發(fā)布時間：2020-07-28 08:10

【摘要】：面對迫在眉睫的能源和環(huán)境危機,以及風能開發(fā)成本的不斷降低,各國都在進一步加大對風力發(fā)電的開發(fā)力度。風力機是風能利用的核心,而水平軸風力機是風力機主要形式。葉片作為水平軸風力機的關鍵部位,其外形決定了風力機風能的轉換效率,因而葉片優(yōu)化設計技術在風力機設計制造中占有相當重要的地位。另外,風力機運行過程中,葉片受到交變性和隨機性載荷,必然會發(fā)生振動。葉片的振動特性對葉片的變形和壽命有重要影響,因此對其進行研究也是十分必要。 本文對水平軸風力葉片優(yōu)化設計及振動特性開展了相關研究,論文的主要工作和結論如下: ①回顧了國內(nèi)外水平軸風力機發(fā)展現(xiàn)狀,考察了風力機葉片設計的研究現(xiàn)狀,并對水平軸風力機葉片的優(yōu)化設計研究現(xiàn)狀進行了綜述。 ②詳細介紹了水平軸風力機空氣動力學理論及Wilson葉片設計方法。 ③在片條理論基礎上,考慮葉尖和輪轂損失、葉柵、失速及葉片三維效應等各種修正因素,建立了水平軸風力機氣動性能計算模型。采用此模型對NREL 20kW風力機進行了氣動性能計算,并對比NREL的計算結果,分析和檢驗了模型的正確性及實用性。 ④對定槳距風力機和變槳距風力機采用了兩種不同的設計方法。對于定槳距風力機的葉片優(yōu)化設計,本文將葉片設計攻角當著變量來處理,在不超過額定功率和基本運行風速的范圍內(nèi),綜合考慮葉片截面翼型氣動特性,葉片截面之間的約束和風場風速的概率分布情況,以全年發(fā)電量最大為優(yōu)化設計目標,建立了定槳距風力機關于葉片弦長和扭角的氣動優(yōu)化模型并利用遺傳算法對20kW定槳距風力機葉片進行優(yōu)化設計。通過對20kW定槳距3葉片風力機的氣動性能評價以及與NREL的同功率風力機的對比表明,本文優(yōu)化設計的風力機具有更好的氣動性能。對于變槳距風力機的葉片優(yōu)化設計,利用Wilson方法對葉片進行初步外形設計,然后以設計攻角為變量建立了以額定風速下功率系數(shù)最大為優(yōu)化目標的1 MW變槳距風力機葉片優(yōu)化模型并利用遺傳算法進行了優(yōu)化計算,對比Wilson方法設計的結果,本文優(yōu)化的風力機具有更好的氣動性能,表明本文設計方法的優(yōu)越性。 ⑤基于葉片外形數(shù)據(jù)和翼型二維離散數(shù)據(jù),經(jīng)過復雜的矩陣坐標變換得到葉片各點的三維數(shù)據(jù),利用三維建模軟件UG進行了實體建模,為扭曲實體建模和其他復雜實體建模提供了新思路。 ⑥根據(jù)三維模型建立了葉片的有限元模型,利用ANSYS Workbench對葉片進行了模態(tài)分析并計算得到Campbell圖。計算結果表明,葉片的主要振動形式是揮舞振動和擺振振動,葉片以額定轉速運行時,不會發(fā)生共振現(xiàn)象。
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TK83
【圖文】：

累計裝機容量由6100MW增長到158505MW，短短的13年翻了25倍，而且從近幾年看，增長的勢頭一點不減，2009年全球風電新增裝機容量38340MW，增速達到了31.8%，是近8年增長速度最快的一年，詳見圖1.1。全球金融危機的大背景下，風電產(chǎn)業(yè)仍然繼續(xù)保持了快速發(fā)展的態(tài)勢，再次證明，風電產(chǎn)業(yè)不但已經(jīng)成為世界能源市場的重要力量，而且在拉動經(jīng)濟增長和創(chuàng)造就業(yè)方面，也發(fā)揮著越來越重要作用。據(jù)全球風能理事會估算，2009年全球風電裝機容量總產(chǎn)值已達到450億歐元，相關從業(yè)人員約有50萬人[3]。圖1.1 全球累計裝機容量(MW)Fig1.1 Global cumulative installed capacity截止到2009年底，世界上有100多個國家開始發(fā)展風電，美國，中國，德國，西班牙和印度累計裝機量列全球前五

我國風電發(fā)展狀況

且規(guī)模小、技術落后，在激烈的市場競爭中風雨飄搖，風電場建設主要依賴技術進口。到2009年底，已經(jīng)有三家企業(yè)進入世界10強，5家企業(yè)進入前十五名，華銳、金風和東方汽輪機已經(jīng)成為全球風電界的著名品牌。由圖1.3可以看出，2004年，自主品牌只占據(jù)中國風電市場份額25%，但2009年上升到87%，反映出我國風電制造業(yè)最近5年獲得飛速發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，截止2009年底，在我國風電整機制造商累計市場份額中，排在前五位的分別是華銳、金風、東汽、Vestas和 Gamesa

【引證文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 陳廣華;風力發(fā)電機組組合式葉片結構設計研究[D];華北電力大學;2013年

相關碩士學位論文 前2條

1 邢壘壘;隨機風載下兆瓦級風電機組傳動鏈系統(tǒng)動力學特性及有限元分析[D];蘭州理工大學;2013年

2 閆磊;基于UG的風機葉片設計與分析[D];華北電力大學;2013年

本文編號：2772595