基于动量叶素理论的风力机风轮建模仿真

发布时间：2017-08-12 11:21

  本文关键词：基于动量叶素理论的风力机风轮建模仿真

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【摘要】：本文基于动量—叶素理论,在定常条件下,进行了风力发电机风轮建模与气动性能的数值仿真研究。该模型考虑了叶尖损失、轮毂损失,且对轴向诱导因子进行了修正,以保持风力机叶轮工作在非失速状态,该模型选用Tjaereborg风力机风轮结构参数和叶片翼型。仿真计算结果获得了风力机的风功率曲线和风能利用系数,并与Tjaereborg风力机的试验数据、Bladed仿真数据、Fluent数值模拟数据对比,验证该建模仿真方法的可行性。考虑了风力机结构参数、叶栅效应、塔影效应及风剪切,进行了风力机风轮在非定常条件下的建模和仿真计算,分析了上述因素对风力机风轮输出轴功率的影响。考虑了上述因素后,风力机的风轮输出轴功率和风能利用系数都会降低,且风力机风轮输出的轴功率呈周期性变化。该计算结果和风力机的运行试验结果情况相符。在非定常条件下,进行了有、无三维旋转修正的仿真计算,获得了这两种条件下的风力机风轮输出轴功率、风能利用系数、各截面的切向载荷和攻角的计算结果。考虑三维旋转效应后,风力机风轮的输出功率在低风速段功率输出降低,高风速段功率输出增加；叶片载荷分布得到优化；风力机风轮叶片在叶根段的计算攻角减小,升力系数增加,出力增加。
【关键词】：风力发电 动量理论 叶素理论 建模仿真
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题背景及意义9-10
• 1.2 风能产业概况10-15
• 1.2.1 风力发电发展简史10-11
• 1.2.2 世界风力发电现状及趋势11-13
• 1.2.3 我国风力发电产业现状及其展望13-15
• 1.3 风力机风轮建模仿真研究现状15-16
• 1.3.1 基于动量—叶素理论的风力机风轮建模15-16
• 1.3.2 基于风力机桨叶空气动力学的机理建模16
• 1.4 本课题的主要研究内容16-18
• 第2章 风力机风轮建模的理论基础18-35
• 2.1 引言18
• 2.2 风力机空气动力学理论基础18-29
• 2.2.1 贝茨理论18-20
• 2.2.2 动量理论20-26
• 2.2.3 叶素理论26-29
• 2.2.4 动量—叶素理论29
• 2.3 动量—叶素理论的相关修正29-33
• 2.3.1 叶尖损失和轮毂损失修正30
• 2.3.2 对轴向诱导因子较大时的Glauert修正30-31
• 2.3.3 涡流理论修正31-33
• 2.4 计算流程33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 风力机风轮建模及计算方法35-44
• 3.1 引言35
• 3.2 非定常叶素—动量理论风力机风轮建模35-38
• 3.2.1 非定常动量—叶素模型的坐标变换35-37
• 3.2.2 风速分量37
• 3.2.3 叶片上的相对速度分量37-38
• 3.3 风力机建模38-42
• 3.3.1 风剪切模型38-39
• 3.3.2 叶栅理论模型39
• 3.3.3 塔影效应模型39-40
• 3.3.4 三维旋转效应模型40-42
• 3.4 动量—叶素理论模型整体计算框图42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 计算结果处理与分析44-57
• 4.1 引言44
• 4.2 Tjaereborg风力机简介44-46
• 4.3 风力机叶轮气动数据计算结果46-55
• 4.3.1 定常条件下的计算结果与分析47-48
• 4.3.2 非定常条件下的计算结果与分析48-55
• 4.4 基于实测风速的算例55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 第5章 结论与展望57-59
• 5.1 结论57-58
• 5.2 展望58-59
• 参考文献59-62
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果62-63
• 致谢63

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