定日镜结构风振响应的时域分析

定日镜是塔式太阳能发电系统中的重要设备,其结构轻巧,对阵风反应敏感,设计中应着重考虑风荷载的作用。由于定日镜体型特殊,使用时处于多种工况工作状态,需要对其在风荷载作用下的响应进行专门研究。因此对定13镜刚性模型进行了三维风荷载风洞试验,得到定13镜在竖向转角0°～90°（每10°一次定位）,风向角0°～180°（每15°测量一次）范围内共130种工况下,镜面表面脉动风压时程数据。建立有限元模型对定日镜结构进行模态分析和风振响应计算。通过计算得到了风振位移响应峰值,并且从镜面表面脉动风成因入手深入研究了结构动力反应的规律,结果表明,竖向转角较小时,整个镜面各部分背景响应值接近,镜面底部存在多阶共振反应;随着转角θ增大,空气在靠近镜面的一方分离,在远端再附着,形成脱落旋,镜面上部的动力响应增加。文章还对有代表性的工况进行了结点位移反应谱分析,汇总出多种工况下定日镜表面风压风振系数,为结构设计提供依据。     

基于刚性模型与气弹模型风洞试验对比的塔式定日镜风振响应研究

塔式定日镜是塔式太阳能光热发电站中重要的聚光设备,设计时控制荷载为风荷载。通过ANSYS有限元软件建立塔式定日镜结构的有限元模型,经过模态分析可知结构频率分布比较密集,风攻角的改变对定日镜结构的低阶模态影响不大。基于刚性模型测压风洞试验,对塔式定日镜进行风振响应有限元分析,并进行气弹模型测振试验,两者的误差在10%以内。根据有限元分析和气弹模型测振试验的结果可知,影响结构风振的模态主要是前3阶,主檩条端部位置的位移响应最大。结构设计时风振系数建议取为1.57。     

台湾后龙溪桥风洞试验研究与静风响应分析

摘 要：通过风洞试验研究了台湾后龙溪桥气动稳定性;获得了混凝土梁和钢梁两种断面发生涡振的条件、涡振锁定风速范围及涡振振幅;对自然界和风洞中的风轴和体轴异同进行了区分;实测了两种断面的静气动力系数;最后进行了非线性静风荷载响应分析。研究结果表明：实桥风速达到135m/s,不会发生气动失稳;钢梁和混凝土梁断面+3°攻角时在均匀流场中会发生竖向和扭转涡振,扭转涡振风速锁定风速很高,而且范围很宽;在紊流度约为10％风场中,攻角在-3°～+3°范围内,未观测到明显涡振;由静风荷载引起的主梁附加攻角很小,风荷载非线性对主梁扭转位移和侧向位移影响很小,而对竖向位移影响相对较大,原因是竖向风荷载引起主缆刚度改变。     

基于大涡模拟考虑叶片停机位置大型风力机风振响应分析

为研究停机状态下不同叶片位置对大型风力机塔架-叶片体系风振响应的影响,以某3 MW大型水平轴三叶片风力机为研究对象。基于大涡模拟(LES)方法对叶片八个不同停机位置下的风力机体系流场和气动力性能进行了数值模拟,并通过与国内外实测数据对比验证了该方法的有效性;结合有限元法对考虑叶片不同停机位置的风力机塔架-叶片耦合模型进行了动力特性和风振响应时域分析。主要结论为:不同叶片停机位置对风力机塔架绕流特性和气动力分布影响显著,塔架中上部风振响应受叶片不同停机位置的影响最大,尤其是迎风面和背风面的脉动位移均方差响应较大,相应最大值出现在工况八下塔顶350°位置;最大塔底弯矩出现在工况二的环向330°位置;工况五下三叶片叶尖顺风向位移响应峰值2.5 m;研究表明在进行大型风力机抗风设计时应考虑不同叶片停机位置的影响。     

基于多体动力学方法大型风力机台风致响应特性与偏航影响

为研究强台风下考虑偏航效应的大型风力机气动力及动态响应特征,以美国可再生能源实验室5 MW风力发电机组为研究对象,基于多体动力学及混合多体系统建模方法,建立了整机刚-柔混合多体动力学模型,并对该模型进行了动力特性分析与模型有效性验证。同时,基于谱分解法模拟了台风眼壁区域强干扰阶段的三维随机风场,并基于叶素-动量理论对7种偏航工况下风力机体系气动力进行数值模拟,分析了偏航对强台风下整机气动荷载的影响。最后,基于多体动力学模型对考虑不同偏航的大型风力机体系进行了动力时程分析,提炼了偏航对于结构风致响应的影响规律。结果表明,本文建立的多体动力学模型使用较少的自由度能有效描述了5 MW大型风力机的动力特性;当大型风力机处于30°和120°停机偏航角时,结构的台风致风荷载和风振响应显著增大,属于典型的不利工况,应在风电场实际控制时予以避免。主要研究结论可为强台风极端风况下大型风力机抗风设计提供科学依据。     

广州西塔气动荷载特性及风致响应研究

摘 要：以432米高的广州西塔的刚性模型多点同步测压风洞试验为背景,研究该超高层建筑结构气动荷载的竖向相干特性,采用相干函数方法(CFM)计算并替代气动力谱矩阵的互谱密度进行风致响应计算。结果显示,当经验指数式相干函数的指数衰减因子取6~8时,顺风向响应与精确结果较吻合,但在横风向上差别则比较明显。文中进一步计算了结构参振模态数目对西塔风振响应计算结果的影响,结果表明：忽略高阶模态对结构顺风向的层间位移角响应的影响较大、最大可产生9%的误差,但对结构横风向响应影响则很小,这意味着西塔风振响应仍由基阶模态控制。文中针对超高层建筑横风向响应估算的可行方法进行了讨论和建议。     

中小尺度嵌套下考虑停机位置的大型风力机体系风振响应分析

国内外风工程界采用的风力机体系风效应分析方法通常基于良态气候模式,而台风边界层风特性不同于良态气候模式,台风作用过程中会表现出明显的时空变异性和多尺度涡结构。针对现存土木工程台风模型理论体系过度简化的问题,引入考虑真实台风场强变异性和衰减效应的中尺度天气预报模式(WRF)对“鹦鹉”台风进行高时空分辨率模拟,重点对比台风登陆前、登陆时和登陆后台风风向和风强特征,并结合模拟台风中心路径与实测路径的对比结果验证了中尺度台风“鹦鹉”模拟的有效性。以中国东南沿海地区某风电厂5 MW水平轴风力机为对象,基于WRF模拟获得近地面三维风场数据,并结合小尺度CFD大涡模拟技术分别对叶片单个旋转周期不同停机位置工况进行三维非定常数值模拟。在此基础上,结合有限元完全瞬态法对不同停机工况进行了风振响应动力时程分析,提炼出停机位置对体系风振响应和风振系数的影响规律,最终归纳总结了台风作用下大型风力机体系最不利停机位置。结果表明:采用WRF模式可以有效模拟近地面台风风场,拟合的台风剖面指数为0.076;台风下塔架内力和风振系数显著增大,尤其是与塔架相对位置最近的叶片风振响应最为不利,内力最大增幅达35%。分析发现:当台风作用下大型风力机处于停机状态,下叶片与塔架完全重合(工况1)时为最不利,旋转至上叶片完全重合(工况5)时安全余度最大。     

大跨径铁路钢管混凝土系杆拱桥稳定性分析

以现有拱桥稳定计算理论为指导,建立了格丑沟特大桥主桥136m跨度铁路钢管混凝土系杆拱桥的空间有限元模型,给出了该桥在特定的荷载工况下的稳定系数及失稳模态,结果表明：结构的失稳主要表现在拱肋的面外失稳,弹性屈曲系数均大于一般要求(4~5),弹性稳定满足要求．考虑了非线性影响,对拱肋进行了逐级加载,得到了拱肋的极限荷载,并给出了拱肋达到极限荷载时各控制截面的竖向位移和横向位移,通过比较得出材料非线性对本桥稳定的影响大于几何非线性的影响．并以大量计算结果为依据,揭示了横撑布置形式、拱肋内倾角、矢跨比对该桥稳定性的影响．     

输电塔气动力系数和气动导纳风洞试验研究

输电塔结构的非定常抖振力与来流风速之间存在复杂的非线性关系,基于风洞试验得到的某1 000 k V格构式直线输电塔弹性模型的基底力以及参考高度处同步采集的风速时程,采用线性和高斯两种近似假定计算了非定常气动力系数并与试验值进行了比较;提出了包含结构气动阻尼效应在内的总气动导纳的概念,通过基底脉动力谱和来流脉动风速谱的比值对总气动导纳函数进行识别,并用基于频域相干函数对导纳函数的线性部分进行了估计。结果发现,风偏角线性近似所计算静气动力系数的偏差较高斯近似小;由于气动抖振力非定常性质明显,不考虑总气动导纳函数将高估输电塔模型的抖振响应;脉动风力与脉动风速间有较强的非线性关系,用线性导纳函数计算的抖振力谱将低估脉动风分量的影响。     

下击暴流空间相关性风场模拟

考虑时间衰减性研究了下击暴流平均风速与空间观测点位置的关系,并给出了空间中四个点的平均风速随时间的分布情况。在确定性-随机性混合模型的基础上,利用Wood竖向风剖面模型和Holmes水平径向风剖面模型模拟出空间七点处的平均风速,并采用AR模型生成具有时间相关性和空间相关性的脉动风速,从而获得下击暴流空间相关性风场。通过脉动风相关函数及功率谱的对比表明,本文方法具有较高的精度。     

芦潮港海上风资源变化特性分析

海上风资源特性对海上风电场的建设具有重大影响,是海上风机选型及排布的关键因素,因此对其进行研究十分必要。利用测风塔测量得到上海芦潮港地区风速数据,并分析了该地区风速、风向、风能密度分布及其变化特性。结果表明：在芦潮港地区海上风速分布描述上,Logistic函数具有最好的精度,Weibull函数很难描述单月风速分布;芦潮港地区风向主要来自正北与东北方向;随着芦潮港地区测风塔测风高度的增加,年平均海上风速逐步趋于8 m/s;芦潮港地区年平均风能密度不低于290 W/m2,具有较为充足的风能资源,可为风电场收益提供保障。     

风环境风洞模拟研究及其舒适性判断

某些建筑布局会引起很强的局部风,带来不舒适的风环境问题,通过风洞模拟实验研究可以解决这一问题.从大气边界层模拟、建筑模型风洞试验、风统计特性、风环境舒适性判断等方面介绍了几种风环境风洞模拟研究方法.     

超高层双塔建筑体型系数风洞试验研究

超高层建筑表面的风压分布对建筑表面围护结构的安全使用有重要影响。据某超高层建筑的刚性模型风洞测压试验,研究了超高层建筑周围在有、无干扰建筑的情况下,表面的风压分布特性以及一些特殊测点在不同风向角的情况下风压的变化规律。结果表明：当来流风向与平面垂直时,平面上的测点取到最大正压,当来流风向与平面平行时,平面上测点往往负压最大;环境建筑对该高层建筑侧风面的风压影响较大,但风压的分布趋势不变,不同在于会放大局部风压,尤其是建筑中部。为其结构设计提出一些建议。     

Perspectives of China’s Wind Energy Development

Wind energy is a kind of clean renewable energy, which is also relatively mature in technology, with large-scale development conditions and prospect for the commercialization. Wind energy’s development and utilization is an important measure to increase energy supply, adjust energy structure, ensure energy security, protect the ecological environment, reduce greenhouse gas emission and build a harmonious society. Wind energy is a kind of clean renewable energy, which is also relatively mature in technology, with large-scale development conditions and prospect for the commercialization. The development of wind energy is a systematic project, involving policy, law, technology, economy, society, environment, education and other aspects. The relationship among all the aspects should be well treated and coordinated. This paper has discussed the following relationships which should be well coordinated: relationship between wind resources and wind energy development, relationship between the wind turbine generator system and the components, relationship between wind energy technology and wind energy industry, relationship between off-grid wind power and grid-connected wind power, relationship between wind farm and the power grid, relationship between onshore wind power and offshore wind power, relationship between wind energy and other energies, relationship between technology introduction and self-innovation, relationship among foreign-funded, joint ventured and domestic-funded enterprises and relationship between the government guidance and the market regulation, as well as giving out some suggestions.     

Savonius风力机的适用性分析

根据Savonius风力机的结构特点和性能,分析其适用性。经过优化后的Savonius风力机非常适用于低风速下风力发电,而低风速区在我国的分布范围非常广泛。因此开发Savoniu。风力机,对更广泛地利用风能有着重要的意义。     

风电项目中的土木工程问题及有关研究的思考和发展展望

从配套工程建设、风况数据的搜集、整理及分析、预测等角度,探讨了促进我国风电事业的发展方式;指出关注风电建设中的土木工程问题,编制有关规范或指导手册等文件,做好风资源的普查、评估和风电场发电量预测,并在这些技术领域做到专业化、规范化,形成可靠的、成熟的、具有自主知识产权的技术体系对我国的风电发展至关重要。最后探讨了需要进行研究的方向,并结合中国国情对风电的发展做了展望。     

Special report on relationship between wind farms and power grids

The installed capacity of a large scale wind power plant will be up to a number of hundreds MW, and the wind power is transmitted to load centers through long distance transmission lines with 220 kV, 500 kV, or 750 kV. Therefore, it is necessary not only considering the power transmission line between a wind power plant and the first connection node of the power network, but also the power network among the group of those wind power plants in a wind power base, the integration network from the base to the existed grids, as well as the distribution and consumption of the wind power generation by loads. Meanwhile, the impact of wind power stochastic fluctuation on power systems must be studied. In recent years, wind power prediction technology has been studied by the utilities and wind power plants. As a matter of fact, some European countries have used this prediction technology as a tool in national power dispatch centers and wind power companies.     

公路风屏障流场特性及自身风荷载的足尺模型风洞试验研究

为探究公路风屏障后方流场分布特性及自身风荷载,针对6种不同板形,通过足尺节段模型风洞试验测试了各风屏障后方不同车道处的流场分布及距离地面不同高度处障条的风荷载,在此基础上对比分析屏障孔隙尺寸和开孔形式对其后方流场分布的影响,求得了不同风屏障整体的阻力系数、力矩系数以及风速折减系数。研究结果表明,孔隙尺寸对风屏障后方流场影响较为有限,开孔形式对屏障前方流场影响较为有限,但是对其后方的流场分布影响较为明显。由于受到盖梁的影响,位于最顶部的障条阻力系数较其他位置处障条阻力系数偏低。屏障整体风荷载系数可为日后该类风屏障设计提供一定的参考。     

Assessment of wind energy potential in China

In this paper, China wind atlas is made by numerical simulating and the wind energy potential in China is calculated. The model system for wind energy resource assessment is set up based on Canadian Wind Energy Simulating Toolkit (WEST) and the simulating method is as follow. First, the weather classes are obtained depend on meteorological data of 30 years. Then, driven by the initial meteorological field produced by each weather class, the mesosclae model runs for the distribution of wind energy resources according each weather class condition one by one. Finally, averaging all the modeling output weighted by the occurrence frequency of each weather class, the annual mean distribution of wind energy resources is worked out. Compared the simulated wind energy potential with other results from several activities and studies for wind energy resource assessment, it is found that the simulated wind energy potential in mainland of China is 3 times that from the second and the third investigations for wind energy resources by CMA, and is similar to the wind energy potential obtained by NREL in SWERA project. The simulated offshore wind energy potential of China seems smaller than the true value. Although there is difference in method and conclusion for wind energy resource assessment by different institutes, the important conclusion accepted by the all is that China has rich wind energy resources. According to the simulated results of CMA and considering lots of limited factors to wind energy development, the final conclusion can be obtained that the wind energy availability in China is 700-1200 GW, in which 600-1000 GW is in mainland and 100-200 GW is on offshore, and wind power will become the important part of energy composition in future.