100kW水平轴风机的流固耦合动力分析

发布时间：2017-11-13 23:16

  本文关键词：100kW水平轴风机的流固耦合动力分析

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【摘要】：本文通过广泛查找并阅读风力发电机、风机塔筒、风机基础的相关文献和资料,学习理解风力发电机的研究现状和最新研究成果,确定本文要研究的主要内容、研究方法及手段。对风力发电机组类型和结构进行介绍,介绍了风力发电机叶片气动特性以及翼型的一些基本概念；并系统详细的阐述了风机叶片气动外形设计的三种经典设计理论即：基于贝茨理论的简化设计模型、Schmitz设计模型和葛涝渥(Glauert)设计模型。总结了风机叶片设计流程,确定本文所要研究的水平轴风力发电机的设计思路。以云南某地风力资源特征为基础,100kW水平轴风机作为研究对象,运用风机叶片气动外形设计理论确定了云南某地100kW水平轴风力发电机的基本参数,并进行设计与计算。然后,运用三维建模设计软件Pro/E完成了100kW水平轴风力发电机叶片的三维建模工作。并运用Pro/E建立了支撑100kW水平轴风力发电机的锥形塔筒、拓展桩基和地基的三维模型。最后将在Pro/E中建立好的叶片、塔筒、基础和地基在Pro/E中组装为一个整体并在其中建立了外围流体域。本文详细介绍了流固耦合分析和动力分析的理论基础,进一步加深了对流固耦合问题和结构动力分析问题机理的理解。通过对流体和固体理论基础进行总结并建立流固耦合方程；另外还对流体计算时湍流方程的类型和选取以及数值模拟方法和分类进行了说明。然后将在Pro/E中已建好的100kW水平轴风机的整机模型和流体域模型导入Ansysworkbench中软件的CFX中对风机整机周围流场模拟,选取八种风速作为水平轴风机的运行工况,分别计算后得出八种工况下湍流风作用在水平轴风机整机上的压力分布,并用最小二乘法拟合了分布在风机整机上的最大风压值和风速以及最小风压值和风速的关系式。将CFX计算风压值分别作用在风机整机边界面上进行间接耦合,分析风机整机的应力分布情况,提取八种工况风机最大变形值和最大应力值利用最小二乘法拟合了最大变形值和风速以及最大应力值和风速之间的关系。并对风机整机在耦合作用下进行了有预应力的模态分析,比较了在对风机进行模态分析时有无基础和地基对风机整体结构固有频率的影响。最后对100kW水平轴风机整机结构进行了流固耦合动力分析,在CFX计算时进口边界加入时程变化风速荷载,固体采用瞬态动力分析模块,经流固耦合动力分析计算后得到风机整机的最大变形、最大等效应力和加速度随时间变化的响应曲线以及最大应力值点在顺风向、横风向和竖风向的变形、等效应力和加速度随时间变化的响应曲线。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315

【参考文献】

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本文编号：1182831