分享SWT的氣動力計算理論

Samcef for wind turbines 將風力發電機的主要氣動力學、結構和控制等方面整合到一個全耦合的動力學環境中。所建模型包含了風力機的全部部件(風輪槳葉,塔筒,傳動系統以及控制等)。

利用samcef求解器MECANO可以進行時程的瞬態分析,能夠考慮系統的結構,多體,氣動力和控制這些因素,形成非線性的高耦合系統。非線性主要體現在氣動力學、控制器以及非線性的結構和多體因素(如非線性剛度,非線性材料特性,軸承間隙和結構的的大位移變形等)。SWT的氣動載荷計算基于葉素動量定理(BEM)并包含了業界應用的標準修正半經驗模型,這樣可以進行更準確的氣動彈性計算。控制器可以通過外部動態鏈接庫(DLL)導入模型。SWT內部也含有已經有samtech開發的用于風力機仿真的典型控制器。

基于BEM的空氣動力學計算,包含多種典型的修正計算(葉尖及輪轂損失,塔影,低葉尖速比的弱化效應),還包含半經驗次級系統模型,這可以對不穩定的氣動力學進行高精度計算(如動態入流和動態失速)。

風力機槳葉的氣動力學離散化

求解每一時刻的氣動力學問題需要通過對氣動單元的計算進行,而這些單元分布在槳葉各段上的結點上。每個單元的氣動計算,取決與不考慮厚度的局部的氣動參數,如弦長,扭腳及翼型特征等。由于氣動力學計算能夠借助于有限元進行,氣動負載就可以通過計算每個氣動單元上的節點的特定即時位置,速度及加速度進行。

SWT的風輪模型需要標準的氣動數據,這些包括翼展方向上的弦長變化,扭矩和槳葉厚度,以及氣動參數(Cl,CdCm)。對于bladed rotor,需要根據相對翼展升力厚度分布來對ClCdCm進行插值。這種插值計算是沿著翼展方向自動運行的。

氣動力學計算的結果是翼展方向上單位長度的載荷,這些載荷在之后計算中需要用到。

其他的動態入流次級模型,動態失速次級模型應用介紹,請查看詳細資料。


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