深海漂浮式风力发电机塔架创新设计及其力学分析

发布时间：2017-09-23 10:33

  本文关键词：深海漂浮式风力发电机塔架创新设计及其力学分析

  更多相关文章： 海上风力发电 塔架 水滴形 整体偏航 船式平台 海上安装

【摘要】：风能作为一种新兴的可再生清洁能源,以其耗能低、环境友好、可大规模开发等优点成为理想的绿色能源。与陆上、近海水域的风能相比,深海环境具有风力稳定、强劲,受限因素小和风能储量大等优势而受到愈来愈多的关注与研究。该海域的风机需要采用漂浮式基础,目前,漂浮式基础的风机研究还处于前期阶段。本文以常见的汽车外形、火车车头、飞机机身机翼和潜水艇等流线性减阻结构为设计理念,提出了一种类水滴形的塔架截面结构,并对其进行结构力学和空气动力学分析,研究其旋转过程中的减阻效果和偏航作用。以此作为风机的塔架结构,设计一种故障率低、可靠性高,整体偏航式的海上风力发电机组结构,以及对应的安装成本低、方便简洁的安装流程。本文的主要研究工作和成果如下:(1)分析了国内外当前风力发电技术,尤其是海上风力发电技术的研究概况,着重总结了深海风力机的现状与存在的不足。创新设计了一种具有整体偏航作用的类水滴形截面塔架结构,通过ANSYS FLOTRAN CFD对该水滴形截面塔架进行了空气动力学分析,分析表明,该塔架结构具有较好的减阻效果;采用单一变量法定量的分析了水滴形结构形状的参数,得出其减阻效果最化的结构形状。(2)采用ANSYS有限元软件建立了水滴形塔架的数学模型,对其进行了结构力学分析,其中包括:静力学分析、稳定性分析、模态分析和谐响应分析,并与圆形塔架进行了对比分析。结果表明,水滴形结构塔架的整体力学性能在设计要求的范围之内;在塔架转动过程中,水滴形塔架相比圆形塔架,具有较好的减阻效果。(3)基于整体偏航的设计理念,采用ANSYS流体分析方法,探讨了类水滴形塔架在转动过程中的偏航效果。通过建立类水滴形结构的有限元数学模型,得出了水滴形截面塔架在受风面的压力随转动角度的增大而增大,其能够更好的实现整个风机结构的偏航效果。(4)提出一种了整体偏航式的深海漂浮式风力发电机结构,并对该风力机组的结构设计进行了分析。阐述了一种基于该风力机结构的操作简便、成本较低的安装方式。该结构采用机械偏航,故障率低,可靠性高,且安装简便,成本相对较低。
【关键词】：海上风力发电 塔架 水滴形 整体偏航 船式平台 海上安装
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 风力发电10-11
• 1.2 海上风力发电机组11-15
• 1.2.1 浅海风力发电机11-12
• 1.2.2 深海漂浮式风力发电机12-15
• 1.3 拟解决的问题15-16
• 1.4 本文的主要内容16-18
• 第2章 现代设计理论与方法18-24
• 2.1 现代设计方法及理论18
• 2.2 塔架创新设计18-20
• 2.2.1 创新设计18-19
• 2.2.2 创新设计方法19-20
• 2.3 风力机概念设计20-23
• 2.3.1 概念设计20-21
• 2.3.2 概念设计过程及特征21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 海上风力发电机塔架减阻结构创新设计24-38
• 3.1 创新结构的提出24-26
• 3.1.1 结构与阻力关系24-25
• 3.1.2 水滴形的提出25-26
• 3.2 水滴形参数的设计26-27
• 3.3 水滴形小圆弧参数确定27-33
• 3.3.1 模型建立及网格划分27-28
• 3.3.2 小圆弧参数设计过程28-29
• 3.3.3 仿真结果及对比分析29-33
• 3.4 水滴形长度参数确定33-37
• 3.4.1 模型的建立和网格划分33
• 3.4.2 仿真结果及对比分析33-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第4章 水滴形塔架力学分析38-57
• 4.1 塔架设计38-39
• 4.1.1 结构选型基本原则38
• 4.1.2 塔架参数38-39
• 4.2 塔架静力学分析39-46
• 4.2.1 塔架载荷计算39-41
• 4.2.2 塔架有限元建模与分析41-42
• 4.2.3 塔架静力学分析42-43
• 4.2.4 塔架静力学结果分析43-46
• 4.3 塔架稳定性分析46-50
• 4.3.1 稳定性分析的理论及有限元方法47-48
• 4.3.2 塔架稳定性结果分析48-50
• 4.4 塔架模态分析50-53
• 4.4.1 模态理论基础50-51
• 4.4.2 塔架模态结果分析51-53
• 4.5 塔架谐响应分析53-55
• 4.5.1 谐响应分析理论53
• 4.5.2 塔架谐响应结果分析53-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第5章 水滴形塔架实现风机整体偏航57-67
• 5.1 空气动力学基本理论57-58
• 5.2 与风向平行时的塔架形状分析58-62
• 5.2.1 仿真模型及结果58-60
• 5.2.2 模型空气动力学分析60-62
• 5.3 实际塔架结构分析62-63
• 5.4 不同角度的塔架结构分析63-66
• 5.5 本章小结66-67
• 第6章 基于水滴形塔架的海上漂浮式风力发电机结构设计67-78
• 6.1 海上漂浮式风力发电机现状67-68
• 6.2 海上漂浮式风力发电机创新结构68-69
• 6.3 海上漂浮式风力发电机69-74
• 6.3.1 设计基本资料及材料参数69-70
• 6.3.2 结构设计70-73
• 6.3.3 整体偏航风机结构73-74
• 6.4 海上风力机的安装74-77
• 6.5 本章小结77-78
• 第7章 总结与展望78-81
• 7.1 总结78-79
• 7.2 展望79-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-85
• 攻读学位期间的研究成果85

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前9条

1 马尔蒂尼;;美式暴力 钱江“巡航者”QJ250-L[J];摩托车;2012年04期

2 郑佩葳;;劲悍YBR125SP[J];摩托车信息;2006年13期

3 金夏;;金城战鹰写意[J];摩托车信息;2008年17期

4 胡智伟;;洗车避免三大误区[J];报刊荟萃;2013年10期

5 韦波;;超越F1 CAPARO T1[J];汽车生活;2007年09期

6 邓三瑞;林儒生;;水滴形潜艇旧事[J];兵器知识;2011年11期

7 张宏;豹行天下——隆鑫LX150-H(隆豹)[J];摩托车;2004年09期

8 郑佩葳;;太子车真情告白[J];摩托车信息;2011年04期

9 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王珊;深海漂浮式风力发电机塔架创新设计及其力学分析[D];南昌大学;2015年

，

本文编号：904781