風(fēng)在自然界中隨處可得。我國(guó)風(fēng)力資源十分豐富。風(fēng)能的利用有助于降低社會(huì)對(duì)化石燃料能源的需求,有效緩解能源危機(jī)問題。風(fēng)能是可再生能源,風(fēng)力機(jī)作為獲取風(fēng)能最主要的設(shè)備,其性能的穩(wěn)定性和有效性應(yīng)該得到討論并加以重視。風(fēng)力機(jī)可分為底部固定式和海上漂浮式兩種。在不考慮塔柱所受載荷的情況下,陸上固定式風(fēng)力機(jī)主要承受的是空氣載荷,而海上漂浮式風(fēng)力機(jī)除了承受空氣載荷外,還會(huì)受到波浪載荷、系泊系統(tǒng)作用等的影響。2002年美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了 FAST程序,用于陸上或海上雙葉片或三葉片風(fēng)力機(jī)的性能分析,經(jīng)過了十幾年的發(fā)展,其可靠性已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者和專家的肯定。本文基于FAST程序,選擇AOC-15/50以及立于SPAR平臺(tái)的NREL5MW風(fēng)力機(jī)兩個(gè)模型,分別研究陸上固定式風(fēng)力機(jī)和海上漂浮式風(fēng)力機(jī)的性能。首先介紹了近年來風(fēng)力機(jī)研究現(xiàn)狀,包括空氣動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀、風(fēng)力機(jī)研究現(xiàn)狀以及FAST程序國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀。然后介紹了研究過程中需要用到的各種載荷以及理論基礎(chǔ)。之后給出FAST程序的計(jì)算步驟以及模型概念圖。隨后主要研究了陸上固定式風(fēng)力機(jī)在不同風(fēng)況、不同偏航和不同槳距角的情況下,葉根處受力（矩）情況以及... 

【文章來源】：哈爾濱工程大學(xué)黑龍江省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：93 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１葉素特性分析??＃風(fēng)風(fēng)

?第２章風(fēng)力機(jī)理論基礎(chǔ)???論即不再適用。為了正確模擬這種延時(shí)效應(yīng)，建議采用廣義動(dòng)態(tài)尾渦模型（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ??Ｄｙｎａｍｉｃ?Ｗａｋｅ?Ｍｏｄｅｌ）進(jìn)行計(jì)算。一方面，由于葉素動(dòng)量理論假設(shè)的是與風(fēng)輪平面平行??的平面動(dòng)量是處于平衡狀態(tài)的，因此當(dāng)葉片出平面撓度較大時(shí)，其會(huì)造成氣動(dòng)力模型出??錯(cuò)，此時(shí)葉素動(dòng)量理論將不再適用。另一方面，在葉素理論中假設(shè)葉素受力均為二維的，??不考慮葉展方向的流動(dòng)，也就是假定葉展方向受力變化不大。因此當(dāng)葉展方向流動(dòng)及載??荷變化較大時(shí)，葉素動(dòng)量理論的精度會(huì)大大降低。研宄表明，在葉片快速變槳距時(shí)，采??用廣義動(dòng)態(tài)尾渦模型與穩(wěn)態(tài)入流模型相比較，在葉片揮舞彎矩和風(fēng)輪主軸扭矩等參數(shù)結(jié)??果相差較大，甚至?xí)_(dá)到５０％［４３］。??筆者利用ＦＡＳＴ程序?qū)δ愁~定風(fēng)速下風(fēng)力機(jī)的葉片揮舞彎矩進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖??２．２所示�？梢钥吹剑跁r(shí)間是２８０ｓ時(shí)，采用穩(wěn)態(tài)入流和采用廣義動(dòng)態(tài)尾渦的揮舞彎矩??相差最大，達(dá)４８．３％，這說明葉片滯后效應(yīng)對(duì)風(fēng)力機(jī)性能影響確實(shí)很大。??彎矩／ｋＮ．ｍ??

３．１風(fēng)力機(jī)坐標(biāo)系??３．１．１機(jī)艙坐標(biāo)系??機(jī)艙（Ｎａｃｅｌｌｅ）坐標(biāo)系也可以稱為偏航（Ｙａｗ）坐標(biāo)系。如圖３．１所示，坐標(biāo)原點(diǎn)??位于塔柱與機(jī)艙連接平面的中心；；ｃ軸正方向水平指向風(fēng)輪一側(cè)（順風(fēng)方向＾軸正??方向指向順風(fēng)方向左側(cè)；ｚ軸正方向垂直于ｊｃ、軸向上，符合右手定則。本坐標(biāo)系主要??用于研宄風(fēng)力機(jī)偏航狀態(tài)時(shí)風(fēng)力機(jī)受力情況，具體研究?jī)?nèi)容會(huì)在第４．３小節(jié)中給出。??３．１．２葉片坐標(biāo)系??風(fēng)力機(jī)葉片（Ｂｌａｄｅ）坐標(biāo)系是風(fēng)力機(jī)中最關(guān)鍵的坐標(biāo)系之一。如圖３．２所示，坐標(biāo)??原點(diǎn)位于葉片俯仰軸與葉根的交點(diǎn)；ｘ軸與；；Ｏｚ平面正交且符合右手定則；＾軸正方向??指向葉片尾流且與０扭轉(zhuǎn)弦線平行；ｚ軸正方向沿俯仰軸指向葉尖。??有兩點(diǎn)需要說明：（１）在葉片坐標(biāo)系中，沿ｘ軸（或繞ｙ軸）的方向又稱為揮舞??（ｆｌａｐｗｉｓｅ）方向；沿軸（或繞ｘ軸）方向又稱為擺振（ｅｄｇｅｗｉｓｅ）方向。（２）本文??中采用的風(fēng)力機(jī)模型均為三葉片模型，在ＦＡＳＴ程序中，對(duì)于給定方位角，葉片轉(zhuǎn)過的??順序?yàn)椋常玻�，且方位角坐�?biāo)系與葉片坐標(biāo)系方向相同。??卜Ｖ．??１?Ｉ?ＬＸ??圖３．１機(jī)艙坐標(biāo)系?圖３．２葉片坐標(biāo)系??３．２輪轂載荷坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換??３．２．１旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系??輪穀載荷是以輪轂坐標(biāo)系為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算的，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，可以轉(zhuǎn)換成葉片坐標(biāo)??１３??

【參考文獻(xiàn)】：
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