施加一阶模态后风轮气动力的数值模拟

发布时间：2017-05-14 13:02

  本文关键词：施加一阶模态后风轮气动力的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人类文明的发展,对能源的需求度不断提高及化石能源储量的日渐枯竭,风能作为一种可再生能源,逐渐受到相关科研人员的重视。风轮的空气动力学特性是决定其性能优劣的重要指标之一,而气动力是气动特性的一个重要分支。本文应用商业CFD软件Fluent,采用滑移网格技术和动网格技术,对水平轴风力机气动力进行了非定常模拟研究,通过编写UDF代码为三维运行风轮的叶片施加一阶挥舞模态振动。 对比分析有无振动情况下表面动压强分布情况可知：动压最大值出现在叶片前缘靠近叶尖处；当叶片无振动时,其主要分布区域为吸力面,压力面分布较少,而当叶片振动后动压最大值仅分布在吸力面上；并且振动叶片在吸力面上延弦向的动压梯度比无振动时大。 对比分析有无振动情况下的动压、扭矩和轴向推力可知：叶片动压最大值变化频率近似为振动频率的2倍；作用于风轮上的扭矩变化周期与振动相同,但相位有所差异；轴向推力大小与作用于叶片的轴向合风速呈相关,与振动周期相同,相位相差0.196π。 对比不同工况下运行风轮气动力可知：当相对风速小于额定工况时,动压变化的周期变化规律性较为明显；而当相对风速大于额定工况后,动压周期变化规律性越来越弱；轴向推力随尖速比的增加而逐渐减小,随来流风速的增加逐渐增大,轴向推力与振动的相位差随尖速比的增加均呈下降趋势,且下降的幅度逐渐增加。 本文通过UDF代码,成功为运行风轮叶片施加一阶挥舞模态振动,模拟了水平轴风力机在运行过程中的叶片表面动压力、转矩及轴向推力,初步揭示了叶片振动对三维风轮气动力的影响。振动的施加为风轮的三维模拟引入了新的非定常因素,为进一步研究实际振动形态下多种形式、多阶振动耦合情况的风力机气动特性提供方法参考,同时也为风力机整体气动性能数值研究工作做了数据补充。
【关键词】：水平轴风力机 一阶挥舞振动 UDF 数值模拟 气动力
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH138
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 引言8-9
• 1.2 国外发展现状9-13
• 1.2.1 气动特性数值模拟研究现状9-12
• 1.2.2 振动叶片数值模拟研究现状12-13
• 1.3 国内发展现状13-16
• 1.4 本文研究内容16-17
• 第二章 基础理论17-27
• 2.1 风力机的基本概念17-18
• 2.2 动网格相关理论18-21
• 2.3 水平轴风力机空气动力学21-27
• 2.3.1 风力机的贝兹理论21-23
• 2.3.2 致动盘理论23-27
• 第三章 振动方程的确定及施加27-38
• 3.1 叶片振动方程的确定27-31
• 3.1.1 测试系统27-28
• 3.1.2 实验方案28
• 3.1.3 ME’scope软件分析图28-29
• 3.1.4 Matlab拟合29
• 3.1.5 振动方程推导29-30
• 3.1.6 叶片振动效果展示30-31
• 3.2 计算模型31-38
• 3.2.1 GAMBIT建模32-34
• 3.2.2 计算域的选取34
• 3.2.3 网格无关性证明34-38
• 第四章 计算结果分析38-54
• 4.1 有无振动下运行风轮气动特性研究39-45
• 4.1.1 叶片表面动压分析39-42
• 4.1.2 风轮转矩分析42-44
• 4.1.3 风轮轴向推力分析44-45
• 4.2 不同工况下风轮表面动压分析45-49
• 4.2.1 动压随叶尖速比的变化规律45-48
• 4.2.2 动压随风速的变化规律48-49
• 4.3 不同工况下风轮轴向推力分析49-54
• 4.3.1 轴向推力随叶尖速比的变化规律49-51
• 4.3.2 轴向推力随风速的变化规律51-54
• 第五章 结论与展望54-56
• 5.1 结论54-55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 在读期间取得的科研成果60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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2 贺济洲;叶正寅;;机翼弹性变形对气动特性的影响[J];航空计算技术;2010年04期

3 葛如海;王桃英;许栋;臧绫;;基于动网格和UDF技术的气缸动态特性研究[J];机床与液压;2010年21期

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7 钟伟;王同光;;风力机叶尖涡的数值模拟[J];南京航空航天大学学报;2011年05期

8 朱，

本文编号：365211