【摘要】： 隨著越來越嚴(yán)重的環(huán)境污染問題的出現(xiàn)和化石燃料有限儲量減少的雙重危機的日益加深,人類對可再生能源的開發(fā)和利用變得無比迫切�，F(xiàn)有風(fēng)能利用技術(shù)的快速發(fā)展已使風(fēng)能成為目前最重要的一種可再生資源�，F(xiàn)有的風(fēng)能轉(zhuǎn)化系統(tǒng)大部分將風(fēng)能通過風(fēng)力機裝置轉(zhuǎn)化為機械能,然后通過電機轉(zhuǎn)化為電能,通常風(fēng)力機按風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸在空間的方向,分為水平軸風(fēng)力機(Horizontal Axis Wind Turbine簡稱為HAWT)和立軸風(fēng)力機(Vertical Axis Wind Turbine簡稱為VAWT)兩大類,今天的VAWTs以Darrieus形式得到聞名。 考慮VAWT旋轉(zhuǎn)對雷諾數(shù)的影響,局部紊流情況下葉片的動態(tài)失速效應(yīng),引入風(fēng)剪效應(yīng)對氣動效率的影響,結(jié)合基于動量原理的雙多流管氣動模型,建立起獲取VAWT風(fēng)輪的風(fēng)能利用系數(shù)、功率和氣動載荷的理論方法。 對于VAWTs,獲取準(zhǔn)確的Campbell圖對于結(jié)構(gòu)設(shè)計起主導(dǎo)作用。結(jié)合有限元程序ABAQUS 6.5.1,考慮葉片梁單元陀螺效應(yīng)(科氏力)和氣動彈性效應(yīng),采用大型特征值求解方法獲取VAWT的特征頻率和振型。對于拉索系統(tǒng),其對于風(fēng)輪頂端的約束剛度和自身的振動特性受拉索的截面積、質(zhì)量、垂度、預(yù)緊張力等因素的綜合影響,拉索截面尺寸和預(yù)緊張力的確定不能從其中的某個單一因素確定拉索參數(shù),它是一個循環(huán)確定過程。本文初步確定出拉索的截面尺寸和預(yù)緊張力,然后對風(fēng)輪頂端的偏移量和拉索自身的動態(tài)特性進行分析,在滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計之前對拉索的截面尺寸、預(yù)緊張力和垂度進行不斷調(diào)整,使拉索滿足各個影響因素綜合要求。本文將提出一種結(jié)合有限元分析方法來確定拉索截面積和預(yù)緊張力。根據(jù)1MW VAWT結(jié)構(gòu)初步設(shè)計,選取初步的幾何參數(shù),考慮風(fēng)剪效應(yīng),采用本文中的氣動理論對1MW VAWT進行了氣動評價,確定1MW VAWT合適的密實度、尖速比,進而選定合理的額定風(fēng)速和額定轉(zhuǎn)速,并確定風(fēng)輪外載隨旋轉(zhuǎn)方位角的變化規(guī)律。通過氣動分析得到的氣動載荷,結(jié)合拉索結(jié)構(gòu)分析方法確定1MW VAWT拉索的截面積和預(yù)緊張力,然后簡化拉索對風(fēng)輪頂端的約束,對風(fēng)輪進行結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析,獲取風(fēng)輪隨轉(zhuǎn)速的動態(tài)特征頻率的變化,獲取風(fēng)輪的Campbell圖,為進一步的VAWT設(shè)計服務(wù)。
【圖文】：

并且由于受到 Georges J. M. Darrieus 的啟發(fā)，VAWT 的新形式也層出不窮（見圖1.1）。圖 1.1 立軸風(fēng)力機的新形式Figure1.1 New types of Vertical Axis Wind Turbine我們相信，立軸風(fēng)力機的商業(yè)化到目前為止做得最好的國家是美國和加拿大。以美國為例，由于 1973 年阿拉伯國家的石油禁運問題，美國開始尋求一種本土的資源作為能源補充，在美國聯(lián)邦政府的支持下，有著悠久歷史的風(fēng)能引起人們的廣泛興趣。受美國原子能機構(gòu)（Atomic Energy Commission）和能源部（DOE）委托，美國國家重點實驗室 Sandia 開始著手商業(yè)化風(fēng)力機的研制工作，就在這個期間，加拿大人分享了他們再發(fā)明 Darrieus 形式 VAWT 的研究成果，這樣早期的風(fēng)力機興趣就集中在 VAWT 的研制上。在 sandia 成功地在屋頂上安裝了一臺直徑為 5 米的實驗樣機兩年后，sandia開發(fā)了第二臺安裝在地面上更大的樣機，，直徑為 17 米。與此同時

輪的完整理論是由德國哥廷根研究所的貝茨建立的。雖然風(fēng)力機的，但對于立軸風(fēng)機也適用。假設(shè)風(fēng)輪是理想的，也就是說沒有輪毅，而葉片數(shù)是無窮的氣流沒有阻力。因此這是一個純粹的能量轉(zhuǎn)換器。此外輪掃掠面上的氣流是均勻的，氣流速度的方向無論在風(fēng)輪著風(fēng)輪軸線的。輪的氣流模型如下圖所示，1V 是風(fēng)輪上游的風(fēng)速；V 是通輪下游的風(fēng)速。通過風(fēng)輪的氣流上游截面為1S ，下游截面的能量是由風(fēng)能轉(zhuǎn)化得到的．所以2V 必定小于1V ，因而上游至下游是增加的，即2S 大于1S 。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TK83

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 張婷婷;王紅霞;代澤兵;;垂直軸風(fēng)力機結(jié)構(gòu)振動特性研究[J];華東電力;2009年03期

2 黃飛;陳蘭;;小型S型風(fēng)力機的間隙比的設(shè)計[J];華章;2012年24期

3 鄭源;司佳鈞;黃建軍;趙振宙;丁遙;;垂直軸風(fēng)力機塔柱結(jié)構(gòu)的分析及優(yōu)化[J];排灌機械工程學(xué)報;2011年03期

4 陳嚴(yán);王小虎;劉雄;葉枝全;吳濤;;水平軸風(fēng)力機葉片穩(wěn)態(tài)失速氣動阻尼分析[J];太陽能學(xué)報;2011年09期

5 韓非非;席德科;任棟;;用多流管模型預(yù)測達里厄型垂直軸風(fēng)力機性能[J];太陽能學(xué)報;2011年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 張凱;兆瓦級Darrieus型立軸式風(fēng)力機氣動性能評價和結(jié)構(gòu)動特性研究[D];重慶大學(xué);2010年

2 祝賀;直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機組數(shù)學(xué)模型及并網(wǎng)運行特性研究[D];沈陽工業(yè)大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙煒;低風(fēng)速啟動垂直軸風(fēng)力機的性能研究[D];昆明理工大學(xué);2010年

2 劉同平;垂直軸阻力型風(fēng)力機氣動特性分析及優(yōu)化設(shè)計[D];重慶大學(xué);2011年

3 邱天;達里厄型風(fēng)機結(jié)構(gòu)分析[D];重慶大學(xué);2008年

4 王巧紅;小型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪的優(yōu)化設(shè)計[D];鄭州大學(xué);2009年

5 金雪紅;直葉片垂直軸風(fēng)力機風(fēng)輪氣動性能預(yù)估[D];西安理工大學(xué);2010年

6 陳衛(wèi)勇;基于CFD數(shù)值模擬的垂直軸風(fēng)力機氣動設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 孫亮;垂直軸風(fēng)力機的氣動及結(jié)構(gòu)強度一體化設(shè)計研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

8 劉明;垂直軸風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪效率多參數(shù)研究[D];鄭州大學(xué);2012年

9 徐浩;鐵路貨車專用小型風(fēng)力發(fā)電機研究設(shè)計[D];中南大學(xué);2012年

10 方程;基于渦流理論的立軸風(fēng)力機氣動特性分析[D];華北電力大學(xué);2012年

本文編號：2657485