侧风对风力机叶片结构动态响应影响的数值研究

发布时间：2021-01-15 19:53

　　风能作为一种清洁可再生能源,具有广阔的发展前景。自然风风向变化致使风轮对风不及时,来流风载荷不能均匀作用在风轮上,变化的流场必然会引起风轮结构发生变化,其中偏侧风是激励叶片动态特性改变的一个重要因素。因此,揭示偏侧风对风轮的影响机理是风力机叶片设计及结构优化的重要研究课题。本文基于一种瞬态计算分析叶片动态特性的数值研究方法,为偏侧风工况下风力机叶片设计及结构优化提供新思路。通过构建风力机整机和计算流体力学CFX模块的瞬态耦合系统,针对某翼型风力机整机全尺寸物理建模,采用“分区域加密”的网格划分方法,捕捉到流场细节的分布特征及演变规律,定性定量地分析不平衡气动力激励下风轮结构特征参数的响应规律,用以揭示偏侧风工况对叶片结构动态响应的影响。本文主要研究内容分为以下三个方面:首先,借助涡量云图数据,对近尾迹流场的涡旋进行追踪和识别,以涡量密集区个数为判断依据,发现有多个涡旋频繁出现、消失,而在尾舵靠近中心涡一侧大旋涡的生成居多,在远离中心涡一侧的旋涡区域耗散居多;虽然下游两倍风轮直径处生成较多涡量密集区,但该区域旋涡的能量偏弱,因此该区域并非涡量场中能量的主要分布区。轴向来流时,上游和下游涡... 

【文章来源】：内蒙古工业大学内蒙古自治区

【文章页数】：78 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
    1.2 研究目的与意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 主要研究内容
第二章 风力机基础理论
    2.1 风力机空气动力学
        2.1.1 叶素动量理论
        2.1.2 塔影效应及风轮偏航效应
        2.1.3 尾迹旋涡
    2.2 风力机结构动力学
        2.2.1 振动基本原理
        2.2.2 风力机载荷
        2.2.3 模态分析
    2.3 流固耦合基础
        2.3.1 流体控制方程
        2.3.2 固体控制方程
        2.3.3 流固耦合方程
第三章 数理模型及计算方法
    3.1 数理模型
        3.1.1 风力机建模
        3.1.2 计算域建模
    3.2 网格划分
        3.2.1 流场网格划分
        3.2.2 结构场网格划分
    3.3 边界条件设定
    3.4 湍流模型及控制方程
        3.4.1 湍流模型选择
        3.4.2 控制方程选择
    3.5 模态参数设置
        3.5.1 风力机材料属性设置
        3.5.2 结构约束条件
第四章 侧风对叶片动态影响的研究结果及验证
    4.1 风力机尾迹速度场分析
    4.2 风力机尾迹涡量场分析
    4.3 叶片翼型表面压力分析
    4.4 叶片叶尖变形量分析
        4.4.1 叶尖轴向位移分析
        4.4.2 风轮三支叶片叶尖轴向位移分析
        4.4.3 叶尖波动数据拟合
        4.4.4 叶尖轴向位移与叶尖涡量随侧风角变化分析
    4.5 偏侧风工况下风力机PIV及叶片应变试验
        4.5.1 偏侧风状态下风力机PIV试验
        4.5.2 偏侧风状态下风力机叶片应变试验
结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文及取得的科研成果



本文编号：2979415