技术|Technology62风能WindEnergy大型风电机组塔筒涡激振动特性与防振方法数值仿真研究*文|曲春明，董笑宇，葛文澎，苗得胜随着风电技术的持续进步,风电机组呈现出大型化的发展趋势。为了获得更优质的风能资源,同时满足大直径风轮的安装需求,风电机组的塔筒高度不断提升（最高塔筒目前已超过160m）,由此也导致了塔筒的柔性增加。在环境风速的作用下,塔筒两侧容易形成周期性的脱落涡,产生周期性升力载荷,从而引起塔筒的涡激振动,特别是对于高柔性塔筒的弹性体,当泄涡频率与塔筒固有频率接近或相等时,便会引发涡激共振,使塔筒出现大幅度振动,造成疲劳破坏1,2。根据结构特点,可以将塔筒简化为圆柱体。截至当前,对于圆柱涡激振动的研究已持续多年。其中,Williamson和Feng等3-8开展的模型试验成为早期圆柱涡激振动特性研究的重要参考成果。此后,CFD技术的快速发展加快了数值模拟在该方面的应用。例如,文献9通过数值仿真的方法对两种典型质量比圆柱的涡激振动特性进行了对比研究,结果显示,低质量比圆柱在锁定区间内较高质量比圆柱呈现出更复杂的双向耦合规律,同时也证实了“拍”现象的出现与质量比并没有直接关系。文献10研究了质量比对串列双圆柱涡激振动特性和尾流场结构的影响,与单圆柱相比,双圆柱除了串列下游圆柱横流向振幅有所增大外,并没有其他与单圆柱不同的规律。文献11,12分别对圆柱双自由度耦合振动特性进行了研究,获得了圆柱随约化速度增加而依次出现的不同形状振动轨迹。文献13研究了限制流向与否对圆柱横流向振幅的影响,结果表明,不限制流向时圆柱横流向最大振幅增大,同时锁定区间也有所延后。文献14对圆柱涡激振动的研究成果进行了总结综述,主要关注圆柱发生涡激振动后的尾流模态与响应分支间的关系,以及影响圆柱涡激振动的关键因素。然而,目前针对圆柱涡激振动的研究大多集中于低质量比（m*=2～10）、低雷诺数（Re=102～105）,并且通常为二维简化仿真,对于形*基金项目：国家重点研发计划重点专项“风力发电复杂风资源特性研究及其应用与验证”（2018YFB1501100）1:袁方正,袁德奎,曾攀,等.单自由度圆柱涡激振动特性及其影响因素分析[J].中国海洋大学学报（自然科学版）,2020,50（8）：115－122.2:曹必锋,贾娇.水平轴风力机塔筒涡激共振疲劳分析[J].水电能源科学,2014,32（6）：134－137.3:KhalakA,WilliamsonCHK.Dynamicsofahydroelasticcylinderwithverylowmassanddamping[J].JournalandFluidsandStructures,1996,10：455－472.4:Khalark...
