柯世堂　董依帆

摘要： 強(qiáng)風(fēng)停機(jī)狀態(tài)下葉片位置會(huì)顯著影響風(fēng)力機(jī)塔架的繞流及穩(wěn)定性能，尤其在沙塵暴極端天氣條件下，沙粒的附著也會(huì)影響風(fēng)的湍流特征并對(duì)塔架產(chǎn)生附加沖擊力，現(xiàn)有工作均缺乏風(fēng)?沙耦合作用對(duì)大型風(fēng)力機(jī)體系氣動(dòng)性能及結(jié)構(gòu)響應(yīng)的探索。以南京航空航天大學(xué)自主研發(fā)的5 MW水平軸風(fēng)力機(jī)體系為對(duì)象，以風(fēng)?沙雙向耦合算法為核心，基于CFD技術(shù)分別采用連續(xù)相和離散相模型進(jìn)行典型風(fēng)場(chǎng)和沙粒組合的同步迭代模擬?？紤]葉片單個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)8個(gè)停機(jī)位置，對(duì)比分析了風(fēng)力機(jī)塔架表面等效壓力系數(shù)和氣動(dòng)載荷分布特性;結(jié)合有限元方法系統(tǒng)探討了不同停機(jī)位置下風(fēng)力機(jī)體系動(dòng)力特性、風(fēng)?沙致結(jié)構(gòu)響應(yīng)和屈曲穩(wěn)定性能。研究表明：風(fēng)?沙耦合環(huán)境下沙粒在風(fēng)力機(jī)塔架迎風(fēng)面底部產(chǎn)生的荷載效應(yīng)最為顯著，部分區(qū)域沙致壓力系數(shù)可達(dá)0.55，沙粒沖擊荷載與風(fēng)荷載的比值最高可達(dá)23.7%;不同停機(jī)位下風(fēng)荷載均對(duì)塔架結(jié)構(gòu)響應(yīng)起主導(dǎo)作用，但沙粒沖擊作用在塔架底部的放大效應(yīng)不可忽視。

關(guān)鍵詞： 大型風(fēng)力機(jī)體系; 風(fēng)?沙耦合環(huán)境; 結(jié)構(gòu)響應(yīng); CFD數(shù)值模擬; 停機(jī)位置

中圖分類號(hào)： TK83??? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A??? 文章編號(hào)： 1004-4523（2021）01-0060-12

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.01.007

引? 言

中國西部風(fēng)能資源充沛，然而此地區(qū)戈壁沙漠面積廣大，沙粒受到近地邊界層風(fēng)場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)，在一定高度范圍內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)^[1?2];同時(shí)，沙粒的附著也會(huì)影響風(fēng)的湍流特征并對(duì)風(fēng)力機(jī)體系產(chǎn)生附加沖擊力，兩者之間相互耦合并發(fā)生能量遷移^[3]，使得沙粒以較大速度沖擊至風(fēng)力機(jī)表面，形成附加荷載及風(fēng)蝕效應(yīng)^[4]。在沙塵暴極端天氣條件下，風(fēng)力機(jī)組一般處于停機(jī)狀態(tài)，此時(shí)葉片不同停機(jī)位置將顯著影響整個(gè)風(fēng)力機(jī)塔架?葉片耦合體系的氣動(dòng)力分布和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能^[5]。因此，對(duì)風(fēng)?沙耦合環(huán)境下大型風(fēng)力機(jī)體系氣動(dòng)性能及結(jié)構(gòu)響應(yīng)開展探索性研究具有重要的工程與理論意義。

大型風(fēng)力機(jī)體系屬于典型的風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有研究主要集中在流場(chǎng)作用機(jī)理、結(jié)構(gòu)氣動(dòng)力分布^[6]、氣彈耦合效應(yīng)^[7]和體系風(fēng)致響應(yīng)特性^[8]等內(nèi)容。針對(duì)風(fēng)?沙環(huán)境下風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)性能研究較少，文獻(xiàn)[9]通過低角度加速?zèng)_蝕磨損試驗(yàn)研究了風(fēng)沙環(huán)境下不同速度、沖角對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的沖刷磨損行為特性，分析發(fā)現(xiàn)葉片涂層的沖蝕磨損量隨著沖蝕速度的增大而增加;文獻(xiàn)[10]采用虛擬風(fēng)洞的方法研究了風(fēng)沙環(huán)境下模型風(fēng)輪的轉(zhuǎn)矩特性，獲得了風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨沙塵顆粒粒徑和體積分?jǐn)?shù)變化的規(guī)律，分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩隨沙塵體積分?jǐn)?shù)的增大先增大后減小，隨沙塵顆粒直徑的增大，先增大后減小，最后趨于平穩(wěn);綜上所述，風(fēng)?沙環(huán)境對(duì)于風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的影響不可忽略，尤其對(duì)于沙塵暴極端天氣下大型風(fēng)力機(jī)體系的風(fēng)?沙耦合作用效應(yīng)缺乏定量和定性的研究。此外，國內(nèi)外風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)^[11?15]也尚未考慮此類極端環(huán)境下風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)和結(jié)構(gòu)性能評(píng)估。

鑒于此，本文以南京航空航天大學(xué)自主研發(fā)的5 MW水平軸三葉片風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象，基于風(fēng)?沙雙向耦合算法，分別采用連續(xù)相和離散相模型進(jìn)行典型風(fēng)場(chǎng)和沙粒組合的同步迭代模擬。在此基礎(chǔ)上主要研究：（1）不同停機(jī)位置下風(fēng)力機(jī)塔架表面沙致壓力系數(shù)和氣動(dòng)載荷分布特性;（2）不同停機(jī)位置下風(fēng)力機(jī)體系動(dòng)力特性、風(fēng)?沙致結(jié)構(gòu)響應(yīng)和屈曲穩(wěn)定性能。研究結(jié)論可為此類極端天氣條件下大型風(fēng)力機(jī)風(fēng)?沙沖擊荷載取值和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

1 風(fēng)-沙雙相耦合算法

1.1 沙塵暴等級(jí)劃分與風(fēng)沙流密度

中國西北地區(qū)沙塵暴天氣頻發(fā)，主要集中在春季4至5月，其發(fā)生時(shí)間集中、頻率高、強(qiáng)度大。根據(jù)探空資料，沙塵暴發(fā)生時(shí)形成的沙塵壁高達(dá)300 m，沙塵暴影響高度在2100 m以內(nèi)^[16?17]。沙塵暴天氣根據(jù)最大風(fēng)速和最小能見度劃分為四個(gè)等級(jí)，如表1所示。本文選取中級(jí)沙塵暴天氣典型風(fēng)速18 m/s風(fēng)場(chǎng)計(jì)算風(fēng)速，雙相耦合迭代算法中沙粒粒徑取為1 mm^[18]。

2 數(shù)值模擬

2.1 工況設(shè)置

表2給出了南京航空航天大學(xué)自主研發(fā)的5 MW上風(fēng)型水平軸三葉片風(fēng)力機(jī)主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)及模型示意圖，其中塔架為通長(zhǎng)變厚度結(jié)構(gòu)，頂壁厚40 mm，底壁厚90 mm;葉片傾角為5°，切出風(fēng)速25 m/s，各葉片之間成120°夾角，沿周向均勻分布，葉片長(zhǎng)度為60 m，沿翼展各葉素截面的詳細(xì)參數(shù)如表3所示;機(jī)艙尺寸為18 m×6 m×6 m，分別對(duì)應(yīng)長(zhǎng)、寬、高方向。根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)依次建立塔架、葉片和機(jī)艙等部件，通過布爾運(yùn)算形成大型風(fēng)力機(jī)三維實(shí)體模型。

該風(fēng)力機(jī)位于B類地貌，根據(jù)葉片與塔架的相對(duì)位置，考慮到三葉片體系旋轉(zhuǎn)過程中存在的周期性，定義葉片與塔架完全重合時(shí)為工況1，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°為一個(gè)工況共計(jì)8個(gè)。此外定義工況1中與塔架完全重合的葉片編號(hào)為Ⅰ，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別為葉片Ⅱ和葉片Ⅲ。不同工況下風(fēng)力機(jī)葉片單周期旋轉(zhuǎn)方向如圖1所示。

2.2 計(jì)算域設(shè)置

如圖2所示，本文研究的風(fēng)力機(jī)均處于0°來流風(fēng)向角下。為保證風(fēng)力機(jī)尾流能夠充分發(fā)展，計(jì)算域尺寸設(shè)置為12D×5D×5D（流向X×展向Y×豎向Z，D為風(fēng)輪直徑），風(fēng)力機(jī)置于距離計(jì)算域入口3D處。為兼顧計(jì)算效率與精度，同時(shí)考慮到葉片表面扭曲復(fù)雜，網(wǎng)格劃分采用混合網(wǎng)格離散形式，將整個(gè)計(jì)算域劃分為局部加密區(qū)域和外圍區(qū)域。局部加密區(qū)域內(nèi)含風(fēng)力機(jī)模型，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分，外圍區(qū)域形狀規(guī)整，采用高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分。

為確保數(shù)值模擬結(jié)果的可信度，本文增加了網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，表4給出了不同網(wǎng)格方案下網(wǎng)格質(zhì)量和迎風(fēng)面壓力系數(shù)。由表4可知，隨著網(wǎng)格總數(shù)的增加，網(wǎng)格質(zhì)量逐漸增加，網(wǎng)格歪斜度和迎風(fēng)面風(fēng)壓系數(shù)呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，而840萬網(wǎng)格數(shù)和1100萬網(wǎng)格數(shù)的網(wǎng)格質(zhì)量和計(jì)算結(jié)果無明顯差異，綜合計(jì)算精度和效率，本文選取840萬網(wǎng)格總數(shù)的方案。計(jì)算域及具體的網(wǎng)格劃分如圖2所示。

計(jì)算域左側(cè)和頂部邊界條件為速度入口，右側(cè)為壓力出口，數(shù)值計(jì)算采用3D單精度、分離式求解器，流場(chǎng)流速為絕對(duì)速度，空氣模型等效為理想不可壓縮流體，計(jì)算域入口采用冪指數(shù)為0.15的風(fēng)廓線模型，離地10 m高度處的風(fēng)速設(shè)置18 m/s，采用SIMPLEC算法實(shí)現(xiàn)速度與壓力之間的耦合，對(duì)流項(xiàng)求解格式為二階，計(jì)算過程中設(shè)置了網(wǎng)格傾斜校正以提高混合網(wǎng)格計(jì)算效果，控制方程的能量計(jì)算殘差設(shè)置為1×10^-6，最后初始化風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行迭代計(jì)算。圖3給出了平均風(fēng)速、湍流度剖面模擬結(jié)果與理論值的對(duì)比曲線，結(jié)果表明平均風(fēng)速和湍流度剖面均與理論值吻合良好。圖4給出了8種工況下塔架30 m高度環(huán)向壓力系數(shù)分布圖?？芍鞴r平均風(fēng)壓系數(shù)分布曲線的負(fù)壓極值點(diǎn)和分離點(diǎn)對(duì)應(yīng)角度與規(guī)范曲線^[11]一致，迎風(fēng)和側(cè)風(fēng)區(qū)域風(fēng)壓系數(shù)數(shù)值吻合較好，僅在背風(fēng)區(qū)負(fù)壓系數(shù)略大于規(guī)范值，對(duì)比結(jié)果驗(yàn)證了風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬的有效性。

2.3 沙粒沖擊荷載

采用式（6）分別進(jìn)行8種工況下風(fēng)力機(jī)塔架、葉片沙荷載計(jì)算，圖5?6分別給出了各葉片、塔架沙荷載。由圖可知：風(fēng)力機(jī)不同葉片沙荷載分布呈現(xiàn)不同的規(guī)律，葉片Ⅰ沙荷載隨葉片高度增加先減小后增大;葉片Ⅱ沙荷載隨高度增加先增加后減小，且在工況5（60°）達(dá)到極大值;葉片Ⅲ沙荷載隨高度減小先減小后增大。

式中n為單位時(shí)間內(nèi)撞擊某區(qū)域的沙粒數(shù)量，F（τ）為單個(gè)沙粒對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊力，F_W為該區(qū)域風(fēng)荷載。表5給出了沿塔架子午向高度風(fēng)、沙荷載比值，可以發(fā)現(xiàn)：不同葉片停機(jī)位置對(duì)風(fēng)力機(jī)塔架表面沙荷載分布影響較大，但均在（0?0.05）H高度范圍內(nèi)產(chǎn)生該工況下極大沙荷載，工況1，2沙荷載沿高度分布呈現(xiàn)較為明顯的變化趨勢(shì)，其隨高度的變化先減小后增大再減小;其余工況沙荷載在塔架0.1H高度以上分布較為一致。

2.4 沙致壓力系數(shù)

為定量比較不同停機(jī)位置下風(fēng)力機(jī)塔筒表面壓力分布，定義斷面風(fēng)壓系數(shù)、沙致壓力系數(shù)、等效壓力系數(shù)，如下式所示：

式中C_pi為i點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù);P_i為測(cè)點(diǎn)平均壓力（Pa）;P_H為參考高度處遠(yuǎn)前方的靜壓（Pa）;ρ為空氣密度，本文數(shù)值模擬過程中均取1.225 kg/m³;V_H為參考高度處遠(yuǎn)前方的平均風(fēng)速;C_psi為i點(diǎn)的沙致壓力系數(shù);n為單位時(shí)間內(nèi)撞擊某區(qū)域的沙粒數(shù)量;F（τ）為單個(gè)沙粒對(duì)結(jié)構(gòu)的沖擊力;S為計(jì)算區(qū)域面積;C_pei為i點(diǎn)的等效壓力系數(shù)。

其等效思路為：①將表面各監(jiān)控點(diǎn)沙粒撞擊荷載轉(zhuǎn)化成沙致壓強(qiáng);②計(jì)算監(jiān)控點(diǎn)沙致壓強(qiáng)與對(duì)應(yīng)參考高度處風(fēng)壓比值，即沙壓系數(shù);③將風(fēng)壓系數(shù)與轉(zhuǎn)化后的沙致壓力系數(shù)相加，得到等效壓力系數(shù)。等效壓力系數(shù)可作為等效目標(biāo)，定量比較不同停機(jī)位下風(fēng)力機(jī)塔架所受風(fēng)?沙耦合作用大小。

考慮沙粒著點(diǎn)分布特性及葉片與塔架之間的氣動(dòng)干擾效應(yīng)，選取塔架未干擾區(qū)段沙粒分布密度差異較大，干擾區(qū)段塔架與葉片重合面積不同的2個(gè)斷面為典型斷面。圖7?9給出各工況下風(fēng)力機(jī)塔架4個(gè)典型斷面風(fēng)壓系數(shù)、沙致壓力系數(shù)、等效壓力系數(shù)對(duì)比曲線，分析可知：1）未干擾區(qū)（0.025H，0.30H）塔架斷面呈現(xiàn)良好的對(duì)稱性;顯著干擾區(qū)（0.70H，0.90H）塔架斷面工況1，2，3，6等效壓力系數(shù)、風(fēng)壓系數(shù)分布曲線不再保持對(duì)稱，塔架迎風(fēng)面中心點(diǎn)處呈現(xiàn)負(fù)壓。2）不同工況下塔架0.025H高度塔架斷面迎風(fēng)面兩側(cè)0°?60°范圍內(nèi)等效壓力系數(shù)與風(fēng)壓系數(shù)差異明顯，沙致壓力系數(shù)最高可達(dá)0.549;其余典型斷面（0.30H，0.70H，0.90H）等效壓力系數(shù)與風(fēng)壓系數(shù)的數(shù)值和分布規(guī)律基本一致。

3 響應(yīng)分析

3.1 有限元建模及動(dòng)力特性

以圖1顯示的8個(gè)風(fēng)力機(jī)不同停機(jī)位的計(jì)算工況為例，本文基于大型通用有限元分析軟件ANSYS建立大型風(fēng)力機(jī)塔架?葉片一體化有限元模型如圖10所示，塔架和葉片采用Shell63單元，機(jī)艙采用Beam189單元，環(huán)基采用Solid65單元。建立模型后采用Block Lanczos方法求解風(fēng)力機(jī)自振頻率和振型^[22?23];同時(shí)，為確保有限元分析的可信度，本文增加了網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，如表6給出了工況1下、不同網(wǎng)格方案下風(fēng)力機(jī)基頻。由表可知，隨著網(wǎng)格總數(shù)的增加，風(fēng)力機(jī)基頻呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，而4680網(wǎng)格數(shù)和6240網(wǎng)格數(shù)的計(jì)算結(jié)果無明顯差異，綜合計(jì)算精度和效率，本文選取網(wǎng)格總數(shù)為4680的方案。

圖11給出了不同停機(jī)位置下風(fēng)力機(jī)模型前100階模態(tài)固有頻率分布曲線及工況2?8相較于工況1風(fēng)力機(jī)有限元模型基頻的增/減量，可以看出大型風(fēng)力機(jī)葉片?塔架耦合模型基頻均較小，僅為0.138 Hz左右，且各模態(tài)之間頻率間隔很小。葉片不同停機(jī)位置主要影響風(fēng)力機(jī)體系的低階固有頻率，各工況低階頻率出現(xiàn)較小的差別，高階頻率基本一致?？梢娡C(jī)狀態(tài)下葉片不同位置對(duì)風(fēng)力機(jī)體系的頻率和振型影響微弱，低階振型主要以葉片帶動(dòng)機(jī)艙及塔架進(jìn)行前后揮舞和左右擺動(dòng)，高階模態(tài)出現(xiàn)塔架及葉片本身的結(jié)構(gòu)變形和失穩(wěn)形態(tài)，如圖12所示。

3.2 塔架響應(yīng)

圖13?14給出了不同工況下塔架風(fēng)致徑向位移響應(yīng)、風(fēng)?沙致徑向位移響應(yīng)分布圖。由圖可得：葉片不同停機(jī)位置塔架主要影響塔架中上部位移，沙粒沖擊作用則主要影響塔架中下部位移。徑向位移隨著塔架高度的增加而逐漸增大，最大正負(fù)位移均出現(xiàn)在塔頂處0°和180°位置;不同停機(jī)位置下塔架位移極值在迎風(fēng)面和背風(fēng)面的分布范圍不同，極值區(qū)域隨葉片與塔架位置相對(duì)干涉作用增大而增大;工況1葉片完全遮擋塔架，塔架頂部位移出現(xiàn)“逆向效應(yīng)”，沙粒沖擊作用放大，塔架頂部風(fēng)?沙致位移為負(fù)。

為對(duì)比葉片位置停機(jī)位置、沙粒沖擊作用引起塔架底部彎矩值的差異，分別以工況1在凈風(fēng)、風(fēng)?沙共同作用下響應(yīng)值作為初始狀態(tài)，將各工況下塔底內(nèi)力響應(yīng)值與之作差，得到塔架風(fēng)致內(nèi)力響應(yīng)特征值、風(fēng)?沙致內(nèi)力響應(yīng)特征值;再將風(fēng)致、風(fēng)?沙致內(nèi)力響應(yīng)值作差，得到沙致響應(yīng)特征值。

如圖15所示：塔底徑向彎矩只在0°，10°，70°以及320°位置出現(xiàn)差異，工況2在0°位置數(shù)值相差最大達(dá)到146.82 N·m;風(fēng)致塔底徑向彎矩與風(fēng)?沙致環(huán)向彎矩在迎風(fēng)面差異顯著，沙致塔底徑向彎矩最高達(dá)12.78 N·m;背風(fēng)面環(huán)向彎矩呈左右對(duì)稱，風(fēng)致響應(yīng)與風(fēng)?沙致響應(yīng)分布基本一致，沙粒主要沖擊塔架迎風(fēng)面左右60°，沙致彎矩響應(yīng)極值均出現(xiàn)在0°位置，背風(fēng)面及側(cè)風(fēng)面可忽略沙粒沖擊作用。

3.3 屈曲穩(wěn)定性分析

圖16給出了不同工況下風(fēng)力機(jī)塔架?葉片耦合體系屈曲位移和臨界風(fēng)速對(duì)比示意圖。對(duì)比可知：1）葉片停機(jī)位置對(duì)整體結(jié)構(gòu)屈曲失穩(wěn)時(shí)最大位移影響顯著，隨葉片對(duì)塔架遮擋面積的減小最大位移逐漸增大，在工況5時(shí)達(dá)到峰值;2）風(fēng)與風(fēng)?沙耦合作用下臨界風(fēng)速、屈曲最大位移分布曲線規(guī)律基本一致，風(fēng)?沙耦合作用使得臨界風(fēng)速略微增大;工況3對(duì)應(yīng)的臨界風(fēng)速最低，工況5對(duì)應(yīng)的臨界風(fēng)速最高。

4 結(jié)? 論

本文系統(tǒng)探討了風(fēng)?沙耦合環(huán)境下大型風(fēng)力機(jī)體系氣動(dòng)力和結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性，主要涉及風(fēng)?沙雙向耦合數(shù)值模擬、風(fēng)荷載分布與風(fēng)致響應(yīng)特性、沙荷載分布與沙致響應(yīng)特性、風(fēng)?沙致等效荷載及其效應(yīng)等。得到如下主要結(jié)論：

1）不同葉片停機(jī)位置對(duì)風(fēng)力機(jī)塔架表面沙荷載分布影響較大，但均在（0?0.05）H高度范圍內(nèi)產(chǎn)生該工況下極大沙荷載，工況6（75°）下該高度范圍內(nèi)沙荷載與風(fēng)荷載比值達(dá)23.70%;且隨高度增加，沙荷載與風(fēng)荷載比值逐漸減小。

2）不同工況下沙粒撞擊位置主要集中在塔架0.6H（未干擾段）高度以下，集中于迎風(fēng)區(qū)域兩側(cè)各60°范圍，沙致壓力系數(shù)最大值為0.549，發(fā)生在工況4的塔架底部迎風(fēng)面?？紤]葉片停機(jī)位置影響時(shí)，葉片遮擋效應(yīng)對(duì)塔架中上部位移影響顯著，沙粒沖擊作用則加大塔架中下部位移。

3）塔架徑向位移分布規(guī)律差異較大，工況1（葉片完全遮擋）徑向位移對(duì)沙粒沖擊作用敏感，徑向位移隨著塔架高度的增加而逐漸增大，最大正負(fù)位移均出現(xiàn)在塔頂處0°和180°位置。沙致彎矩響應(yīng)極值均出現(xiàn)在0°位置，總體分布大致呈左右對(duì)稱，背風(fēng)面及側(cè)風(fēng)面可忽略沙粒沖擊作用。

參考文獻(xiàn)：

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Abstract： The position of the blades in a strong wind-off state will significantly affect the flow around wind turbine towers and stability of them. Especially in the extreme weather conditions of sandstorms， the adhesion of sand will also affect the turbulence characteristics of the wind and generate additional impact force on the tower. The existing researches lack the exploration of wind-sand coupling effect to explore the aerodynamic performance and structural response of large-scale wind turbines. Taking the 5 MW horizontal-axis wind turbine system independently developed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics as the object and wind-sand-wave two-way coupling algorithm as the core， the simultaneous iterative simulation of the typical wind field and sand combination is performed on the continuous phase and discrete phase model respectively by CFD technology. Considering the eight stop positions in a single rotation cycle of the blade， the equivalent pressure coefficient and the aerodynamic load distribution characteristics are compared and analyzed. Then combined with the finite element method， the dynamic characteristics， wind-sand induced structural response and buckling stability of the wind turbine system at different stopping positions are discussed. The results show that the load effect of sand particles on the windward surface of wind turbine tower is the most significant under the wind-sand coupling environment. The pressure coefficient of sand in some regions can reach 0.55， and the ratio of sand impact load to wind load can reach 23.7%. The wind load under different stand positions plays a dominant role in the response of the tower structure， but the effect of sand impact on the bottom of the tower cannot be ignored.

Key words： large wind turbine system; wind-sand coupling environment; structural response; CFD numerical simulation; stop position

作者簡(jiǎn)介： 柯世堂（1982-），男，博士，教授。電話：13621581707; E-mail： keshitang@163.com