陣風效應對風力發電機在停機狀態下之氣動力數值模擬研究

Numerical study an Aerodynamics Effects of Gusting Winds on a wind Turbine During standstill

陳彥呈(Yan-Cheng Chen)

指導教授 ： 郭真祥

國立臺灣大學/工學院/工程科學及海洋工程學研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2011.10381

摘要

本研究主要利用計算流體力學方法模擬陣風效應對水平軸風力發電機氣動力性能之影響，藉以觀察在停機狀態下轉子在不同位置以及不同陣風大小下的受力差異。本研究計算所使用之風力發電機幾何資料是以Harakosan公司所製造之2MW三葉型水平軸風力發電機z72為模擬目標，針對均勻入流、風剖面入流以及陣風條件等不同的入流條件，利用CFD計算軟體FLUENT模擬風力發電機在停機狀態下之受力影響。其中紊流模型採用Spalart-Allmaras之方程式，計算時在入流方向設定速度變化，配合不同入流條件之設定，計算出風力發電機於不同旋轉角度之受力變化。計算結果發現風力發電機受力值在均勻入流條件較風剖面入流高約50%，而陣風入流條件計算結果顯示，當陣風係數越大，風力發電機所受之正向力越大，且與速度的平方成正比。

關鍵字

風力發電機 ； 水平軸 ； 風剖面 ； 陣風係數 ； 停機 ； 數值模擬

並列摘要

This study uses computational fluid dynamics (CFD) approach to simulate the effects of gusting winds on the aerodynamic performance of a horizontal axis wind turbine, specifically the forces acting on the turbine at standstill conditions with different gust factors and at rotational angles. The turbine goemetry adopted is a Harakosan z72 2MW three-bladed horizontal axis wind turbine. The inflow conditions chose for simulation are uniform inflow,logarithmic wind shear profile and gust condition, and the resulted aerodynamics loads are calculated by the FLUENT CFD software package by using the Spalart-Allmaras turbulence model. The results show that the wind loads on the turbine for uniform flow inflow condition exceed those of the logarithmic wind shear profile inflow condition by about 50%, while results under the gust inflow condition show that an increasing gust factor results in an incresase of the thrust on the wind turbine and the amount is proportional to the square of the inlet velocity.

並列關鍵字

wind turbine ； horizontal axis ； wind profile ； gust factor ； standstill ； numerical simulation

參考文獻

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