水平轴风力机尾流场及其气动性能的研究

发布时间：2021-01-12 04:23

　　风能作为一种无污染的、清洁的可再生能源,已得到各个国家的广泛关注。随着现代工业的快速发展,对风能的大力开发已经成为解决能源危机、环境问题和经济可持续发展的重要举措。近年来随着海上风电的蓬勃发展,风力机大型化已经成为发展的主流。叶片长度的增加使风力机的尾迹流场更加复杂、气动性能的预测难度加大。因此对大型风力机的尾流场及其气动性能的研究,为进一步了解风力机组在运行时的状态以及对新机组的设计研发有着重要意义。本论文中主要针对某商用的1.5MW标准等级的水平轴风力机进行研究。按照该水平轴风力机的参数进行三维建模和建立风轮的计算模型,在三种不同风速条件下对风轮的尾流场和气动性能的影响进行描述和比较,并在计算过程中对残差值和扭矩值进行监测。为了能够更好的描述风轮在旋转时的气动特性,分别选取吸力面和压力面上的压力场及速度场进行对比分析,并选取沿翼展方向三个不同截面周围流场的压力和速度做了分析。以相似理论为基础,将1.5MW水平轴风力机的各个参数用风力机气动相似准则和相似函数关系式进行缩比,建立相应的数值计算模型。保持雷诺数和叶尖速比不变,通过对叶片和尾迹流场中的压力、速度等参数进行分析,验证了气动相... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及课题意义
    1.2 国内外风力发电的现状
        1.2.1 国外风力发电现状和趋势
        1.2.2 国内风电发展现状
    1.3 国内外研究现状
    1.4 本文的主要研究内容
第二章 水平轴风力机的基础理论
    2.1 风的基础理论
        2.1.1 风的形成和风能密度
        2.1.2 地面边界层和风速廓线
        2.1.3 大气的湍流强度
    2.2 风力机风轮的特征系数
        2.2.1 实度和叶尖速比
        2.2.2 翼型所受的力
    2.3 动量-叶素理论
        2.3.1 经典动量-叶素理论与贝茨极限
        2.3.2 修正动量-叶素理论
        2.3.3 风轮叶片的气动特性计算
    2.4 Glauert旋涡理论
    2.5 计算流体力学的基本理论
        2.5.1 连续性方程
        2.5.2 Navier-Stokes方程（动量守恒方程）
        2.5.3 能量方程
    2.6 湍流模型
        2.6.1 S-A湍流模型
        2.6.2 SSTk-ω（shear-stress-transport）模型
第三章 水平轴风力机的三维实体建模
    3.1 翼型参数的转化
        3.1.1 叶片截面的基本参数
        3.1.2 坐标点的空间转换
    3.2 用Pro/E软件创建三维实体叶片
    3.3 水平轴风力机的相似理论
        3.3.1 流体中的相似理论
        3.3.2 水平轴风力机的相似准则
第四章 水平轴风力机流场的数值模拟
    4.1 Gambit简要介绍
        4.1.1 水平轴风力机流场计算域的网格划分
        4.1.2 指定边界条件
    4.2 水平轴风力机的流场模拟
        4.2.1 Fluent软件简要介绍
        4.2.2 设置模拟参数
    4.3 判定流场的收敛性
        4.3.1 残差曲线
        4.3.2 风力机流场的速度和压力云图分析
第五章 风力机气动性能分析
    5.1 功率计算
    5.2 叶片表面压力分析
    5.3 叶片表面速度分析
    5.4 实验与数值计算结果对比
        5.4.1 数值模拟结果
        5.4.2 实验测量结果
        5.4.3 结果对比分析
总结和展望
    1 总结
    2 展望
参考文献
致谢
附录A：攻读学士学位期间所发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于面元法的水平轴风力机数值模拟[J]. 仇永兴,康顺.  工程热物理学报. 2012(02)
[2]基于速度势面元法的风力机风轮三维气动性能预估[J]. 刘洋,李宇红,蒋洪德.  清华大学学报(自然科学版). 2011(12)
[3]基于时间推进自由尾迹法的水平轴风力机气动特性分析[J]. 周文平,唐胜利,吕红.  中国电机工程学报. 2011(29)
[4]Particle image velocimetry （PIV） measurements of tip vortex wake structure of wind turbine[J]. 肖京平,武杰,陈立,史喆羽.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2011(06)
[5]风力发电技术综述[J]. 蒋宏春.  机械设计与制造. 2010(09)
[6]两种自由尾迹模型在风力机气动性能预测中的应用[J]. 沈昕,竺晓程,杜朝辉.  太阳能学报. 2010(07)
[7]大型风机叶片气动外形参数计算及三维建模方法[J]. 靳交通,彭超义,潘利剑,曾竟成.  机械设计. 2010(05)
[8]水平轴风力机气动性能的三维数值计算[J]. 俞国华,杜朝辉.  中国科技论文在线. 2009(10)
[9]基于相似理论的风力机力特性分析[J]. 陈荣盛,张礼达,任腊春.  水力发电. 2008(06)
[10]风力机叶片的三维非定常气动特性估算[J]. 伍艳,王同光.  计算力学学报. 2008(01)

博士论文
[1]基于相似理论风力机气动性能预测研究[D]. 黄宸武.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012
[2]风力机叶片非定常气动特性的研究[D]. 刘磊.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2012

硕士论文
[1]水平轴风力机气动性能与结构动力特性分析[D]. 王欣.兰州理工大学 2012
[2]三维N-S方程数值求解及S-A湍流模型应用研究[D]. 李广宁.西北工业大学 2006
[3]风力机叶片的非定常空气动力特性计算[D]. 伍艳.南京航空航天大学 2005



本文编号：2972142