土木建筑工程学院辛大波团队(团队名称:风工程与防风减灾)在能源与力学领域顶级期刊Energy Conversion and Management(当年IF=10.4)发表了题为“Effects of blade number on the aerodynamic performance and wake characteristics of a small horizontal-axis wind turbine”的研究论文。土木建筑工程学院辛大波教授、张洪福副教授分别为该论文的通讯作者与第一作者。
小型水平轴风力机(SHAWT)在风能利用方面的应用越来越广泛。团队研究发现SHAWT不仅在低风速区域中表现出良好的能量收集效果,同时可通过其尾流涡流有效抑制钝体结构的大尺度展向旋涡,如可抑制桥梁主梁结构风致绕流的大尺度展向旋涡,减小涡激振动。鉴于此,研究团队探讨了SHAWT叶片参数对其尾流特性和发电效率的影响,以进一步提高其在风能利用和流动控制中的应用效率。
以风能收集效率为目标,研究团体提出了新型的NEFU 6518翼型设计,采用CFD数值模拟发现了三叶片风轮在各项指标上表现出最佳功率系数。在尾流特性方面,叶片数量对尾流宽度、速度分布和涡流结构产生显著影响。随着叶片数量的增加,尾流宽度扩大,速度亏损和湍流强度明显增强,尾流速度的恢复速率显著加快。此外,研究发现尾流中的涡流特性和湍流强度对结构的抗风减振效果具有重要意义。例如,在桥梁等结构工程中布设风机阵列可以利用尾流涡流削弱结构展向涡流效应,从而减小涡激作用,提高结构风致作用稳定性。这一多功能应用将风力发电与工程风效应抑制相结合,拓宽了风力机的使用场景。研究结果不仅为未来风电技术的改进提供了理论依据,还展示了其在新能源利用与工程抗风一体化方面的应用潜力。