风力发电机组机舱温度场分析与热布局优化方法研究
本文选题:温度场分析 + 均匀性控制 ; 参考:《沈阳工业大学》2017年硕士论文
【摘要】:风力发电机组作为一种高空运行的大型复杂机械装备。运输、吊装、维修等方面成本高,要求风电机组必须具备高可靠性和高可利用率。而近年来因机舱温度过高而导致的机组停机、部件润滑不良、部件损坏等现象频发,严重影响到了风电机组的可利用率和成本回收。本文尝试从风电机组机舱散热和热布局角度,研究解决上述问题的方法。首先,研究了风电机组温度场分析方法,并以典型式风电机组机舱散热布局结构为例,采用ANSYS ICEM CFD与FLUENT进行了机舱温度场分析,讨论了风电机组机舱散热的重要影响因素,从而提出了风电机组散热及温控的综合解决方案。其次,从温度场分布均匀性角度,利用正交试验法分析了环境温度、风速、送/排风口尺寸等多因素对风电机组机舱温度场均匀性的影响问题。以温度场分布均匀性系数和温度效率为优化目标,经正交试验和相关分析得出上述多种因素对风电机组机舱温度场分布均匀性的最优作用组合。基于该研究结果给出了风电机组机舱温度场的优化控制策略和方法。再次,从散热布局角度,研究了多种风电机组机舱送/排风口布局,及不同布局形式下的舱内散热气流组织形式。对气流组织分析样本在三维空间内进行四格点样条函数内插值计算,构建了送、排风口位置为自变量,以温度场分布均匀分布系数为因变量的插值曲面,对三维曲面逐行逐列求解风电机组机舱气流优化组织形式。最后,提出利用大数据分析方法研究风电机组机舱散热与超温预防问题解决方法。从微观角度,提出利用模糊聚类法发现环境温度与部件超温之间的模糊关系,为不同环境温度下的风电机组机舱超温预防提供参考;从宏观角度,提出利用聚类分析方法分析不同环境温度下的风电机组机舱最优散热布局方案。本文提出从舱内温控、机舱散热布局、大数据分析等不同角度全面解决风电机组机舱散热和温控问题的方法,理论仿真和分析结果表明方法可行,而有效性需要样机试验的进一步检验。若本文方法通过真机实验检验,那么将对改善风电机组的散热性能有价值,并可提升风电机组可靠性和可利用率。
[Abstract]:Wind turbine is a kind of large and complex mechanical equipment running at high altitude. Transportation, hoisting, maintenance and other aspects of high cost, wind turbine must have high reliability and high availability. In recent years, due to the excessive temperature of engine room caused by the unit shutdown, poor lubrication of components, component damage and other phenomena frequently, seriously affected the utilization rate of wind turbine and cost recovery. This paper attempts to study the methods to solve the above problems from the angle of heat dissipation and heat distribution of wind turbine engine room. First of all, the temperature field analysis method of wind turbine is studied, and the temperature field of engine room is analyzed by using ANSYS ICEM CFD and fluent, and the important influencing factors of heat dissipation in the engine room of wind turbine are discussed, taking the typical structure of engine room heat dissipation of wind turbine unit as an example, the temperature field of engine room is analyzed by ANSYS ICEM CFD and fluent. The comprehensive solution of heat dissipation and temperature control of wind turbine is put forward. Secondly, from the point of view of the uniformity of temperature field distribution, the influence of environmental temperature, wind speed and the size of air supply / outlet on the uniformity of engine room temperature field of wind turbine is analyzed by orthogonal test method. Taking the uniformity coefficient of temperature field and temperature efficiency as the optimization objective, the optimal combination of the above factors on the temperature field uniformity of wind-turbine engine room is obtained by orthogonal test and correlation analysis. Based on the research results, the optimal control strategy and method of engine room temperature field of wind turbine are presented. Thirdly, from the point of view of heat dissipation, this paper studies the layout of supply / exhaust air outlet of various kinds of wind turbine engine room, and the heat dissipation airflow organization forms in the cabin under different layout forms. The interpolation surface of air distribution analysis sample is constructed by interpolation calculation of four-grid spline function in three-dimensional space, in which the position of outlet is independent variable, and the uniform distribution coefficient of temperature field is taken as dependent variable. Three dimensional curved surface row by row to solve the wind turbine engine room airflow optimization organization form. Finally, a method to solve the problem of heat dissipation and overtemperature prevention of wind turbine engine room by using big data analysis method is put forward. From the microscopic point of view, the fuzzy relationship between environmental temperature and component overtemperature is found by using fuzzy clustering method, which provides a reference for the prevention of engine room overtemperature of wind turbine unit under different ambient temperatures. A cluster analysis method is proposed to analyze the optimal heat dissipation layout of wind turbine engine room at different ambient temperatures. In this paper, a method to solve the problem of heat dissipation and temperature control of wind turbine engine room from different angles, such as cabin temperature control, engine room heat dissipation layout, big data analysis and so on, is put forward. The theoretical simulation and analysis results show that the method is feasible. And the validity needs the further test of the prototype test. If the method is verified by real machine experiments, it will be valuable to improve the heat dissipation performance of wind turbine units, and can also improve the reliability and availability of wind turbine units.
【学位授予单位】:沈阳工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM315;TP311.13
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,本文编号:2077502
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