兆瓦级风力机叶片气动特性分析

发布时间：2020-05-29 08:14

【摘要】：随着石油资源的日益紧缺，全球的各经济体都将发展可再生能源作为重要的国家战略来部署。2011年的日本核电站事故，让太阳能、风能等清洁的可再生能源再一次成为人们关注的焦点。我国规划到2015年和2020年风电装机容量达到1亿千瓦和1.8亿千瓦。叶片是风力发电机的主要部件，其约占风力机组总成本的20%，并且要求其能在户外环境中运行20年，旋转将近108次。风力机叶片的气动特性和材料力学性能的优劣直接关系到风力发电机整机能否稳定、高效的运行。本文是国家自然科学基金项目“兆瓦级风能发电机组叶片的动态特性研究与寿命预测（51065026）”的子项目，主要是确定大型风力发电机组在运行过程中的气动特性，得到叶片载荷数据位后续整机的优化设计提供数据支持。具体内容如下：首先，利用ANSYS-DM软件建立风力机叶片截面翼型的二维模型，选定实验参数，对比分析不同湍流模型模拟高雷诺数下翼型气动特性的结果，选择能较好反映翼型周围流场和表面压力分布计算模型；其次，利用ANSYS-FLUENT软件，运用选定的计算流体动力学模型，模拟兆瓦级风力机叶片在运行过程中，不同来流状况，不同初始安装角下的叶片周围气流流动规律和和表面压力分布状态，分析其气动特性变化规律和产生原因。最后，利用GH-BLADE软件求解风力机在特定工况下的气动载荷，以此数据为参考，对比分析FLUENT软件求解所得的叶片表面压力载荷的异同，验证利用计算流体动力学模拟兆瓦级风力机叶片气动特性的正确性。本文建立叶片三维实体模型和计算流体动力学模型，模拟了兆瓦级风力机在运行过程中的气动特性，得到了风力机在运行过程中的载荷数据。为后续风力机组整机的优化设计和运行过程中控制策略的研究打下基础，对提高整机运行稳定性和整机寿命，具有重要意义。
【图文】：

静态测试,叶片

是其在试验验证方面有着国内无法比拟的优势。如丹麦的 LM 公司，其纤维和树脂工艺生产始于 1952 年，利用玻璃纤维和树脂生产风力发电 1978 年。多年的生产实践经验和以研发为重点战略部署使其在叶片生直处于世界先进水平。LM 公司内部就派驻有丹麦官方认可和批准测试麦计量认可基金，其测试结果可以作为挪威和德国船级社的基本参考 LM 公司的叶片测试主要有静态测试（图 1）、动态测试（图 2）和冲击试态测试中，叶片沿展向，按一定间隔利用钢丝绳被缓慢的施加载荷直至态试验中，叶片在挥舞和摆振方向按照设定的频率振荡，其次数最少为，而叶片也大，频率越低，1.5MW 的 27.3m 的叶片要 3.5 个月，而 5Mm 的叶片动态测试甚至要 1 年；在叶片的材料或者是设计形状发生较大进行破坏性的冲击试验，然后切开叶片破坏部位，利用红外线探测仪、镜等查明原因【6】。

动态试验,叶片

是其在试验验证方面有着国内无法比拟的优势。如丹麦的 LM 公司，其纤维和树脂工艺生产始于 1952 年，利用玻璃纤维和树脂生产风力发电 1978 年。多年的生产实践经验和以研发为重点战略部署使其在叶片生直处于世界先进水平。LM 公司内部就派驻有丹麦官方认可和批准测试麦计量认可基金，其测试结果可以作为挪威和德国船级社的基本参考 LM 公司的叶片测试主要有静态测试（图 1）、动态测试（图 2）和冲击试态测试中，叶片沿展向，按一定间隔利用钢丝绳被缓慢的施加载荷直至态试验中，，叶片在挥舞和摆振方向按照设定的频率振荡，其次数最少为，而叶片也大，频率越低，1.5MW 的 27.3m 的叶片要 3.5 个月，而 5Mm 的叶片动态测试甚至要 1 年；在叶片的材料或者是设计形状发生较大进行破坏性的冲击试验，然后切开叶片破坏部位，利用红外线探测仪、镜等查明原因【6】。
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TK83

【参考文献】