發(fā)布時(shí)間：2023-08-30 02:59

　　隨著傳統(tǒng)能源的不斷枯竭以及世界環(huán)境污染問(wèn)題日漸嚴(yán)重,風(fēng)能作為可再生的清潔能源成為了人類探索新能源的方向�，F(xiàn)今,大型、高效的風(fēng)力機(jī)已經(jīng)成為風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì),風(fēng)輪直徑越大,影響風(fēng)力機(jī)性能穩(wěn)定的因素也越多。風(fēng)剪切效應(yīng)是由于地面摩擦導(dǎo)致來(lái)流在豎直方向分布不均,所以使得葉片展向方向的氣動(dòng)力不同,從而導(dǎo)致葉片展向載荷分布不均,對(duì)葉片結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響。為了研究風(fēng)剪切效應(yīng)對(duì)大型風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)性能的影響,本文以美國(guó)可再生能源公布的NREL5MW風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象,采用數(shù)值模擬的方法進(jìn)行研究,主要內(nèi)容如下:首先,研究了風(fēng)剪切效應(yīng)對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)性能的影響。使用SolidWorks軟件對(duì)5MW風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了氣動(dòng)外形以及內(nèi)外流場(chǎng)域的建模。通過(guò)加載UDF函數(shù)給定剪切來(lái)流速度,采用k-ωSST湍流模型對(duì)不同來(lái)流速度以及不同風(fēng)剪切指數(shù)下的風(fēng)力機(jī)模型進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明:剪切來(lái)流條件下風(fēng)輪的軸向推力和功率都明顯低于均勻來(lái)流時(shí)風(fēng)輪的軸向推力和功率,隨著風(fēng)剪切指數(shù)的增大,風(fēng)輪的軸向推力和功率會(huì)越來(lái)越接近均勻流時(shí)風(fēng)輪的軸向推力和功率;葉展方向上不同截面的軸向載荷和周向載荷隨方位角呈周期性變化,方位角為0°...

【文章頁(yè)數(shù)】：87 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述
        1.3.1 風(fēng)剪切對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片氣動(dòng)性能影響的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究現(xiàn)狀
        1.3.3 風(fēng)力機(jī)葉片疲勞分析研究現(xiàn)狀
    1.4 課題主要研究?jī)?nèi)容
    1.5 創(chuàng)新點(diǎn)
第2章 風(fēng)力機(jī)基本理論與研究方法
    2.1 風(fēng)力機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)基本理論
        2.1.1 貝茲理論
        2.1.2 葉素理論
        2.1.3 動(dòng)量理論
        2.1.4 動(dòng)量葉素理論
    2.2 數(shù)值模擬方法
        2.2.1 CFD方法
        2.2.2 流動(dòng)控制方程
        2.2.3 湍流模型
    2.3 本章總結(jié)
第3章 風(fēng)剪切對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的影響
    3.1 風(fēng)力機(jī)葉片數(shù)值模擬
        3.1.1 模型建立
        3.1.2 邊界條件設(shè)置
        3.1.3 計(jì)算域及網(wǎng)格劃分
    3.2 風(fēng)剪切對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的影響
        3.2.1 風(fēng)剪切數(shù)學(xué)模型
        3.2.2 風(fēng)輪的軸向推力和功率
        3.2.3 葉片截面氣動(dòng)載荷分布
        3.2.4 葉片壓力分布
        3.2.5 風(fēng)輪截面處速度分布
    3.3 不同風(fēng)廓線下的風(fēng)剪切對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)性能的影響
        3.3.1 風(fēng)輪軸向推力和功率
        3.3.2 葉片軸向和周向載荷隨方位角的變化
    3.4 本章小結(jié)
第4章 大型風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)分析
    4.1 風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)理論
        4.1.1 復(fù)合材料特性
        4.1.2 層合板理論
        4.1.3 葉片結(jié)構(gòu)特性有限元分析理論
    4.2 葉片有限元建模
        4.2.1 葉片有限元模型
        4.2.2 定義單元和材料類型
        4.2.3 葉片鋪層參數(shù)
        4.2.4 網(wǎng)格劃分
    4.3 模態(tài)分析理論
    4.4 風(fēng)力機(jī)葉片主梁鋪層改進(jìn)
        4.4.1 主梁鋪層角度對(duì)葉片結(jié)構(gòu)性能的影響
        4.4.2 主梁鋪層順序?qū)θ~片結(jié)構(gòu)性能的影響
        4.4.3 主梁鋪層比例對(duì)葉片結(jié)構(gòu)性能的影響
    4.5 本章小結(jié)
第5章 風(fēng)剪切效應(yīng)影響下葉片的疲勞壽命估算
    5.1 疲勞分析基本理論
        5.1.1 線性疲勞累積損傷理論
        5.1.2 非線性疲勞累積損傷理論
        5.1.3 疲勞性能S-N曲線
        5.1.4 條件疲勞極限
    5.2 風(fēng)速分布
        5.2.1 風(fēng)速分布模型
        5.2.2 估算參數(shù)K和 C的方法
    5.3 風(fēng)力機(jī)葉片應(yīng)力最大位置確定
    5.4 風(fēng)力機(jī)葉片疲勞分析
        5.4.1 疲勞計(jì)算定義
        5.4.2 疲勞計(jì)算結(jié)果
    5.5 本章總結(jié)
結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄A(攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄)



本文編號(hào)：3844799