【摘要】：風(fēng)能的重要性日益受到廣泛認(rèn)同，作為捕獲風(fēng)能的重要工具，風(fēng)力機(jī)葉片的氣動性能好壞決定了其風(fēng)能利用效率的高低，而其結(jié)構(gòu)振動特性對于風(fēng)力機(jī)的安全平穩(wěn)運(yùn)行意義重大。因此，本文以10kW風(fēng)力機(jī)葉片為研究對象，對其氣動性能及振動特性進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容如下： 1.基于葉素動量理論和考慮葉片輪轂損失的WILLSON法，采用MATLAB軟件以最大化風(fēng)能利用系數(shù)為目標(biāo)，通過計算獲得了10kW風(fēng)機(jī)葉片沿展長方向的弦長和扭角優(yōu)化分布，并結(jié)合SG6040翼型數(shù)據(jù)，建立了風(fēng)輪氣動外形的仿真模型。 2.借助Fluent軟件對SG6040翼型的氣動性能進(jìn)行了計算，獲得了其升力系數(shù)與阻力系數(shù)，其值與XFOIL的計算值相吻合；在翼型分析的基礎(chǔ)上對風(fēng)輪進(jìn)行了氣動性能分析，探討了計算域的大小及其網(wǎng)格類型、網(wǎng)格數(shù)對風(fēng)輪氣動性能計算結(jié)果的影響，結(jié)果表明計算域的大小對風(fēng)輪氣動性能計算值影響很大，隨著網(wǎng)格數(shù)增多，計算獲得的葉片功率值有增大趨勢；多面體網(wǎng)格數(shù)在四面體網(wǎng)格數(shù)的1/5到1/4時，可得出與四面體網(wǎng)格計算結(jié)果相近的結(jié)果。計算結(jié)果還表明，在考慮輪轂損失時，Wilson法適用于葉片的氣動外形設(shè)計。 3.基于Workbench平臺完成了柔性葉片的結(jié)構(gòu)分析及單、雙向流固耦合分析，探討了靜態(tài)工況下預(yù)應(yīng)力、大變形預(yù)應(yīng)力對葉片結(jié)構(gòu)模態(tài)和相應(yīng)振型的影響，以及在20m/s風(fēng)速下柔性葉片的振動特性。結(jié)果表明在靜態(tài)工況下預(yù)應(yīng)力對葉片的模態(tài)及振型影響較小，而大變形預(yù)應(yīng)力對葉片的模態(tài)及振型影響較大；20m/s風(fēng)速下柔性葉片雙向流固耦合分析結(jié)果表明葉片實(shí)際振動頻率與其一階模態(tài)頻率相近，且大于其一階模態(tài)頻率，并有增大趨勢，葉片振幅逐漸減小，葉片振動收斂，沒有發(fā)生顫振發(fā)散現(xiàn)象。 本文的工作為小型風(fēng)力機(jī)葉片的氣動外形設(shè)計與氣動性能計算提供了有效的方法，所得結(jié)果對于風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計和安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的參考價值和工程實(shí)際意義。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TK83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2752726