风力机叶片气动优化设计及气动阻尼分析

发布时间：2020-09-27 17:27

　　本文针对大型水平轴风力机的结构和运行特点,应用空气动力学理论和现代较为精确的风力机片条理论,对大型水平轴风力机的气动优化设计、气动阻尼、载荷计算、动态失速等方面进行了研究。论文主要内容如下: 研究风轮气动总体优化设计方法,采用较精确的片条理论(Strip Theory)计算风力机气动性能,以桨叶各截面弦长和扭角为设计变量,综合考虑了桨叶截面翼型气动特性、桨叶截面之间的约束和风场风速的年分布情况,以风力机的年能量输出最大为设计目标,用复合形法进行全局寻优,对风力机桨叶外形进行优化。通过设计实例,使用该方法设计的桨叶,对比商业化桨叶,外型结构合理且具有良好的气动性能。根据风力机空气动力学、材料力学、振动力学基本原理,在已有的紊流风场模型、风力机气动计算模型上,引入气动阻尼模型、动态失速模型,分析和计算风力机叶片截面处的气动阻尼和叶片模态阻尼。采用英国GH公司的“Bladed for Windows”软件,对1.5MW水平轴风力机叶片的稳态载荷和动态载荷进行了计算。得到了叶片关键截面处的载荷,并找出了根部的最大载荷。在Beddoes-Leishman模型的基础上建立了动态失速模型。Beddoes-Leishman模型是一种“半经验”模型,其参数可根据不同情况进行调整。本文在确立了计算方法和过程后,通过对计算结果的对比,确定了风力机动态失速情况下模型中参数的数值。模型把失速过程中流经叶片的气流按其状态分为吸附流和分离流,通过分析这两种气流对叶片的影响来建立新模型。由新模型确定的算法较简便,计算得到的叶片动态性能参数与实验数据有较好的吻合。
【学位单位】：汕头大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TK83
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
第一章引言
    1.1 选题背景及意义
        1.1.1 全球风力发电概况
        1.1.2 迅猛发展的中国风电
        1.1.3 风力机设计与制造技术发展现状
        1.1.4 本课题的意义
        1.1.5 国内外风力机失速特性研究现状
    1.2 论文主要内容
第二章风力机叶片气动设计及优化理论
    2.1 风轮总体参数
    2.2 水平轴风力机气动设计理论
        2.2.1 动量理论
        2.2.2 叶素理论
        2.2.3 有限叶片数影响
        2.2.4 叶尖损失修正
        2.2.5 轮毂损失
        2.2.6 叶栅效应
        2.2.7 失速修正
        2.2.8 片条理论
    2.3 Glauert优化设计方法
    2.4 Wilson方法
    2.5 风力机气动优化设计理论
        2.5.1 风力机的动态气动计算模型
        2.5.2 总体优化设计数学模型
        2.5.3 1.5MW风力机叶片的气动优化设计
    2.6 风力机风轮的气动性能计算
        2.6.1 气动载荷分析理论
        2.6.2 1.5MW风力机风轮的稳态气动性能计算
        2.6.3 1.5MW风力机风轮的动态气动性能计算
第三章风力机叶片气动阻尼计算
    3.1 气动阻尼模型
        3.1.1 翼型方式
        3.1.2 功率推力方式
        3.1.3 单叶片的模态阻尼
第四章风力机叶片载荷计算
    4.1 坐标系统确定
    4.2 载荷分析
        4.2.1 气动载荷计算
        4.2.2 重力引起的载荷
        4.2.3 离心力引起的载荷
    4.3 安全系数
    4.4 1.5MW叶片载荷分析实例
        4.4.1 分析依据
        4.4.2 载荷计算所需的初始参数
        4.4.3 稳态载荷计算
        4.4.4 动态载荷计算
第五章风力机动态失速模型
    5.1 动态失速现象
    5.2 动态失速模型
        5.2.1 吸附流(Attached flow)
        5.2.2 分离流(Separated flow)
    5.3 计算过程及结果分析
        5.3.1 计算过程
        5.3.2 计算结果及分析
总结与展望
参考文献
符号说明
致谢
硕士期间发表的论文
个人简历

【引证文献】