【摘要】：風(fēng)能作為一種重要的可再生能源,目前在世界范圍內(nèi)得到廣泛利用�，F(xiàn)代風(fēng)力機(jī)主要分為兩類(lèi)：水平軸風(fēng)力機(jī)與垂直軸風(fēng)力機(jī)。小型H型垂直軸風(fēng)力機(jī)具有低速性能好、噪音低、安全性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而擁有很大的市場(chǎng)前景。葉片和塔架是風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主要部件,葉片翼型氣動(dòng)性能的優(yōu)劣對(duì)風(fēng)力機(jī)的功率具有重要影響,塔架作為風(fēng)力機(jī)的支撐部件,其安全性對(duì)風(fēng)力機(jī)具有重要影響。本文將針對(duì)目前垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片通常采用的美國(guó)國(guó)家航空咨詢(xún)委員會(huì)研制的NACA航空翼型進(jìn)行流固耦合研究,利用有限元理論對(duì)垂直軸風(fēng)力機(jī)圓筒塔架進(jìn)行靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析。 針對(duì)風(fēng)力機(jī)翼型在工作時(shí)的受力情況以及翼型相關(guān)的升力系數(shù)和阻力系數(shù)進(jìn)行分析,為翼型的計(jì)算奠定基礎(chǔ),針對(duì)目前垂直軸風(fēng)力機(jī)普遍使用的NACA0015翼型,根據(jù)該翼型的坐標(biāo)數(shù)據(jù),在ADINA軟件前處理中建立其幾何模型,在結(jié)構(gòu)模塊與流體模塊中進(jìn)行設(shè)置形成求解文件,利用ADINA中流固耦合計(jì)算模塊ADINA-FSI對(duì)翼型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。通過(guò)計(jì)算分析確定所選湍流Spalart-Allmaras模型的準(zhǔn)確性與收斂性；計(jì)算在0度攻角時(shí)四種不同網(wǎng)格情況下的翼型流場(chǎng)分布,研究表明選擇翼型表面網(wǎng)格60時(shí)耦合計(jì)算結(jié)果能夠滿(mǎn)足計(jì)算精度的要求,為本文的翼型流固耦合計(jì)算確定合適的網(wǎng)格；計(jì)算在不同來(lái)流攻角情況下的翼型氣動(dòng)特性,分析翼型的氣動(dòng)特性與入流攻角的關(guān)系；比較不同雷諾數(shù)情況下流固耦合計(jì)算、與純流體計(jì)算翼型氣動(dòng)性能的差異,在低雷諾數(shù)時(shí)流體計(jì)算結(jié)果和耦合計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果均吻合,隨著雷諾數(shù)的增大流固耦合計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更接近。通過(guò)本文的研究為今后進(jìn)一步進(jìn)行翼型耦合研究與翼型優(yōu)化做基礎(chǔ)。 分析垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪與塔架在極端條件下的受力計(jì)算方法,按山東省內(nèi)出現(xiàn)的極端氣候條件得到兩種規(guī)格的風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪與塔架的受力。按照簡(jiǎn)化力學(xué)模型方法與有限元方法計(jì)算在極端條件下塔架的抗壓應(yīng)力,分析塔架的強(qiáng)度,比較簡(jiǎn)化力學(xué)模型方法與有限元方法,得出有限元方法計(jì)算結(jié)果更加精確可靠；針對(duì)不同規(guī)格尺寸的圓筒塔架,分析改變圓筒壁厚與直徑兩種因素對(duì)于降低塔架應(yīng)力的優(yōu)越性,得出改變圓筒直徑降低塔架應(yīng)力更有經(jīng)濟(jì)性；考慮塔架整體結(jié)構(gòu)與地基的影響,對(duì)風(fēng)力機(jī)塔架進(jìn)行模態(tài)分析,得到圓筒塔架固有頻率在20Hz以?xún)?nèi)的四階模態(tài),考慮風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)頻率,按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)圓筒塔架的各階頻率進(jìn)行分析,討論塔架的模態(tài)對(duì)其安全性的影響；研究圓筒壁厚與半徑因素對(duì)圓筒塔架模態(tài)的影響,為塔架的設(shè)計(jì)提供幫助。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TK83

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本文編號(hào)：2792043