[发明专利]变桨抗涡效果检测方法、装置及风力发电机

权利要求书

1.一种变桨抗涡效果检测方法，其特征在于，包括：

对风力发电机的抗涡叶片的摆动瞬态过程进行流体动力学仿真计算，获取所述抗涡叶片在摆动方向上的气动阻力时序数据；

对所述气动阻力时序数据进行多元回归分析，确定叶根摆幅和来流风速对所述抗涡叶片的气动阻力的交互影响，构建所述抗涡叶片的气动阻力数学模型；

对所述气动阻力数学模型与所述风力发电机的等效动力学模型进行耦合，以用于计算所述抗涡叶片在加入气动阻力前后的振动衰减，形成振动衰减效果对比图。

2.根据权利要求1所述的变桨抗涡效果检测方法，其特征在于，所述对风力发电机的抗涡叶片的摆动瞬态过程进行流体动力学仿真计算，获取所述抗涡叶片在摆动方向上的气动阻力时序数据，包括：

以所述抗涡叶片的叶根摆幅和来流风速为试验因素，以所述抗涡叶片在摆动方向受到的气动阻力为响应，基于曲面响应法，制定流体动力学仿真方案；

建立所述抗涡叶片的流体动力学模型，以基于所述流体动力学仿真方案中的工况组合，获取所述抗涡叶片在摆动方向上的气动阻力时序数据；

所述工况组合包括所述抗涡叶片的叶根摆幅、来流风速所构成的因素水平组合。

3.根据权利要求2所述的变桨抗涡效果检测方法，其特征在于，所述建立所述抗涡叶片的流体动力学模型，以基于所述流体动力学仿真方案中的工况组合，获取所述抗涡叶片在摆动方向上的气动阻力时序数据，包括：

根据所述抗涡叶片的外形参数，沿叶片展向截取多个翼型截面；

将由所述风力发电机的塔筒涡振时引起所述抗涡叶片的摆动近似为刚性的往复转动，以根据所述抗涡叶片的方位角和每个所述翼型截面的展向位置以及叶根摆幅，计算出每个所述翼型截面的摆动幅度；

建立每个所述翼型截面的二维流体动力学模型，以计算出每个所述翼型截面的入流攻角；

基于动网格技术模拟各翼型截面的摆动过程，通过瞬态流体动力学计算，获取每个所述翼型截面在每个工况组合下的气动阻力数据；

将所有翼型截面的气动阻力数据沿叶片展向进行积分，获取所述抗涡叶片在摆动方向上的所述气动阻力时序数据。

4.根据权利要求2所述的变桨抗涡效果检测方法，其特征在于，所述建立所述抗涡叶片的流体动力学模型，以基于所述流体动力学仿真方案中的工况组合，获取所述抗涡叶片在摆动方向上的气动阻力时序数据，包括：

根据所述抗涡叶片的外形参数和来流风向，建立三维流体动力学模型，所述三维流体动力学模型包括内流场和外流场，所述内流场与外流场之间通过非共节点交接面实现数据传递；

通过滑移网格模型模拟由所述风力发电机的塔筒涡振时引起的抗涡叶片摆动；所述滑移网格模型的运动方式为往复摆动，摆动的中心为所述塔筒的底部中心；

根据所述抗涡叶片的摆动频率和每个工况组合下的叶根摆幅，构建所述滑移网格模型的角速度变化函数，通过瞬态流体动力学计算，获取所述抗涡叶片在摆动方向上的所述气动阻力时序数据。

5.根据权利要求4所述的变桨抗涡效果检测方法，其特征在于，所述三维流体动力学模型的截面为扇形，三维流体动力学模型的底部圆弧面的半径等于所述风力发电机的轮毂中心高度，并以塔筒底部为圆心；

所述内流场的顶部圆弧面的半径至少大于所述抗涡叶片的长度与所述轮毂中心高度之和；所述外流场两侧的扇形面分别设置为所述三维流体动力学模型的进口和出口。

6.根据权利要求3或4任一项所述的变桨抗涡效果检测方法，其特征在于，对所述气动阻力时序数据进行多元回归分析，确定叶根摆幅和来流风速对所述抗涡叶片的气动阻力的交互影响，构建所述抗涡叶片的气动阻力数学模型，包括：

利用正弦函数表述所述抗涡叶片在摆动方向上的气动阻力；

对所述流体动力学仿真方案中的工况组合进行多元回归分析，建立叶根摆幅和来流风速与所述正弦函数的振幅和振幅平移量之间的数学模型；

将所述叶根摆幅和来流风速与所述正弦函数的振幅和振幅平移量之间的数学模型，代入至所述正弦函数，获取所述气动阻力数学模型。