了建模和數(shù)值求解的時間。采用上述理論編寫致動盤、致動線數(shù)值計算程序，通過與實驗數(shù)據(jù)進行比較，對其在風力機載荷預測的準確度進行驗證。在此基礎上，對風力機的快速變槳過程和不同切變風速情況下的載荷動態(tài)變化特點和尾流流動特性進行了深入的研究。
　　風電葉片研發(fā)（試驗）中心通過上述研究，實現(xiàn)了致動線方法在風力機葉片整體載荷和截面氣動力計算中的高效、準確應用。