风剪切工况下长柔叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性影响研究

李逸佳; 周乐; 马璐; 雷肖; 沈昕; 杜朝辉

doi:doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1288

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风剪切工况下长柔叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性影响研究

更新时间：2026-01-08

- 风剪切工况下长柔叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性影响研究
- 风剪切工况下长柔叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性影响研究
- 太阳能学报 2025年46卷第12期页码：751-761
- 作者机构：
- 作者简介：
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- DOI：doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1288
  中图分类号： TK89
- 网络出版：2026-01-07，
  
  纸质出版：2025
- 稿件说明：
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李逸佳, 周乐, 马璐, 等. 风剪切工况下长柔叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性影响研究[J]. 太阳能学报, 2025,46(12):751-761.

李逸佳, 周乐, 马璐, et al. 风剪切工况下长柔叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性影响研究[J]. 2025, 46(12): 751-761.
李逸佳, 周乐, 马璐, 等. 风剪切工况下长柔叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性影响研究[J]. 太阳能学报, 2025,46(12):751-761. DOI： doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1288.

李逸佳, 周乐, 马璐, et al. 风剪切工况下长柔叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性影响研究[J]. 2025, 46(12): 751-761. DOI： doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2024-1288.

摘要

以IEA-15 MW风力机为对象

基于非定常叶素动量理论模型和几何精确梁理论模型研究风剪切工况下叶片气弹耦合效应对大型风力机载荷特性的影响。结果表明：在风剪切工况下

风力机载荷呈类简谐波动

且叶片的柔性形变会导致风力机载荷降低。由于动态入流效应、翼型非定常气动特性以及叶片形变共同作用导致的风力机载荷响应延迟

会加剧风轮的偏航力矩。随着风剪切系数的增大

风力机的功率、推力以及风轮俯仰力矩和偏航力矩的均值和波动幅值增大

叶片载荷响应的迟滞也更加明显。

Abstract

Based on dynamic blade element momentum and geometrically exact beam theory

the effect of aerodynamic coupling effect on the load characteristics of IEA-15 MW wind turbines under wind shear conditions are studied in this paper. The results show that the wind turbine loads are similar to simple harmonics under the wind shear condition

and the flexible deformation of the blades will lead to the reduction of the wind turbine loads. Due to the dynamic inflow effect

unsteady aerodynamic characteristics of airfoil and blade deformation

the delay of wind turbine load response will increase the yaw torque of wind turbine. With the increase of wind shear coefficient

the mean value and fluctuation amplitude of wind turbine power

thrust

wind turbine pitch moment and yaw moment increase

and the hysteresis of blade load response becomes more obvious.

关键词

Keywords

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高晓清, 陈伯龙, 杨丽薇, 等. 大气湍流稳定度对风力机尾流影响的模拟研究[J]. 太阳能学报, 2020, 41(4): 145-152.

关鹏, 丁珏, 翁培奋. 不同湍流模型对水平轴风力机三维粘性气流特性的影响[J]. 太阳能学报, 2010, 31(1): 86-90.

陈晓明, 康顺. 偏航和风切变下风力机气动特性的研究[J]. 太阳能学报, 2015, 36(5): 1105-1111.

杨从新, 张志梅, 王强, 等. 风剪切下塔影效应对水平轴风力机叶片及风轮气动载荷的影响[J]. 太阳能学报, 2022, 43(8): 253-259.

孔屹刚, 王杰, 顾浩, 等. 基于风剪切和塔影效应的风力机风速动态建模[J]. 太阳能学报, 2011, 32(8): 1237-1244.

戴丽萍, 姚世刚, 王晓东, 等. 偏航工况风力机叶片流固耦合特性研究[J]. 太阳能学报, 2017, 38(4): 945-950.

张玉良, 杨从新, 李仁年, 等. 风剪切对风力机设计的无关性分析[J]. 西华大学学报(自然科学版), 2007, 26(2): 61-63, 96-97.

杨从新, 张旭耀, 李银然, 等. 风剪切来流下风力机叶片表面压力的分布规律[J]. 太阳能学报, 2018, 39(4): 1142-1148.

LARSEN T J, HANSEN A M, BUHL T.Aeroelastic effects of large blade deflections for wind turbines[C]// Proceedings of the Special topic conference: the science of making torque from wind, Delft University of Technology, 2004.

李德源, 汪显能, 莫文威, 等. 非定常条件下风力机柔性叶片气弹耦合分析[J]. 太阳能学报, 2017, 38(4): 966-975.

冷峻, 郜志腾, 郑小波, 等. 基于致动线方法的5 MW海上风力机气动弹性分析[J]. 空气动力学学报, 2022, 40(4): 203-209.

黄鑫祥, 郭小锋, 齐剑峰. 风力机叶片动态气弹变形及其对整机性能的影响[J]. 可再生能源, 2020, 38(7): 916-921.

YU D O, KWON O J.Predicting wind turbine blade loads and aeroelastic response using a coupled CFD-CSD method[J]. Renewable energy, 2014, 70: 184-196.

钱晓航, 郜志腾, 王同光, 等. 百米级大柔性风电叶片非线性气弹响应分析[J]. 空气动力学学报, 2022, 40(4): 220-230.

MORIARTY P J, HANSEN A C.AeroDyn Theory Manual[R]. NREL/TP-500-36881, 2005.

WERAPUN W, TIRAWANICHAKUL Y, WAEWSAK J.Wind shear coefficients and their effect on energy production[J]. Energy procedia, 2017, 138: 1061-1066.

DIAZ A P, MIKKELSEN T, GRYNING S-E, et al.Offshore vertical wind shear: final report on NORSEWInD’s work task 3.1[R]. Technical University of Denmark, 2012.

GAERTNER E, RINKER J, SETHURAMAN L, et al.IEA wind TCP task 37: definition of the IEA 15-megawatt offshore reference wind turbine[R]. IEA-TCP task 37, 2020.

HANSEN M.Aerodynamics of wind turbines[M]. 3th ed. London and New York: Routledge, 2015:76-169.

陈进格, 沈昕, 王广, 等. 基于升力面和大变形梁的风力机叶片气弹模型[J]. 工程热物理学报, 2018, 39(7): 1469-1475.

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