本文選題：濃縮風能裝置 + 建模仿真　； 參考：《華北電力大學(北京)》2017年博士論文

【摘要】：濃縮風能型風電機組的核心部分是濃縮風能裝置。濃縮風能裝置的結(jié)構(gòu)會影響到其平行管內(nèi)部的風速,且會影響其擴散管內(nèi)部的流動分離,進而影響其濃縮性能,需要對其結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化;濃縮風能裝置的選材會影響其成本及安全性,需要對其選材進行優(yōu)化;結(jié)構(gòu)優(yōu)化及選材優(yōu)化之前需要對其所用計算流體力學方法進行可靠性分析。(1)研究了濃縮風能裝置所處流場的建模及仿真計算的可靠性基于計算流體力學中的控制方程、湍流的基本方程、湍流求解方法、湍流粘性模型進行建模仿真,給出濃縮風能裝置車載試驗各風速測試點的設(shè)置,對濃縮風能裝置進行計算流體力學分析,得出與采用速度入口相比,采用質(zhì)量流量入口可以使收縮管和平行管部分的計算結(jié)果更準確,并在后續(xù)仿真計算中入口條件采用質(zhì)量流量入口;對濃縮風能裝置所處流場進行網(wǎng)格無關(guān)性分析,得出劃分網(wǎng)格時將相關(guān)中心設(shè)置為Fine,相關(guān)性設(shè)置為70時,流體計算結(jié)果在定性預測方面是可靠的,可以用來對濃縮風能裝置進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化;且風輪安裝截面處計算結(jié)果多數(shù)相對誤差在10%以內(nèi),基本可以滿足定量預測要求;在網(wǎng)格無關(guān)性測試的基礎(chǔ)上進行雷諾數(shù)無關(guān)性測試,最終結(jié)果表明,采用不同雷諾數(shù)進行的仿真計算,其結(jié)果之間平均相對誤差差別較小;計算時采用的雷諾數(shù)與車載實驗中的雷諾數(shù)稍有差別并不會在目前研究的流場中導致較大的誤差,并且采用經(jīng)計算得出的雷諾數(shù)進行計算其相對誤差是最小的。(2)研究了濃縮風能裝置的結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法是在原濃縮風能裝置的擴散管外緣增加一段擴散管。根據(jù)新增擴散管母線的不同長度d及該母線與豎直方向的不同夾角α可以得出一系列濃縮風能裝置模型;采用計算流體力學方法對不同結(jié)構(gòu)的濃縮風能裝置模型進行對比分析,得出性能較好的模型。分析新增擴散管對濃縮風能裝置性能的影響機理,得出擴散管內(nèi)壁面附近出現(xiàn)流動分離會使?jié)饪s性能下降,且流動分離影響的是氣流在擴散管內(nèi)部從軸線至擴散管內(nèi)壁面的徑向擴散,而徑向擴散的標志為軸線與擴散管內(nèi)壁面之間出現(xiàn)順壓梯度。出現(xiàn)順壓梯度,則可以進行徑向擴散;未出現(xiàn),則徑向擴散會受到阻礙,濃縮性能會變差。并且不同濃縮風能裝置順壓梯度最早出現(xiàn)的位置相同處靜壓越低,濃縮性能越好。得出新增擴散管能夠提升濃縮風能裝置的濃縮性能的原因是氣流在沿擴散管外壁面向新增擴散管外緣流動的過程中會加速,至新增擴散管外緣處后氣流速度較大,并可以在新增擴散管后方形成低壓區(qū),進而可以對濃縮風能裝置內(nèi)部形成強烈的抽吸作用,提高濃縮風能裝置平行管內(nèi)部風輪安裝平面的風速,進而大幅提升其濃縮性能。D為濃縮風能裝置平行管內(nèi)徑,d和α分別為新增擴散管母線長度及其與豎直方向的夾角。分析了不同d值和α角度對濃縮風能裝置性能的影響機理,并得出在待選的42種優(yōu)化模型中,4-40號模型,即d值為0.4D,α角度為40°時,該模型為最優(yōu)模型。(3)研究了濃縮風能裝置的選材優(yōu)化對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的濃縮風能裝置模型進行選材優(yōu)化設(shè)計。其方法是采用流固耦合的方法計算一定風速下風力載荷在由所選材料制成的濃縮風能裝置上產(chǎn)生的最大應(yīng)力;如果該最大應(yīng)力小于所選材料的斷裂應(yīng)力,則該材料為可選用材料。在流固耦合分析中,為使計算結(jié)果更加可靠,對固體場進行網(wǎng)格無關(guān)性分析。分析結(jié)果表明,當體網(wǎng)格及面網(wǎng)格尺寸小于0.015m,網(wǎng)格數(shù)目大于216379之后,流固耦合計算的精度即滿足要求。為盡量降低誤差,采用體網(wǎng)格及面網(wǎng)格的網(wǎng)格尺寸均為0.009m的網(wǎng)格劃分設(shè)置對固體場進行網(wǎng)格劃分,并進行后續(xù)計算。對分別由聚碳酸酯、聚乙烯基木塑材料、有機玻璃制成的濃縮風能裝置進行流固耦合分析,計算結(jié)果表明,當風速為25m/s時,由三種材料制成的濃縮風能裝置在風中所受最大應(yīng)力均遠小于各自的斷裂應(yīng)力,且三種材料的等效變形量最大僅為5.9548 mm,因此在強度和剛度上三種材料均滿足要求,三種材料可以被用來制造濃縮風能裝置。給出了針對斷裂應(yīng)力、楊氏模量和泊松比均會隨溫度發(fā)生改變的材料的選材優(yōu)化方法。
[Abstract]:The main part of the concentrated wind power plant is to concentrate the wind energy device . The structure of the concentrated wind energy device can affect the wind speed inside the parallel tube , and the flow separation inside its diffusion tube can be influenced . ( 2 ) The optimization method of the structure optimization of the concentrated wind energy plant is studied by adding a length of diffusion tube to the outer edge of the diffusion tube of the original concentrated wind energy plant .
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM315

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙永泉;;2015年中國聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)市場分析及前景展望[J];中國石油和化工經(jīng)濟分析;2016年09期

2 田德;馬廣興;林俊杰;;濃縮風能型風力發(fā)電機濃縮裝置流場特性模擬與試驗[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2016年15期

3 劉波;賀志佳;金昊;;風力發(fā)電現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J];東北電力大學學報;2016年02期

4 徐晨;薛薇薇;張揚;;發(fā)泡木塑復合材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];山東林業(yè)科技;2016年02期

5 趙軍;阮建成;;聚碳酸酯的生產(chǎn)、應(yīng)用及市場[J];化工管理;2015年05期

6 陳松利;田德;辛海升;韓巧麗;孫云峰;;200W濃縮風能型風力發(fā)電機的應(yīng)用及運行效果[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2012年08期

7 周春艷;姜月偉;徐兵;;國內(nèi)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的生產(chǎn)及市場[J];塑料工業(yè);2011年09期

8 韓巧麗;田德;王海寬;趙丹平;烏云塔娜;;濃縮風能型風力發(fā)電機改進模型流場與功率輸出特性[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2009年03期

9 董正茂;田德;王海寬;魏玉通;王麗麗;胡學敏;許明;;濃縮風能型風力發(fā)電機組的安裝、使用與維護[J];農(nóng)村牧區(qū)機械化;2008年06期

10 韓巧麗;田德;王海寬;張文瑞;;濃縮風能型風力發(fā)電機相似模型流場特性試驗——車載法試驗與分析[J];農(nóng)業(yè)工程學報;2007年01期

相關(guān)博士學位論文 前2條

1 李東方;聚乙烯木塑復合材料性能影響因子與界面特性研究[D];北京林業(yè)大學;2013年

2 韓巧麗;大容量濃縮風能型風力發(fā)電機模型氣動特性的實驗研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學;2006年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 伍雪強;有機玻璃的增韌改性研究[D];蘇州大學;2009年

2 梅剛志;聚碳酸酯熔融酯交換法預聚過程的工程研究[D];天津大學;2005年

3 張春蓮;濃縮風能型風力發(fā)電機葉輪的風洞實驗與研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學;2001年

，

本文編號：1951364