[发明专利]一种风力发电机叶片翼型颤振临界风速计算方法及设备

说明书

本申请公开了一种风力发电机叶片翼型颤振临界风速计算方法及设备，用于对风力发电机叶片翼型颤振临界风速进行预测，计算效率较高，物理意义清晰。本申请实施例方法包括：首先获取风力发电机叶片翼型的结构参数，并根据该结构参数建立该风力发电机叶片翼型的气动弹性运动方程，再进一步根据气动弹性运动方程建立该风力发电机叶片翼型的能量平衡方程。然后根据建立的能量平衡方程得到该风力发电机叶片翼型的颤振临界风速的解析表达式。最后根据时域平均法和数值迭代法计算得到该风力发电机叶片翼型的颤振临界风速的数值解。本申请实施例还提供了一种设备，用于实现上述对风力发电机叶片翼型颤振临界风速的计算。

技术领域

本申请涉及风力发电机叶片防颤振设计技术领域，尤其涉及一种风力发电机叶片翼型颤振临界风速计算方法及设备。

背景技术

在风力发电机叶片的设计中，翼型颤振临界风速的正确预测对风力发电机的高效、安全运行具有显著的指导意义。

现阶段，对风力发电机叶片翼型颤振临界风速进行预测的方法有数值模拟方法，该方法是随着计算机软硬件技术的发展，基于计算流体力学(computational fluiddynamics，CFD)和结构动力学(computational structure dynamics,CSD)进行翼型的颤振耦合计算。该方法虽然计算精度较高，但计算效率低。

为解决数值模拟方法计算效率低的问题，人们进而采用了解析方法进行预测，该方法基于准定常气动力/非定常气动力，通过假设颤振临界状态下翼型做单周期简谐运动，求解具有耦合惯性力的二元翼型颤振运动方程的特征值，从而求解得到系统的颤振临界风速；或者采用系统的Routh-Hurwitz动力学稳定性判据，直接求得系统的颤振临界风速。这两类解析方法是基于系统的二阶偏微分颤振运动方程进行数学的解析求解，计算效率高，但物理意义不够明确，不能清晰的阐释翼型颤振过程中的能量传递机制。

发明内容

本申请实施例提供了一种风力发电机叶片翼型颤振临界风速计算方法及设备，用于对风力发电机叶片翼型颤振临界风速进行预测，计算效率较高，物理意义清晰。

具体技术方案包括：

本申请实施例第一方面提供了一种风力发电机叶片翼型颤振临界风速计算方法，该方法包括：

获取所述风力发电机叶片翼型的结构参数；

根据所述结构参数建立所述风力发电机叶片翼型的气动弹性运动方程；

根据所述气动弹性运动方程建立所述风力发电机叶片翼型的能量平衡方程；

根据所述能量平衡方程得到所述风力发电机叶片翼型的颤振临界风速的解析表达式。

优选地，所述方法还包括：

根据所述解析表达式，应用时域平均法和数值迭代法计算得到所述风力发电机叶片翼型的颤振临界状态参数。

优选地，所述风力发电机叶片翼型的能量平衡方程包括：

所述风力发电机叶片翼型的功率流平衡方程；

所述根据所述气动弹性运动方程建立所述风力发电机叶片翼型的能量平衡方程包括：

对所述气动弹性运动方程分别乘以各自所在模态坐标位移的速度项，得到所述风力发电机叶片翼型的功率流平衡方程。

优选地，所述功率流平衡方程包括：

依据非保守系统的非保守能量平衡原理，所述风力发电机叶片翼型的颤振运动方式为单周期极限环运动的功率流平衡方程，对所述功率流平衡方程的分析取单个极限环运动周期进行考察，所述ω为所述风力发电机叶片翼型的颤振耦合频率。

优选地，所述根据所述解析表达式，应用时域平均法和数值迭代法计算得到所述风力发电机叶片翼型的颤振临界状态参数包括：