【摘要】：風(fēng)力發(fā)電機(jī)是通過風(fēng)獲得能量的一種設(shè)備。由于風(fēng)本身多變的特性，風(fēng)力機(jī)時常在惡劣的環(huán)境中工作。風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行中會經(jīng)常遭遇大風(fēng)、陣風(fēng)等不良天氣。由于風(fēng)荷載的脈動性和風(fēng)力機(jī)自身的柔性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，誘使風(fēng)力機(jī)產(chǎn)生振動，由大風(fēng)引起的風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)破壞時有發(fā)生。因此，人們迫切需要對風(fēng)力機(jī)整機(jī)進(jìn)行分析，風(fēng)力機(jī)整機(jī)分析的基礎(chǔ)是研究風(fēng)力機(jī)整機(jī)的流場特性和結(jié)構(gòu)動力特性。 本文主要研究以下兩個方面： 第一個方面是用計算流體動力學(xué)(CFD)來模擬風(fēng)力機(jī)外部流場。首先概述計算流體動力學(xué)的基本數(shù)學(xué)、力學(xué)理論基礎(chǔ)。然后簡單介紹了CFD商用軟件Fluent的特點(diǎn)。最后通過Fluent對一33kW水平軸風(fēng)力機(jī)在三種不同來流風(fēng)速下的繞流流場進(jìn)行了三維定常數(shù)值模擬。根據(jù)模擬結(jié)果分析葉片不同截面處的靜壓分布和速度分布，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做了對比。結(jié)果表明:在三維旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，葉片的低壓區(qū)均主要集中在吸力面的上半部分，高壓區(qū)主要集中在壓力面葉片上半部靠近前緣的部分；隨著來流風(fēng)速的增大，葉片壓力面的壓強(qiáng)增大，吸力面的壓強(qiáng)減小；沿葉片展向，各斷面測點(diǎn)的表面壓力試驗(yàn)值和計算值總體趨勢一致，但存在一定差異性，而且越靠近葉根，二者的差異性越大。 第二個方面是風(fēng)輪的結(jié)構(gòu)動力特性分析。通過CFX流場分析得到風(fēng)輪表面的壓力及速度分布，通過Workbench數(shù)據(jù)接口平臺將壓力直接傳輸至風(fēng)輪表面，同時考慮離心力以及重力，，對風(fēng)輪進(jìn)行靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析，進(jìn)而分析風(fēng)輪在預(yù)應(yīng)力條件下的模態(tài)和自振頻率這些結(jié)構(gòu)振動方面的參數(shù)。通過對比風(fēng)輪在靜態(tài)條件下的模態(tài)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在考慮旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力與流固耦合作用后，葉片的模態(tài)頻率略有上升。這說明在外在流場與旋轉(zhuǎn)預(yù)應(yīng)力的作用下，葉片的動力學(xué)特性發(fā)生了改變，產(chǎn)生了較為明顯的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)。為了探討風(fēng)力機(jī)在不同工況下風(fēng)輪的固有頻率變化情況，本文又探討了三種不同轉(zhuǎn)速下的風(fēng)輪變化情況。通過對比發(fā)現(xiàn)，風(fēng)輪的固有頻率值隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的增加而增加。
【圖文】：

圖 2.1 翼型的幾何特征.1.4 作用在翼型上的氣動力假定翼型處于靜止?fàn)顟B(tài)，令空氣以相同的相對速度吹向葉片，作用在翼型上空氣動力大小將不變�？諝鈩恿χ蝗Q于相對速度和攻角的大小，因此，為便研究，均假定翼型靜止處于均勻來流速度ν 中[33]。氣流流經(jīng)翼型，受翼型表面形狀的干擾，翼型上表面壓力小于大氣壓力，稱吸力面，而翼型下表面的壓力大于大氣壓力，稱為壓力面。(1)用壓力系數(shù)表示作用在翼型表面空氣壓力的不均勻，壓力系數(shù)公式如下：212P Ppρν∞ = (2.3)式中， P —翼型表面上的靜壓； ρ ， P∞，ν —分別為上游氣流的密度、壓力流速。

15圖2.5 圓環(huán)形葉素單元圖2.6 作用在葉素上的力和氣流流速從圖3.6可以看出，作用在葉素上的合成流速為：( ) ( )2 22 2 2W 1 a U 1 a 'r∞= + + Ω (2.38)合成流速與旋轉(zhuǎn)平面的夾角稱為入流角 。( )( )1sin1 'cosU aWr aW ∞ = Ω + = (2.39)攻角α 可表示為：α = β(2.40)作用在單位圓環(huán)徑向?qū)挾?δ r上的升力分量與合成流速W 方向垂直，表達(dá)式為：212lδ L = ρW lC δr(2.41)
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TK83

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本文編號：2688286