台风作用下2.5 MW风力机风荷载特性研究

以台风作用下实际工程中2.5 MW海上风力机为研究对象,结合台风实测风速和计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,研究分析台风顺桨停机状态的风力机在不同停机位置时的风荷载分布特性。结果表明:台风沿叶片顺桨方向吹入时,不同停机位置的风轮所受风荷载大小和分布近似相同。与额定风速下的运行工况相比,台风顺桨状态下风轮整体的轴向推力不足其10%,为叶片受力最有利状态,顺桨叶片充分展现其自动卸载的能力,使台风荷载得到有效降低。     

侧风下风障对滑雪跳台比赛风环境的影响研究

滑雪跳台与桥梁结构类似，风障也可以为跳台滑雪运动创造一个低速的比赛风环境。采用数值模拟的方法，研究了风障透风率对滑雪跳台挡风效果的影响，系统分析了涡旋结构、无量纲风速、风环境影响系数和湍流度随风障透风率的变化特性。结果表明：侧风作用下，风障的存在明显改变了滑雪道上空的风场结构，但同时在运动员跳跃高度处会产生较大的竖向风速分量，显著干扰比赛的公正性；滑雪道上空的风环境影响系数随风障透风率的增加呈减小后增大的趋势，其中透风率为10%～20%时风障挡风效果最优，其挡风效率高达79%～97%，同时也可以有效降低运动员跳跃高度处的竖向风速分量，但风场的湍流度会明显增大；考虑滑雪跳台主体结构对风荷载的作用较不敏感，应优选设置10%～20%透风率的风障。     

双圆形煤棚风荷载分布研究

近年来,新建煤棚朝着大跨度、轻质量的方向快速发展,是一种风敏感结构,因此对其进行风荷载相关研究具有重要意义。该文以某新建圆形煤棚网架结构为研究对象,通过风洞试验的方法,研究了不同风向角下,在煤棚顶部、底部的风荷载体型系数的分布情况,并分析了两个临近的圆形煤棚之间的风荷载体型系数的相互影响。研究表明:在不同风向角下,煤棚顶部均承受负压。当两煤场之间的距离较近时,两煤棚上的风荷载体型系数相互影响显著。并且发现在两煤棚之间的区域,风荷载体型系数的绝对值相对较小。     

高湍流度对翼型气动性能影响的试验研究

为分析湍流度对低雷诺数大型风力机翼型气动性能的影响,以大型风力机翼型NREL S810为研究对象,采用风洞试验法,系统研究了湍流度对翼型NREL S810气动性能的影响,获得了翼型的升力系数、阻力系数和表面压力分布特性。结果表明：湍流度的存在使得S810翼型的气动力特性发生改变,最大升力系数先升高后降低,在湍流度为4.6%时翼型的升力系数最高;随着湍流度的增大,发生了明显的失速延迟现象,失速攻角持续后移,且湍流度增加会使得失速下降曲线变得平缓。     

表面损伤的斜拉索平均气动阻力特性的试验研究

斜拉索作为斜拉桥的重要受力构件,其风荷载设计在桥梁抗风设计中具有重要意义。斜拉索在生产、运输和安装过程中有可能受到损伤,针对不同程度表面损伤的斜拉索,利用风洞测力试验,研究了亚临界、临界和超临界雷诺数区域损伤程度对斜拉索气动阻力的影响,并得到了表面损伤斜拉索气动阻力的计算方法。结果表明:在一定的风向范围内,斜拉索表面损伤对其气动阻力影响显著,在亚临界区,表面损伤模型阻力系数大于光滑模型;进入临界区后,表面损伤模型的阻力系数则小于光滑模型;在超临界区,二者又比较接近。随着划痕的加深,临界区起始雷诺数提前,且在临界雷诺数区,随着雷诺数的增大,阻力系数减小。对不同损伤程度斜拉索的阻力系数进行拟合,得出相应的计算公式,以方便斜拉索气动阻力的估算。     

微椭圆形截面斜拉索临界雷诺数区气动特性试验研究

为了研究微椭圆形截面斜拉索临界雷诺数区的气动特性,以标准圆形截面斜拉索模型和微椭圆形截面斜拉索模型为研究对象,开展了考虑截面变形和风攻角变化的风洞试验,得到了不同情况下雷诺数对模型气动力系数的影响规律,同时通过对升力时程和升力频谱分析,得到了临界雷诺数及附近区域的标准圆形截面和微椭圆形截面模型尾流旋涡脱落的变化。结果表明:微椭圆形截面模型在雷诺数亚临界区时,升力系数基本不受雷诺数的影响;在临界区时,升力系数随雷诺数逐渐增大;风攻角0°~50°时,微椭圆形截面模型升力系数最大值对应的雷诺数随风攻角同步增大;微椭圆形截面模型的升力时程在TrBL0向TrBL1阶段和TrBL1向TrBL2阶段过渡中会出现双稳态现象;微椭圆形截面变形会影响斜拉索尾流区旋涡脱落情况,进而影响不同雷诺数下的St数值变化。     

雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响

为了研究雷诺数对安装涡流发生器翼型气动性能的影响,以NACA4418翼型为研究对象,通过风洞测压试验的方法,研究了安装涡流发生器翼型在从低到高不同雷诺数下气动性能变化规律和翼型表面绕流场特性,对比分析了涡流发生器参数对翼型气动性能的影响.结果表明:随着雷诺数的增大,涡流发生器增升减阻作用逐渐增强,抑制边界层分离的攻角范...     

风轮仰角对风力机气动性能的影响研究

为了防止叶片梢部与塔架碰撞,实际工程中的风力机在运行状态下风轮存在一定的仰角,这使得风力机气动荷载状况变得更加复杂。针对此复杂工况,利用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟方法,对比分析仰角为0°与5°两种风轮模型分别在均匀来流和切变来流条件下的气动荷载特性。结果表明:仰角的存在使得风轮产生与切变风工况方向相反的俯仰力矩和较大的偏航力矩,但对输出功率的影响较小。同时风轮仰角会改变单个叶片气动荷载的波动特性,导致作用于风轮总体的周期性波动荷载增大,其中偏航力矩的波动均方根增大幅度达到了25.46%,将对结构的疲劳性能产生较为显著的影响。     

透风率及积雪形态对防雪栅防护效果的影响

针对道路风吹雪灾害的工程防雪措施，采用数值模拟与现场实测相结合的方法，系统研究防雪栅透风率和不同阶段积雪形态对防雪栅周边流场的影响特性，分析不同阶段积雪的形成机理，得到防雪栅周边积雪的演化规律。结果表明：随着防雪栅透风率的增加，防雪栅背风侧低速区以及旋涡范围逐渐缩小，雪颗粒堆积的速度变慢，对于不同透风率的防雪栅，积雪均最先在其背风侧5 H～9 H范围内发生沉积（H为防雪栅高度），并逐渐向两侧延伸；防雪栅底部间隙使得气流在防雪栅底部被加速，雪颗粒不易沉积，有效延长了防雪栅被积雪掩埋的时间；防雪栅两侧-2.5 H～18 H范围雪颗粒均会发生沉积，随着积雪厚度的不断增加，积雪的增长速率逐渐趋缓。     

非圆截面斜拉索气动性能风洞试验研究

大跨度斜拉桥斜拉索上的风荷载对于主梁位移和内力的贡献占整个风荷载的60%~70%,斜拉索的气动力是静力和稳定性检算的基础,准确掌握斜拉索的气动力具有重要意义。通过天平测力风洞试验,在雷诺数为10×104~42×104,对直径为120mm的圆形截面斜拉索模型和3种非圆截面模型进行测力试验,得到各个工况下阻力系数随雷诺数的变化规律,分析截面变形、风向角对阻力系数的影响。结果表明：斜拉索截面变化能够增强雷诺数效应,风向角在0°~30°情况下,阻力系数随斜拉索截面变形的程度呈单调减小的趋势;风向角在40°~90°情况下,阻力系数随斜拉索截面变形的程度呈单调增大的趋势。将气动力系数和风向角度按照亚临界、临界和超临界雷诺数区域进行分区,得到各个区域内阻力系数的数值和拟合公式,通过拟合公式,可以方便地为类似截面结构的风荷载设计提供依据。