【摘要】：在風力機系統(tǒng)穩(wěn)定性問題日益突出并受到普遍關注的背景下,本文依托國家自然科學基金項目“基于動態(tài)氣動力學的風力機失速特性研究”(項目編號:50676053)和廣東省自然科學基金重點項目“基于動態(tài)氣動力學的風力機失速阻尼特性研究”(項目編號:07118378),探究了與風力機系統(tǒng)失穩(wěn)密切相關的失速氣動阻尼特性。失速氣動阻尼特性主要研究失速條件下氣動載荷對結構振動的響應。 本文首先從氣動阻尼特性的基礎性研究入手,對現(xiàn)有三維隨機湍流風場模型、動態(tài)失速模型進行必要修正,從而為氣動阻尼特性的研究創(chuàng)建準確的外部輸入條件,在此基礎上通過對風力機葉片翼型截面進行穩(wěn)態(tài)氣動力分析,同時結合整個葉片的結構動力學模態(tài)分析,創(chuàng)建了有效的風力機單翼型和單葉片穩(wěn)態(tài)氣動阻尼分析模型,并深入探究了影響翼型和葉片氣動阻尼變化的各種關鍵參數(shù),以容易引發(fā)葉片失速振動的負氣動阻尼為研究重點,提出了改善葉片氣動阻尼性能的具體操作方法。 接著,在時域分析中,將三維隨機湍流風場模型仿真的時序湍流風和動態(tài)失速模型生成的葉片各截面翼型攻角和升、阻力系數(shù)隨時間的變化曲線輸入創(chuàng)建的單翼型和單葉片穩(wěn)態(tài)氣動阻尼分析模型,將穩(wěn)態(tài)模型轉換成單翼型和單葉片動態(tài)氣動阻尼分析模型。 進而,綜合單葉片動態(tài)氣動阻尼模型、湍流風場修正模型、動態(tài)失速模型、葉片結構動力學模型、整機結構動力學模態(tài)綜合分析方法以及風力機全系統(tǒng)動態(tài)過程模型建立了風力機全系統(tǒng)氣動阻尼分析模型,并提出了有效的氣動阻尼分析方法,對基于動態(tài)氣動力學的風力機失速阻尼特性和葉片動態(tài)響應進行了分析計算。以容易引發(fā)葉片失速振動的負氣動阻尼為研究重點,應用建立的全系統(tǒng)氣動阻尼分析模型,輸出結構動態(tài)載荷,并結合有限元分析軟件ABAQUS,探究了葉片失速振動損壞的機理。 最后,將創(chuàng)建的氣動阻尼分析模型引入傳統(tǒng)的風力機優(yōu)化設計模型,規(guī)劃了詳細的抑振設計與優(yōu)化流程,形成了尋求良好氣動特性和失速阻尼特性風力機葉片的優(yōu)化設計模型,為風力機故障診斷和抑振優(yōu)化提供了有效的方法。
【圖文】：

圖 1-1 2000 年—2010 年全球裝機容量統(tǒng)計和預測Fig.1-1 Statistic and forecast of global installed capacity in the world in recently 10 years整體來看，全球風電市場發(fā)展迅速，歐洲、北美和亞洲占據(jù)了全球絕大部分的風電市場，但由于政策環(huán)境不同、全球經濟發(fā)展不平衡等原因，拉美和非洲等地區(qū)的發(fā)展比較緩慢。歐洲是全球最重要的風電裝備設計、生產和消費市場，但是隨著市場全球化的日益加劇，其份額將比過去有所下降，亞洲和美洲風電市場增長迅速，主要由印度和中國驅動北美在總裝機容量方面繼續(xù)保持第二大區(qū)域市場的地位，美國是該區(qū)域重要的領頭羊，并以年均約 24.6％的速度增長[3]。預計到 2010 年底將達到 31.6GW，年平均裝機容量為 3GW[4]，到 2010 年底，在累積裝機容量方面，美國將與德國持平。亞洲風電市場在中國和印度的領軍下高速發(fā)展，已經超出人們的預測。預計未來亞洲將以全球最高的年均增長速度（約 28.3％）發(fā)展。到 2010 年底，該地區(qū)總裝機容量將達到 29GW[5]，而 2007 年到 201年，印度的裝機容量預計為 8000MW。拉丁美洲和加勒比海地區(qū)的風能市場也取得了令人振奮的發(fā)展，從 2007 年到 2010 年，風電市場快速發(fā)展，巴西首當其沖，墨西哥緊隨其后。其他國家，如阿根廷和智利也有一定的發(fā)展。盡管拉丁美洲的潛力巨大，但是直到

1.1.2 我國風電發(fā)展現(xiàn)狀及預測近年來，由于國內政策環(huán)境趨好，中國風電設備制造業(yè)面臨較好的政策環(huán)境，國內風電市場增速驚人，據(jù)中國可再生能源學會企業(yè)工作委員會和風能專業(yè)委員會聯(lián)合發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2005 年—2009 年風電裝機容量連續(xù) 4 年翻番。2009 年我國風電新增裝機容量達 1200 萬千瓦，新增容量居全球第一[7]。截止 2009 年底，我國風電并網總量累計將達到1613 萬千瓦時，累計裝機容量超過西班牙，上升到全球第三位[8]。2010 年預計新增裝機容量達 1500 萬千瓦，，同比增速將稍有回落，將會在 30%以上，2010 年底中國風電累計裝機容量有望達 3000 萬千瓦，裝機容量將躍居世界第二[9]。圖 1-2 是 2000 年—2010 年中國裝機容量和年裝機增長率統(tǒng)計及預測。隨著風電機組裝備市場的日益擴大，風電裝備研發(fā)和生產企業(yè)日益增多，我國的華銳風電、金風科技在全球風電設備商的排名不斷上升，已經進入全球前十強。截至 200年底，我國有超過 80 家的風電機組整機制造商，有超過 50 家的葉片制造商，設備市場的競爭也日趨激烈[10]。
【學位授予單位】：汕頭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TK83

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本文編號：2702113