垂直轴风力机直叶片的力学性能分析

发布时间：2020-04-18 21:36

【摘要】：随着化石能源的过度消耗以及环境问题,风能越来越受到重视,各国都在努力开发本国的风能资源。近几年我国的风能发电事业有了很大的发展,但我国关于风力发电技术的研究仍远落后于先进国家,尤其是对叶片的研究。本文所研究的是一个应用于垂直轴风力机上的直叶片,采用理论分析和有限元数值模拟相结合的方法,主要工作和成果如下： 1)回顾风力发电的研究背景,介绍以往垂直轴风力机的研究工作,并阐述了垂直轴风力机的空气动力学设计理论,给出了垂直轴风力机的流管理论模型,分析了垂直轴风力机的运行状态。论文首次推导出了推动风轮旋转的转矩力的计算公式,据此导出了垂直轴风机转动力矩的计算公式。 2)考虑叶片的风动流场环境,采用流场分析软件FLUENT,计算直叶片翼型的气动性能参数,研究表明该翼型具有较好的空气动力学性能,翼型的升阻比较高；利用FLUENT软件对叶片表面风压进行计算。 3)使用MRF模型计算模拟三叶片垂直轴风力机,得到垂直轴风力机周围区域的流场情况,为进一步研究实际风致流场下的压力场变化打下了基础。 4)详细阐述了从FLUENT中提取风压数据并通过EXCEL和MATLB转换成适合输入ANSYS中的方法,此方法可以为精确计算风载的作用提供一些思路；在两种工况下对风机叶片进行了力学分析,研究表明叶片的连接点处受力最大,在叶片结构设计时,需要对叶片连接点处重点加强,对受力较小的位置如叶尖处可适当减少材料。为了给动力分析做准备,本文对叶片进行了模态分析。对风载下叶片的疲劳寿命进行了估算。 5)采用有限元法对塔架进行工程上比较关注的模态分析和稳定性分析。通过模态分析,可得塔架的各阶固有频率与叶片的各阶固有频率相差很大,不会发生共振现象；通过稳定性分析,得到了塔架的屈曲临界弯矩,塔架失稳倾向不大；并提出了一个适合工程应用的稳定性分析建议。以上所做的工作,目的是希望寻找一种研究风机叶片结构特性的新方法,为以后的风力机叶片设计和研究提供一种新途径和参考；本文对叶片的研究所得出的结论,可供叶片设计时参考。
【图文】：

风力,水平轴

水平轴风力

几何形状,翼型,参数

二章垂直轴风力机空气动力学设计理论风力运行状态分析概念几何参数限长的等剖面直机翼的空气动力特性即为翼型的气动性能。由动沿翼展没有速度分量，流动参数只在与展向垂直的平面内流场，因而又称为二维机翼。翼型的几何形状，即几何特性，力特性。翼型的几何参数包括中弧线、前缘、前缘半径、后缘度、弦长、厚度和弯度[20】(如图2.1)。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK83

【引证文献】