豪杰3000第5卷第4期2013年8月V01．5N o．4
A ug．2013
楼文娟罗罡杨伦黄铭枫
魔术网
(浙江大学建筑工程学院，杭州310058)
【摘要】本文根据已有的三维瞬态风场混合数值模拟方法，首先利用k—s湍流模型对风力发电机叶片周边的时均湍流场进行C FD数值模拟，用ESD U推荐的方法计算了叶片附近的R eynol ds应力张量，并修正叶片周边风场的脉动风功率谱密度函数。基于随机流场生成方法逐点模拟了叶片周边的三维脉动风速场，为今后进行叶片脉动荷载的求解奠定了基础。 我的忏悔【关键词】k—F湍流模型；三维脉动风速场；随机流场生成方法；混合模拟
【中图分类号】TP391．9：TK8【文献标识码】A【文章编号】1674—7461(2013)04—0010—05
什么是以火灭火>中岛敦
风能是一种分布广泛、清洁可再生的能源，风力发电在减轻环境污染方面有重要作用。风电技术的迅猛
发展使得未来风力发电机将向风轮直径更大的方向发展。这对风力发电机叶片的强度和刚度提出了更高的要求。风荷载是风力机结构设计中起主要控制作用的一种荷载，因此风力机叶片的风振响应分析十分重要。然而，受实验条件限制，目前无法有效地通过现场实测获得叶片的风荷载时程，因此，有必要利用数值方法模拟随机脉动风荷载，包括脉动风速场的随机模拟。
获得随机脉动风速场的方法有基于随机过程理论的数值模拟方法和计算流体动力学(C om put a．t i onal Fl ui d D ynam i cs)方法。杨伦、黄铭枫等¨o基于雷诺应力模型(R eynol ds St res s M odel)，发展了一种混合数值模拟方法，用于高层建筑周边瞬态风场的模拟。该方法首先通过C FD计算得到建筑附近流场的R eynol ds应力张量，并修正风功率谱。结合随机流场生成技术，逐点模拟建筑周边风场的脉动风速时程。然而，以往的研究仅将该方法应用于高层建筑等规则钝体，尚未涉及扭转变截面的复杂形体。本文以风力发电机叶片为例，对该方法在复杂形体上的适用性进行初步的探究。易手网
1计算流体动力学分析
计算流体动力学中常用的湍流数值模拟方法有直接数值模拟方法和非直接数值模拟方法。直接数值模拟方法就是直接求解瞬时N avi er-St okes方程，其最大优点是不需要对湍流进行简化或近似，理论上计算结果相对准确旧』。然而，D N S对内存和计算速度要求很高，目前还无法用于工程计算。非直接数值模拟方法中常用的主要有R eynol ds平均法和大涡模拟(L ar ge E ddy Si m ul at i on)。大涡模
拟把湍流的大涡和小涡分开处理，将大尺度涡旋运用N avi er—St okes方程直接求数值解，而小尺度涡的影响则通过建立模型来模拟。L E S对硬件的要求仍比较高，一般来说可以在高档个人计算机和工作站上进行。．
R eynol ds平均法的基本思想是放弃求解瞬时的N avi er．St okes方程，设法求解时均化的R eynol ds方程，通过某种模型将瞬态的脉动量在时均化的方程中体现出来。常用的湍流模型有I|}．s模型和R eyn—ol ds应力模型。而一占模型引入了关于湍流动能k和关于湍动耗散率占的方程。它并不直接处理Reynol ds 应力项，而是把湍流应力假定为湍动粘度的函数，求解的关键在于确定流场的湍动粘度。然而，J}一8模型假定湍动粘度是各向同性的，无法得到三个正交方向脉动风速之间的相关关系。R e ynol ds应力模型克服了上述缺点，直接建立Reynol ds应力输运方程并进行求解，能够得出各点的R eynol ds应力张
【基金项目】高等学校博士学科点专项科研基金博导类资助课题(20110101110046)【作者简介】楼文娟(1963一)，女，博士，教授。从事结构风工程研究。
